CN101535173B - 重整设备及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供能够均匀地把水(蒸汽)和原料混合在一起、能够避免碳沉淀而没有使用温度控制器以及通过加热气体能够有效地加热水和混合物的重整设备和类似设备。因此，所述重整设备具有以下配置。所述重整设备包括：第一蒸发器(05)，是圆柱形且包括第一流动通道；第二蒸发器(06)，是圆柱形且包括第二流动通道；管道(027)，连接第一流动通道的出口至第二流动通道的进口；原料混合部分(028)，被形成在管道的某个点上。在第一蒸发器和第二蒸发器之间的空隙用作加热气体流动通道(024)。在第一蒸发器中，流过第一流动通道的水(021)被加热气体加热，因此被转换成蒸汽。在原料混合部分中，通过把原料与蒸汽混合获得混合物。在第二蒸发器中，流过第二流动通道的混合物被加热气体加热，从而被转换成过热蒸汽。所述过热蒸汽流过重整催化剂层(03)。

Description

重整设备及其操作方法
技术领域
本发明涉及重整设备和操作所述重整设备的方法。
背景技术
重整设备是包括燃烧器和重整催化剂层的设备，且所述重整设备通过蒸汽重整过程从原料中产生包括氢气的重整气体(富氢气体)。在所述蒸汽重整过程中，例如煤油或甲烷气体的原料与水混合以形成混合物。在由所述燃烧器的加热气体加热所述重整催化剂层的同时，使所述混合物流过所述重整催化剂层。因此，产生的重整气体例如被用作用于燃料电池的燃料。在专利文件1中揭示了这样的重整设备的一个传统的例子。
在专利文件1中所揭示的重整设备具有以下特征：
(1)建造在重整设备中的粗燃料蒸发器蒸发所述粗燃料(原料)。
(2)多个重整管被设置以围绕所述燃烧器，所述重整管的内部填充有重整催化剂，也就是，所述重整设备设置有多管重整管道。
(3)为了热绝缘所述重整管子的目的，使用真空绝缘容器。
(4)可仅通过移除所述真空绝缘容器进行所述设备内部的维护工作。
(5)在从所述重整管流出的重整气体流入低温变换转换器之前，降低所述重整气体的温度。
(6)没有移除由在所述低温变换转换器装置中的CO-变换催化剂和由在选择氧化CO移除器中的CO移除催化剂产生的热量的装置。所述热量仅由所述燃烧器的加热气体冷却。
(7)在用于启动所述重整设备的用于升温的加热操作时，所述燃烧器的加热气体流入到所述真空绝缘容器内部，且不供应所述混合物至所述重整管。因此，在所述真空绝缘容器中的选择氧化CO移除器和所述低温变换转换器从它们各自的外围侧被加热，以便升高它们各自的温度。
(8)已经经过所述选择氧化CO移除器的外围侧的加热气体被直接地排出。
在专利文件2中揭示了所述重整设备的另一个传统的例子。在专利文件2中所揭示的重整设备被配置以通过以下方式产生重整气体：由设置有螺旋流动通道和类似装置的蒸发器蒸发原料和水(液体)的混合物；并且之后使所述蒸发的混合物经受在重整设备中的蒸汽重整过程。
专利文件1：JP A-2003-327405
专利文件2：JP B-3719931
发明内容
本发明要解决的技术问题
专利文件1中的重整设备具有以下的问题。
(1)在可能沉淀碳的原料(例如煤油)被使用时，控制原料的温度升高的装置是需要的，以避免在采用所述粗燃料蒸发器通过升高原料温度蒸发所述原料时产生碳的沉淀。
(2)在所述多管型的重整设备中，所述多个重整管本身导致制造成本的升高。另外，对于把多个重整管放置在一起的管道的需要、对总箱的需要以及其它的原因也导致制造成本的增加。
(3)所述真空绝缘容器的制造成本非常高。另外，在所述真空绝缘容器被采用以热绝缘大约800℃的重整管时，很高的温度增加了从制成所述真空绝缘容器的金属中放气的量。如此大量的放气使得所述真空绝缘容器保持其真空度的时间期间被非常大地减小。另外，为了阻挡通过辐射热转移的目的，在所述真空绝缘容器中设置遮蔽板或类似装置是需要的。为此，所述设备的结构变得复杂，导致设备成本很高。
(4)在所述重整设备中，所述燃烧器最有可能引起麻烦。在所述燃烧器中可能发生的一些麻烦是：燃料的堵塞、回火以及点燃装置的操作失效。在所述传统的重整设备中，燃料-气体供给管从下面被插入，设置在所述燃料-气体供给管的上端的燃烧器位于所述设备的中心部分上。为此，为了维护工作而接近所述燃烧器，需要大量的工作。所述工作包括：颠倒所述重整设备，且从所述设备向上拉出具有燃料-气体供给管的长的燃烧器。另外，即使在所述设备的结构允许容易地维护所述催化剂系统，对催化剂系统的维护工作不能在现场进行，因为在催化剂系统暴露于空气后，所述催化剂需要例如还原处理的一些处理。然而，当为了维护工作从所述设备移除所述真空绝缘容器时，所述真空绝缘容器的重量和形状要求向上提升所述真空绝缘容器至两倍于所述重整设备的高度的水平。为此目的，例如起重机的重型设备是需要的。因此，所述维护工作并不简单。
(5)在具有高碳含量的原料(例如煤油)被使用时，在所述重整管(重整催化剂层)中的重整温度变得非常高，且包含在所述重整气体中的所述CO的浓度因此也变得较高(例如，在所述重整催化剂的温度是650℃，所述CO浓度是11％(干基)；在所述催化剂的温度是750℃，所述CO浓度是15％(干基))。因此，如果已经从所述重整催化剂层流出的重整气体流入到所述低温变换转换器中，由所述CO-变换反应(CO+H2O→H2+CO2)产生的热量升高了所述低温CO变换催化剂的温度，并且因此缩短了所述低温CO变换催化剂的使用寿命。这是因为所述低温CO变换催化剂的操作温度在200℃至250℃的范围内，且所述低温CO变换催化剂的温度上限是300℃，也就是，操作温度和温度上限之间只有很小的差别。
(6)仅由加热气体冷却由所述CO移除催化剂产生的热量和由所述低温CO变换催化剂产生的热量，因此所述冷却是不充分的。为此，所述低温CO变换催化剂的温度升高，且从所述低温变换转换器流出的所述重整气体中的CO浓度也升高。因此，被供给至所述选择氧化CO移除器(CO移除催化剂层)的用于CO选择氧化的空气量需要被增加。因此，在重整气体中的氢气被浪费掉，且这样的浪费导致较低的重整效率。另外，专利文件1描述了被使用的甲烷化类型的CO移除催化剂。所述甲烷化过程具有很窄的反应温度范围，使得通过加热气体进行的冷却可能导致控制所述温度和移除CO的困难。
(7)在用于启动重整设备的用于升温的加热操作时，所述加热气体流入到所述真空绝缘容器内部。因此，所述低温变换转换器的温度和所述选择氧化CO移除器的温度由于从它们各自的外围侧的加热而升高。因此，为了减少来自所述加热气体辐射的热量的目的，即使对于所述低温变换转换器和所述选择氧化CO移除器被安装的位置，需要很高的热绝缘。为此，需要例如真空热绝缘的昂贵的热绝缘处理。
(8)在所述加热气体经过所述选择氧化CO移除器的外围侧之后，所述加热气体被直接排放掉。此时，因为根据专利文件1的描述所述CO移除催化剂的操作温度大约是200℃，所以所述加热气体的最终温度高于200℃。因此，所述被排放的加热气体具有较大量的热量，导致了较低的效率。
另外，在专利文件2的重整设备中，所述原料和水(液体)在它们被供给至所述蒸发器之前被混合在一起。因此，尤其是在所使用的原料是液体燃料时，原料与水的混合可产生不均匀的混合物和使碳沉淀，导致所述重整催化剂的降解。
鉴于上面描述的情形完成了本发明，且本发明的目的是提供：一种能够解决上面提及的传统技术的问题的重整设备；和一种操作所述重整设备的方法。所述重整设备能够，例如：即使在液体燃料且倾向于使碳沉淀的原料(例如煤油)被使用时，也能够混合原料和水(蒸汽)产生均匀的混合物；和不采用温度控制器而避免碳沉淀；和通过使用加热气体有效地加热水和混合物。
解决所述问题的手段
为解决上述问题，本发明的第一个方面提供了一种包括重整催化剂层且产生包括氢气的重整气体的重整设备，其特征在于，包括：
第一蒸发器，是圆柱形且包括流过水的第一流动通道；
第二蒸发器，是圆柱形且包括流过蒸汽和原料的混合物的第二流动通道；
管道，连接第一流动通道的出口至第二流动通道的进口；和
原料混合部分，被形成在管道的某个点上，所述重整设备的特征在于：
所述第一蒸发器和第二蒸发器被同心地设置，使得所述第一蒸发器被设置在外侧上和所述第二蒸发器被设置在内侧上，
圆柱形缝隙，位于第一蒸发器和第二蒸发器之间，用作加热气体流动通道，
在第一蒸发器中，流过所述第一流动通道的水被流过加热气体流动通道的加热气体加热，从而把所述水转换成蒸汽，
在所述原料混合部分中，通过混合所述原料与从所述第一流动通道流出之后流过所述管道的蒸汽以获得所述混合物，
在第二蒸发器中，在流过所述第二流动通道时，所述混合物被流过所述加热气体流动通道的加热气体进一步地加热，和
所述混合物被供给至所述重整催化剂层。
另外，为解决上述问题，本发明的第二个方面提供了一种包括重整催化剂层且产生包括氢气的重整气体的重整设备，其特征在于，包括：
第一蒸发器，是圆柱形且包括流过蒸汽和原料的混合物的第一流动通道；
第二蒸发器，是圆柱形且包括流过水的第二流动通道；
管道，连接第二流动通道的出口至第一流动通道的进口；
原料混合部分，被形成在管道的某个点上，所述重整设备的特征在于：
所述第一蒸发器和第二蒸发器被同心地设置，使得所述第一蒸发器被设置在外侧上和所述第二蒸发器被设置在内侧上，
圆柱形缝隙，位于第一蒸发器和第二蒸发器之间，用作加热气体流动通道，
在第二蒸发器中，流过所述第二流动通道的水被流过加热气体流动通道的加热气体加热，从而把所述水转换成蒸汽，
在所述原料混合部分中，通过混合所述原料与从所述第二流动通道流出之后流过所述管道的所述蒸汽以获得所述混合物，
在第一蒸发器中，在流过所述第一流动通道时，所述混合物被流过所述加热气体流动通道的加热气体进一步地加热，和
所述混合物被供给至所述重整催化剂层。
另外，本发明的第三个方面提供了根据本发明的第一和第二方面中的任一方面的重整设备，其特征在于，低温CO变换催化剂层被设置在所述第二蒸发器的内侧上。
另外，本发明的第四个方面提供了根据本发明的第三方面的重整设备，其特征在于，其中安装了所述重整催化剂层的重整管被设置在第一蒸发器和第二蒸发器上方；在从第二蒸发器的第二流动通道流出的混合物和从第一蒸发器的第一流动通道流出的混合物中的任一种从所述重整催化剂层下端流入到所述重整催化剂层中，之后向上流过所述重整催化剂层，通过蒸汽重整过程把所述混合物转换成所述重整气体；所述重整气体从所述重整催化剂层的上端流出、向下流动、从所述低温CO变换催化剂层上端流入到所述低温CO变换催化剂层中，之后向下流过所述低温CO变换催化剂层。
另外，本发明的第五个方面提供了根据本发明第四个方面的重整设备，其特征在于，产生所述加热气体的燃烧器被设置在重整管的上端侧，面朝下。
另外，本发明的第六个方面提供了根据本发明第三个方面的重整设备，其特征在于，CO移除催化剂层被圆柱形地设置以便围绕所述第一蒸发器，从所述低温CO变换催化剂层流出的重整气体流过所述CO移除催化剂层。
另外，本发明的第七个方面提供了根据本发明第三个方面和第四个方面中的任一个方面的重整设备，其特征在于，高温CO变换催化剂层被设置在允许所述重整气体在穿过所述低温CO变换催化剂层之前穿过所述高温CO变换催化剂层的位置上，和
从所述重整催化剂层流出的所述重整气体流过所述高温CO变换催化剂层，之后流过所述低温CO变换催化剂层。
另外，本发明的第八个方面提供了根据本发明第五个方面的重整设备，其特征在于，包括被设置以便围绕所述重整管的重整部分圆柱形管，所述重整设备的特征在于，
所述重整管具有包括位于所述内侧上的内圆柱形管、位于所述外侧上的外圆柱形管以及位于所述内圆柱形管和所述外圆柱形管之间的中间圆柱形管的三管结构，所有这些管被同心设置以便围绕所述燃烧器，
所述内圆柱形管的下端侧被下端板封闭，
在所述内圆柱形管和所述外圆柱形管之间的空隙的上端侧被第一上端板封闭；第一上端板和中间圆柱形管的上端之间的缝隙用作重整气体转向部分，
位于所述中间圆柱形管和内圆柱形管之间的圆柱形缝隙用作重整气体流动通道，
所述重整催化剂层被圆柱形地形成在所述中间圆柱形管和所述外圆柱形管之间，
所述重整部分圆柱形管的上端侧被第二上端板封闭；位于所述第二上端板和第一上端板之间的缝隙用作加热气体转向部分，
位于所述重整部分圆柱形管和所述外圆柱形管之间的圆柱形缝隙用作加热气体流动通道，
从所述燃烧器向下排放的加热气体沿着所述内圆柱形管的内圆周表面向上流动；在所述加热气体在所述加热气体转向部分处转向且向下流过所述加热气体流动通道时，所述加热气体加热所述重整催化剂层，之后流入到形成在第一蒸发器和第二蒸发器之间的加热气体流动通道中，和
从所述重整催化剂层上端流出的所述重整气体在重整气体转向部分处转向、向下流过所述重整气体流动通道，之后从低温CO变换催化剂层上端流入到所述低温CO变换催化剂层中。
另外，本发明的第九个方面提供了根据本发明第一个方面和第二个方面中的任一个方面的重整设备，其特征在于，所述第一流动通道和第二流动通道中的每一个被形成为螺旋形。
另外，本发明的第十个方面提供了根据本发明第一个方面和第二个方面中的任一个方面的重整设备，其特征在于，
所述第一蒸发器具有通过把圆柱形管装配在波纹状管的外圆周表面侧上形成的双管结构，所述波纹状管具有形成在所述波纹状管的外圆周表面中的螺旋形的突出和凹陷部分；形成在所述波纹状管和所述圆柱形管之间的螺旋缝隙用作所述第一流动通道，和
所述第二蒸发器具有通过把不同的圆柱形管装配在不同的波纹状管的外圆周表面侧上形成的双管结构，所述不同的波纹状管具有形成在所述不同的波纹状管的外圆周表面中的螺旋形的突出和凹陷部分；形成在所述不同的波纹状管和所述不同的圆柱形管之间的螺旋缝隙用作所述第二流动通道。
另外，本发明的第十一个方面提供了根据本发明第三个方面和第六个方面中的任一个方面的重整设备，其特征在于，
所述低温CO变换催化剂层被设置在圆柱形管的内部，
位于所述圆柱形管和所述第二蒸发器之间的圆柱形缝隙用作重整气体流动通道，和
在从所述重整催化剂层中流出的所述重整气体流过所述重整气体流动通道时，所述重整气体的温度通过与流过所述第二蒸发器的第二流动通道的水和混合物中的任一种的热交换而被降低；此后，经由形成在所述圆柱形管中的循环孔所述重整气体流入到所述圆柱形管的内部中，之后流过所述低温CO变换催化剂层。
另外，本发明的第十二个方面提供了根据本发明第三个方面和第六个方面中的任一个方面的重整设备，其特征在于，
所述低温CO变换催化剂层被圆柱形地设置在被设置在第二蒸发器的内侧上的第一圆柱形管和被设置在所述第一圆柱形管的内部的第二圆柱形管之间，
位于所述第一圆柱形管和所述第二蒸发器之间的圆柱形缝隙用作第一重整气体流动通道，
第二圆柱形管的内部用作第二重整气体流动通道，和
在从重整催化剂层流出的所述重整气体从所述低温CO变换催化剂层的第一端侧至第二端侧流过所述第一重整气体流动通道时，所述重整气体的温度通过与流过所述第二蒸发器的第二流动通道的水和混合物中的任一种的热交换而被降低；之后所述重整气体在位于所述低温CO变换催化剂层的第二端侧上的重整气体转向部分处转向；在所述重整气体从所述低温CO变换催化剂层的第二端侧至第一端侧流过所述第二重整气体流动通道时，所述重整气体的温度通过与低温CO变换催化剂层的热交换而被升高；此后，所述重整气体经由形成在所述第二圆柱形管中的循环孔流入到第一圆柱形管和第二圆柱形管之间的空隙中，之后流过所述低温CO变换催化剂层。
另外，本发明的第十三个方面提供了根据本发明第八个方面的重整设备，其特征在于，
所述低温CO变换催化剂层被圆柱形地设置在被设置在第二蒸发器的内侧上的第一圆柱形管和被设置在所述第一圆柱形管的内部的第二圆柱形管之间，
位于所述第一圆柱形管和所述第二蒸发器之间的圆柱形缝隙用作第一重整气体流动通道，
第二圆柱形管的内部用作第二重整气体流动通道，和
在从重整催化剂层流出的所述重整气体从所述低温CO变换催化剂层的第一端侧至第二端侧流过所述第一重整气体流动通道时，所述重整气体的温度通过与流过所述第二蒸发器的第二流动通道的水和混合物中的任一种的热交换而被降低；之后所述重整气体在位于所述低温CO变换催化剂层的第二端侧上的重整气体转向部分处转向；在所述重整气体从所述低温CO变换催化剂层的第二端侧至第一端侧流过所述第二重整气体流动通道时，所述重整气体的温度通过与低温CO变换催化剂层的热交换而被升高；此后，所述重整气体经由形成在所述第二圆柱形管中的循环孔流入到第一圆柱形管和第二圆柱形管之间的空隙中，之后流过所述低温CO变换催化剂层。
另外，本发明的第十四个方面提供了根据本发明第四个方面和第八个方面中的任一个方面的重整设备，其特征在于，高温CO变换催化剂设置在位于所述重整催化剂层被安装在其中的所述重整管的内侧上且位于所述低温CO变换催化剂层的上方的区域中，所述区域是所述重整气体流入的地方。
另外，本发明的第十五个方面提供了根据本发明第三个方面和第六个方面中的任一个方面的重整设备，其特征在于，
所述低温CO变换催化剂层被圆柱形地设置在被设置在第二蒸发器的内侧上的第一圆柱形管和被设置在所述第一圆柱形管的内部的第二圆柱形管之间，
所述高温CO变换催化剂层被圆柱形地设置在第一圆柱形管和第二圆柱形管之间，且在所述低温CO变换催化剂层的上方，
位于所述第一圆柱形管和所述第二蒸发器之间的圆柱形缝隙用作第一重整气体流动通道，
第二圆柱形管的内部用作第二重整气体流动通道，和
在从重整催化剂层流出的所述重整气体从所述高温CO变换催化剂层的上端侧至低温CO变换催化剂层的下端侧向下流过所述第一重整气体流动通道时，所述重整气体的温度通过与流过所述第二蒸发器的第二流动通道的水和混合物中的任一种的热交换而被降低；之后所述重整气体在位于所述低温CO变换催化剂层的下端侧上的重整气体转向部分处转向；在所述重整气体从所述低温CO变换催化剂层的下端侧至高温CO变换催化剂层的上端侧向上流过所述第二重整气体流动通道时，所述重整气体的温度通过与低温CO变换催化剂层和高温CO变换催化剂层的热交换而被升高；此后，所述重整气体在位于所述第二重整气体流动通道的上端侧上的重整气体转向部分处转向；所述重整气体流入到在第一圆柱形管和第二圆柱形管之间的空隙中，向下流过所述高温CO变换催化剂层，之后流过所述低温CO变换催化剂层。
另外，本发明的第十六个方面提供了根据本发明第十一个方面的重整设备，其特征在于包括：
O2吸附催化剂层被设置在所述圆柱形管的内部；
加热气体导入管，穿透所述低温CO变换催化剂层和所述O2吸附催化剂层；
冷凝器，从所述加热气体移除湿气；和
泵，吸取所述加热气体，所述重整设备的特征在于，
在所述重整设备被停止时，所述加热气体被所述泵吸取；所述冷凝器移除所述湿气；通过所述加热气体导入管所述加热气体被引入到所述O2吸附催化剂层的上端侧，此后，所述加热气体转向且流过所述O2吸附催化剂层，使得从所述加热气体移除O2，从而产生O2稀少气体，
O2稀少气体的一部分流过所述低温CO变换催化剂层，因此排放保留在所述低温CO变换催化剂层中的蒸汽，或所述O2稀少气体的一部分流过所述低温CO变换催化剂层，之后流过所述CO移除催化剂层，因此排放保留在所述低温CO变换催化剂层和CO移除催化剂层中的所述蒸汽，和
通过形成在所述圆柱形管中的循环孔所述O2稀少气体的剩余部分流出，之后流过所述重整催化剂层，从而排放保留在所述重整催化剂层中的蒸汽。
另外，本发明的第十七个方面提供了根据本发明第十五个方面的重整设备，其特征在于包括：
第一O2吸附催化剂层和第二O2吸附催化剂层，上述两者被圆柱形地设置在第一圆柱形管和第二圆柱形管之间且上述两者设置所述低温CO变换催化剂层和所述高温CO变换催化剂层之间，所述第一O2吸附催化剂层被设置在更靠近所述低温CO变换催化剂层的一侧上，所述第二O2吸附催化剂层被设置在更靠近高温CO变换催化剂层的一侧上；
加热气体导入管，穿透所述低温CO变换催化剂层和所述第一O2吸附催化剂层；
冷凝器，从所述加热气体移除湿气；和
泵，吸取所述加热气体，所述重整设备的特征在于，
在所述重整设备被停止时，所述加热气体被所述泵吸取；所述冷凝器移除所述湿气；通过所述加热气体导入管所述加热气体被引入到位于所述第一O2吸附催化剂层和第二O2吸附催化剂层之间的部分上，
此后，被引入到位于所述第一O2吸附催化剂层和第二O2吸附催化剂层之间的所述部分上的所述加热气体的一部分转向且流过所述第一O2吸附催化剂层，使得从所述加热气体中移除O2，从而产生O2稀少气体；所述O2稀少气体流过所述低温CO变换催化剂层，因此排放保留在所述低温CO变换催化剂层中的蒸汽，或所述O2稀少气体流过所述低温CO变换催化剂层，之后流过所述CO移除催化剂层，因此排放保留在所述低温CO变换催化剂层和CO移除催化剂层中的所述蒸汽，和
被引入到位于所述第一O2吸附催化剂层和第二O2吸附催化剂层之间的部分上的所述加热气体的剩余部分流过所述第二O2吸附催化剂层，使得从加热气体中移除O2，因此产生O2稀少气体；所述O2稀少气体流过所述高温CO变换催化剂层，之后通过位于所述第二重整气体流动通道的端上的重整气体转向部分流出；此后，所述加热气体流过所述重整催化剂层，从而排放保留在高温CO催化剂层和重整催化剂层中的蒸汽。
另外，本发明的第十八个方面提供了根据本发明第四个方面和第八个方面中的任一个方面的重整设备，其特征在于，
圆柱形总箱被设置在位于第二蒸发器的第二流动通道的出口和重整催化剂层的进口之间的部分上或在第一蒸发器的第一流动通道的出口和重整催化剂层的进口之间的位置上；多个喷射孔沿所述总箱的圆周方向被形成在所述总箱的顶表面或侧表面上，和
通过所述第二蒸发器的第二流动通道的出口或第一蒸发器的第一流动通道的出口流出的所述混合物流入到所述总箱中；此后，所述混合物通过所述喷射孔喷出，且通过重整催化剂层进口流入到重整催化剂层中。
另外，本发明的第十九个方面提供了根据本发明第一个方面和第四个方面中的任一个方面的重整设备，其特征在于包括：
用于清洗的管道，连接第二蒸发器的第二流动通道的出口至所述重整催化剂层的进口，或连接第一蒸发器的第一流动通道的出口至所述重整催化剂层的进口；和
用于清洗的可移除部分，被可拆卸地连接至所述用于清洗的管道的某个点上，所述重整设备的特征在于，
在所述用于清洗的可移除部分被移除和通过所述用于清洗的管道的填充口注入化学液体时，所述化学液体流过第二蒸发器的第二流动通道，之后流过第一蒸发器的第一流动通道，或所述化学液体流过第一蒸发器的第一流动通道，之后流过第二蒸发器的第二流动通道。
另外，本发明的第二十个方面提供了根据本发明第一个方面和第二个方面中的任一个方面的重整设备，其特征在于，
所述原料混合部分具有包括外部喷嘴和设置在所述外部喷嘴内部的内部喷嘴的双喷嘴结构，和
从所述第一蒸发器的第一流动通道流出的蒸汽和从第二蒸发器的第二流动通道流出的蒸汽中的任一种流过所述外部喷嘴和所述内部喷嘴之间的空隙，所述原料流过所述内部喷嘴，或
所述原料流过在所述外部喷嘴和所述内部喷嘴之间的空隙，和从所述第一蒸发器的第一流动通道流出的蒸汽和从第二蒸发器的第二流动通道流出的蒸汽中的任一种流过所述内部喷嘴。
另外，本发明的第二十一个方面提供了根据本发明第八个方面的重整设备，其特征在于，圆柱形的热绝缘材料被设置，以便围绕所述重整部分圆柱形管。
另外，本发明的第二十二个方面提供了一种操作根据本发明第八个方面的重整设备的方法，其特征在于，在用于开启所述重整设备的用于升温的加热操作中，不供给水或原料，所述燃烧器的加热气体沿所述重整管的内圆柱形管的内圆周表面向上流动，之后在加热气体转向部分处转向，之后向下流过位于所述重整管外面的加热气体流动通道；此后，所述加热气体向下流过在所述第一蒸发器和第二蒸发器之间形成的加热气体流动通道；因此，所述加热气体，通过加热，相继使所述重整管和所述重整催化剂层的温度、第一蒸发器和第二蒸发器的温度、以及之后低温CO变换催化剂层的温度升高。
另外，本发明的第二十三个方面提供了一种操作根据本发明第十三个方面的重整设备的方法，其特征在于，
在用于启动所述重整设备的用于升温的加热操作中，不供给水或原料，所述燃烧器的加热气体沿所述重整管的内圆柱形管的内圆周表面向上流动，之后在加热气体转向部分处转向，之后向下流过位于所述重整管外面的加热气体流动通道；此后，所述加热气体向下流过在所述第一蒸发器和第二蒸发器之间形成的加热气体流动通道；因此，所述加热气体，通过加热，相继使所述重整管和所述重整催化剂层的温度、第一蒸发器和第二蒸发器的温度、以及之后低温CO变换催化剂层的温度升高，和
随后，水被供给，且不供给原料，之后流过所述第一蒸发器的第一流动通道且之后流过第二蒸发器的第二流动通道，或流过所述第二蒸发器的第二流动通道且之后流过第一蒸发器的第一流动通道；因此所述水被流过在第一蒸发器和第二蒸发器之间形成的加热气体流动通道的加热气体加热，使得产生蒸汽；在所述蒸汽流过所述重整催化剂层之后且在所述蒸汽流过所述第一重整气体流动通道且流过所述第二重整气体流动通道时，所述蒸汽在第一圆柱形管的外表面和在第二圆柱形管的内表面上冷凝，之后因此发生的冷凝加热所述低温CO变换催化剂层且使其温度升高。
另外，本发明的第二十四个方面提供了一种操作根据本发明第五个方面和第八个方面中的任一个方面的重整设备的方法，其特征在于，
在所述重整设备处于稳定操作中时，在所述重整催化剂层的出口处的所述重整气体的温度被测量；被供给至所述燃烧器的燃料的量被控制，使得所述重整气体的温度的测量值被保持在预定温度上，和
另外，在低温CO变换催化剂层的进口处的重整气体的温度被测量；被供给至所述燃烧器的空气量被控制，使得所述重整气体的温度的测量值被保持在预定温度上。
另外，本发明的第二十五个方面提供了一种操作根据本发明第五个方面和第八个方面中的任一个方面的重整设备的方法，其特征在于，
在所述重整设备处于稳定操作中时，在所述重整催化剂层的出口处的所述重整气体的温度被测量；被供给至所述燃烧器的燃料的量被控制使得重整气体的温度的测量值被保持在预定温度上，和
另外，在所述第二蒸发器的第二流动通道的出口处的混合物的温度和在第一蒸发器的第一流动通道的出口处的混合物的温度中的任一个被测量；被供给至所述燃烧器的空气量被控制，使得所述混合物的温度测量值被保持在预定温度上。
本发明的效果
根据本发明的第一个方面的一种重整设备包括以下特征。所述重整设备包括：第一蒸发器是圆柱形且包括流过水的第一流动通道；第二蒸发器是圆柱形且包括流过蒸汽和原料的混合物的第二流动通道；管道把第一流动通道的出口连接至第二流动通道的进口；和原料混合部分被形成在管道的某个点上。第一蒸发器和第二蒸发器被同心地设置，使得所述第一蒸发器被设置在所述外侧上且第二蒸发器被设置在所述内侧上。位于第一蒸发器和第二蒸发器之间的圆柱形缝隙用作加热气体流动通道。在第一蒸发器中，流过所述第一流动通道的水被流过加热气体流动通道的加热气体加热，从而把所述水转换成蒸汽。在所述原料混合部分中，通过混合所述原料与从所述第一流动通道流出之后流过所述管道的所述蒸汽以获得所述混合物。在第二蒸发器中，在流过所述第二流动通道时，所述混合物被流过所述加热气体流动通道的加热气体进一步地加热。所述混合物被供给至所述重整催化剂层。因此，流过第一蒸发器的第一流动通道的水和流过第二蒸发器的第二流动通道的混合物可被流过在第一蒸发器和第二蒸发器之间形成的加热气体流动通道的加热气体有效地加热。
另外，在从第一蒸发器的第一流动通道流出的蒸汽流过管道时，所述蒸汽以比水(液体)更大的流速(例如，大约为50m/s)流动。因此，与被形成在管道的某个点上的原料混合部分中的蒸汽混合的原料可被所述高流速的蒸汽很好地搅动，且可被均匀地分散在所述蒸汽中。因此，蒸汽和原料可被均匀地混合在一起。在这种情形中，即使在原料是液体燃料(例如煤油)时或即使在仅提供少量的原料时，蒸汽和原料可被均匀地混合在一起。另外，在第二蒸发器中，原料与蒸汽一起被蒸发且其温度被升高。因此，即使在可能沉淀碳的原料(例如，煤油)被使用时，碳从原料中的沉淀可被避免，从而可避免重整催化剂的降解。在原料如传统情形在粗燃料蒸发器中被蒸发时，对温度升高的复杂控制是必需的，但在本发明中，对温度升高的复杂控制不再是必需的。
根据本发明的第二方面的一种重整设备具有以下特征。所述重整设备包括：第一蒸发器，是圆柱形且包括流过蒸汽和原料的混合物的第一流动通道；第二蒸发器，是圆柱形且包括流过水的第二流动通道；管道，连接第二流动通道的出口至第一流动通道的进口；和原料混合部分，被形成在管道的某个点上。所述第一蒸发器和第二蒸发器被同心地设置，使得所述第一蒸发器被设置在外侧上和所述第二蒸发器被设置在内侧上。圆柱形缝隙，位于第一蒸发器和第二蒸发器之间，用作加热气体流动通道。在第二蒸发器中，流过所述第二流动通道的水被流过加热气体流动通道的加热气体加热，从而把所述水转换成蒸汽。在所述原料混合部分中，通过混合所述原料与从所述第二流动通道流出之后流过所述管道的所述蒸汽以获得所述混合物。在第一蒸发器中，在流过所述第一流动通道时，所述混合物被流过所述加热气体流动通道的加热气体进一步地加热。所述混合物被供给至所述重整催化剂层。因此，流过第二蒸发器的第二流动通道的水和流过第一蒸发器的第一流动通道的混合物可被流过在第一蒸发器和第二蒸发器之间形成的加热气体流动通道的加热气体有效地加热。
另外，在从第二蒸发器的第二流动通道流出的蒸汽流过管道时，所述蒸汽以比水(液体)更大的流速(例如，大约为50m/s)流动。因此，与被形成在管道的某个点上的原料混合部分中的蒸汽混合的原料可被所述高流速的蒸汽很好地搅动，且可被均匀地分散在所述蒸汽中。因此，蒸汽和原料可被均匀地混合在一起。在这种情形中，即使在原料是液体燃料(例如煤油)时或即使在仅提供少量的原料时，蒸汽和原料可被均匀地混合在一起。另外，在第一蒸发器中，原料与蒸汽一起被蒸发且其温度被升高。因此，即使在可能沉淀碳的原料(例如，煤油)被使用时，碳从原料中的沉淀可被避免，从而可避免重整催化剂的降解。在原料如传统情形在粗燃料蒸发器中被蒸发时，对温度升高的复杂控制是必需的，但在本发明中，对温度升高的复杂控制不再是必需的。
根据本发明的第三个方面的一种重整设备的特征在于低温CO变换催化剂层被设置在所述第二蒸发器的内侧上。因此，从重整催化剂层流出的重整气体流过低温CO变换催化剂层。此时流过第二蒸发器的第二流动通道的水或混合物吸收在低温CO变换催化剂层中发生的重整气体的CO变换反应产生的热量，从而混合物或水使重整气体冷却。
另外，所述第二蒸发器围绕低温CO变换催化剂层。另外，在所述重整设备处于稳定操作中时，混合物或水流过第二蒸发器的第二流动通道。因此，不会通过与流过位于第二蒸发器的外侧上的加热气体流动通道的加热气体的接触而使低温CO变换催化剂层的温度升高。而且，流过第二蒸发器的第二流动通道的混合物或水可确定地吸收由在低温CO变换催化剂层中发生的CO变换反应产生的热量，从而可确定地冷却重整气体。因此，与传统情形不同，可避免由于对重整气体的冷却不充分引起的从低温CO变换催化剂层流出的重整气体中的CO浓度的升高。为此，即使在从低温CO变换催化剂层流出的重整气体进一步地流过CO移除催化剂层时，被供给至CO移除催化剂层的用于CO选择氧化的空气的量可被降低，使得可改善所述重整效率。另外，温度很难控制的甲烷化类型的CO移除催化剂的使用不再是必需的。
根据本发明的第四个方面的重整设备具有以下特征。其中安装了所述重整催化剂层的重整管被设置在第一蒸发器和第二蒸发器上方；在从第二蒸发器的第二流动通道流出的混合物和从第一蒸发器的第一流动通道流出的混合物中的任一种从下端流入到所述重整催化剂层中，之后向上流过所述重整催化剂层，通过蒸汽重整过程把所述混合物转换成所述重整气体；所述重整气体从所述重整催化剂层的上端流出、向下流动、从低温CO变换催化剂层上端流入到所述低温CO变换催化剂层中，之后向下流过所述低温CO变换催化剂层。这种结构允许重整管、第一蒸发器、第二蒸发器以及低温CO变换催化剂层被设置成考虑了混合物和重整气体的流动(即混合物和重整气体之间的热交换)等的紧凑且合理的布置。
根据本发明的第五个方面的重整设备的特征在于产生所述加热气体的燃烧器被设置在重整管的上端侧，面朝下。因此，在一些麻烦发生在燃烧器中时，仅通过从所述设备移除燃烧器可进行维护工作，而不需要颠倒重整设备，这不同于传统情形。另外，与在传统的情形中采用的长的燃烧器相比，可很容易地使用燃烧器，因为它可以很短。因此，仅使用人力可在现场进行用于燃烧器的调整工作、更换工作以及相类似的工作。
根据本发明的第六个方面的重整设备的特征在于CO移除催化剂层被圆柱形地设置以便围绕所述第一蒸发器，从所述低温CO变换催化剂层流出的重整气体流过所述CO移除催化剂层。因此，在从低温CO变换催化剂层流出的重整气体流过CO移除催化剂层时，此时流过第一蒸发器的第一流动通道的水或混合物吸收由在CO移除催化剂层中发生的重整气体的CO选择氧化反应产生的热量，因此冷却所述重整气体。
另外，第一蒸发器存在于加热气体流动通道和CO移除催化剂层之间。在所述重整设备处于稳定操作中时，水或混合物流过第一蒸发器的第一流动通道。因此，CO移除催化剂层不与流过位于第一蒸发器的内侧上的加热气体流动通道的加热气体接触，使得不会通过这种接触引起CO移除催化剂层的温度升高。另外，流过第一蒸发器的第一流动通道的水或混合物可确定地吸收由在CO移除催化剂层中发生的CO选择氧化反应产生的热量，因此可确定地冷却重整气体。因此，已经被冷却至大约水的蒸发温度的CO移除催化剂层的CO移除催化剂具有很高的CO移除能力。因此，温度很难控制的甲烷化类型的CO移除催化剂的采用不再是必需的。
根据本发明的第七个方面的重整设备具有以下特征。高温CO变换催化剂层被设置在允许所述重整气体在穿过所述低温CO变换催化剂层之前穿过所述高温CO变换催化剂层的位置上。从所述重整催化剂层流出的所述重整气体流过所述高温CO变换催化剂层，之后流过所述低温CO变换催化剂层。因此，除了低温CO变换催化剂层外，高温CO变换催化剂层被设置成另一CO变换催化剂层。所述高温CO变换催化剂具有很高的操作温度且是耐热的。另外，由于很高的操作温度，所述高温CO变换催化剂层具有很高的反应速度。因此，移除CO所需的高温CO变换催化剂的量小于低温CO变换催化剂。因此，穿过高温CO变换催化剂层的重整气体中的CO浓度小于例如650℃水平的传统重整气体中的CO浓度。因此，即使重整气体流入到低温CO变换催化剂层中，通过CO变换反应产生的热量，所述低温CO变换催化剂的温度被较少程度地升高，使得低温CO变换催化剂可具有更长的使用寿命。另外，在低温CO变换催化剂的温度不被升高时，在低温CO变换催化剂层的出口处的温度也被降低。由于与平衡反应相关的原因，从低温CO变换催化剂层流出的重整气体中的CO浓度也被降低。因此，在从低温CO变换催化剂层流出的重整气体进一步流过CO移除催化剂层时，可降低在CO移除催化剂上的负载。
根据本发明的第八个方面的所述重整设备具有以下特征。所述重整设备包括被设置以便围绕所述重整管的重整部分圆柱形管。所述重整管具有包括位于所述内侧上的内圆柱形管、位于所述外侧上的外圆柱形管以及位于所述内圆柱形管和所述外圆柱形管之间的中间圆柱形管的三管结构，所有这些管被同心设置以便围绕所述燃烧器。所述内圆柱形管的下端侧被下端板封闭。在所述内圆柱形管和所述外圆柱形管之间的空隙的上端侧被第一上端板封闭；第一上端板和中间圆柱形管的上端之间的缝隙用作重整气体转向部分。位于所述中间圆柱形管和内圆柱形管之间的圆柱形缝隙用作重整气体流动通道。所述重整催化剂层被圆柱形地形成在所述中间圆柱形管和所述外圆柱形管之间。所述重整部分圆柱形管的上端侧被第二上端板封闭；位于所述第二上端板和第一上端板之间的缝隙用作加热气体转向部分。位于所述重整部分圆柱形管和所述外圆柱形管之间的圆柱形缝隙用作加热气体流动通道。从所述燃烧器向下排放的加热气体沿着所述内圆柱形管的内圆周表面向上流动；在所述加热气体在所述加热气体转向部分处转向且向下流过所述加热气体流动通道时，所述加热气体加热所述重整催化剂层，之后流入到形成在第一蒸发器和第二蒸发器之间的加热气体流动通道中。从所述重整催化剂层上端流出的所述重整气体在重整气体转向部分处转向、向下流过所述重整气体流动通道，之后从低温CO变换催化剂层上端流入到所述低温CO变换催化剂层中。因此，加热气体可同时从圆柱形重整管(重整催化剂层)的外侧和内侧有效地加热重整催化剂层。另外，重整管是不同于传统采用的多管类型的单管类型。因此，把多个重整管放置在一起的管道、总箱等不是必要的。因此，可降低制造成本。
根据本发明的第九个方面的所述重整设备的特征在于，所述第一流动通道和第二流动通道中的每一个被形成成螺旋形。因此，水或混合物在第一流动通道中螺旋地流动，混合物和水灾第二流动通道中螺旋地流动。因此，在第一蒸发器中的混合物或水和加热气体之间的热交换以及在第二蒸发器中的混合物或水和加热气体之间的热交换可被更确定地进行。如果第二流动通道和第一流动通道中的每一个是例如简单的圆柱形流动通道时，混合物的流速变得更慢。因此，在混合物中的原料和水(蒸汽)彼此分离，使得水(蒸汽)和原料之间的比例(S/C＝蒸汽/碳)可能偏离预定的值，碳可能从原料中沉淀，这导致了重整催化剂的使用寿命更短。相反地，螺旋的第二流动通道或螺旋的第一流动通道的使用使得混合物的流速高于上面所述的简单的圆柱形流动通道及相类似的情形。因此，可避免混合物中的原料和水(蒸汽)的分离。
根据本发明的第十个方面的重整设备具有以下特征。所述第一蒸发器具有通过把圆柱形管装配在波纹状管的外圆周表面侧上形成的双管结构，所述波纹状管具有形成在所述波纹状管的外圆周表面中的螺旋形的突出和凹陷部分；形成在所述波纹状管和所述圆柱形管之间的螺旋缝隙用作所述第一流动通道。所述第二蒸发器具有通过把不同的圆柱形管装配在不同的波纹状管的外圆周表面侧上形成的双管结构，所述不同的波纹状管具有形成在所述不同的波纹状管的外圆周表面中的螺旋形的突出和凹陷部分；形成在所述不同的波纹状管和所述不同的圆柱形管之间的螺旋缝隙用作所述第二流动通道。因此，根据第十发明可获得与根据第九发明获得的有益效果相类似的有益效果。另外，水或混合物和加热气体彼此成表面至表面接触，第一蒸发器的波纹状管被设置在中间。混合物或水和加热气体彼此成表面至表面接触，第二蒸发器的圆柱形管设置在中间。另外，第一蒸发器的波纹状管的突出和凹陷部分使得加热气体88的流动成为湍流。因此，在水和加热气体之间以及在混合物和加热气体之间的热交换可被有效地进行。
根据本发明的第十一个方面的重整设备具有以下特征。所述低温CO变换催化剂层被设置在圆柱形管的内部。位于所述圆柱形管和所述第二蒸发器之间的圆柱形缝隙用作重整气体流动通道。在从所述重整催化剂层中流出的所述重整气体流过所述重整气体流动通道时，所述重整气体的温度被与流过所述第二蒸发器的第二流动通道的所述水和所述混合物中的任一种的热交换降低；此后，通过形成在所述圆柱形管中的循环孔所述重整气体流入到所述圆柱形管的内部中，之后流过所述低温CO变换催化剂层。由于这种配置，第二蒸发器围绕低温CO变换催化剂层，混合物或水流过第二蒸发器的第二流动通道，同时，重整设备处于稳定操作中。因此，低温CO变换催化剂层(圆柱形管)不会与流过形成在第二蒸发器的外侧上的加热气体流动通道的加热气体接触，使得低温CO变换催化剂层的温度不会由这样的接触而升高。另外，流过第二蒸发器的第二流动通道的混合物或水可确定地吸收由在低温CO变换催化剂层中发生的CO变换反应产生的热量，且可确定地冷却重整气体。因此，与传统情形不同，可避免由于对重整气体的冷却不充分引起的从低温CO变换催化剂层流出的重整气体中的CO浓度增加。因此，即使在从低温CO变换催化剂层流出的重整气体进一步流过CO移除催化剂层时，被供给至CO移除催化剂层的用于CO选择氧化的空气的量可被降低，使得可改善重整效率。另外，温度很难控制的甲烷化类型的CO移除催化剂的使用不再是必需的。
根据本发明的第十二和第十三个方面的任一个中的重整设备具有以下特征。所述低温CO变换催化剂层被圆柱形地设置在被设置在第二蒸发器的内侧上的第一圆柱形管和被设置在所述第一圆柱形管的内部的第二圆柱形管之间。位于所述第一圆柱形管和所述第二蒸发器之间的圆柱形缝隙用作第一重整气体流动通道。第二圆柱形管的内部用作第二重整气体流动通道。在从重整催化剂层流出的所述重整气体从所述低温CO变换催化剂层的第一端侧至第二端侧流过所述第一重整气体流动通道时，所述重整气体的温度通过与流过所述第二蒸发器的第二流动通道的水和混合物中的任一种的热交换而被降低；之后所述重整气体在位于所述低温CO变换催化剂层的第二端侧上的重整气体转向部分处转向；在所述重整气体从所述低温CO变换催化剂层的第二端侧至第一端侧流过所述第二重整气体流动通道时，所述重整气体的温度通过与低温CO变换催化剂层的热交换而被升高；此后，所述重整气体经由形成在所述第二圆柱形管中的循环孔流入到第一圆柱形管和第二圆柱形管之间的空隙中，之后流过所述低温CO变换催化剂层。因此，根据第十二和第十三发明中任一个可获得与通过第十一发明获得的有益效果相类似的有益效果。另外，从低温CO变换催化剂层至第二蒸发器(混合物或水)的热量转移不但可通过辐射热量转移被获得，而且还可通过流过在低温CO变换催化剂层和第二蒸发器之间形成的重整气体流动通道的重整气体流动引起的对流热量转移被获得。因此，第二蒸发器(混合物或水)的冷却低温CO变换催化剂层的性能高于仅通过辐射热量转移进行热量转移的情形。
另外，重整气体流过位于低温CO变换催化剂层的外侧上的第一重整气体流动通道和位于其内侧上的第二重整气体流动通道。因此，即使在用于升温的加热操作之后开始供给工业用水(process water)85，且所述水的蒸汽之后流入时，蒸汽的冷凝不会发生在低温CO变换催化剂层中，因为蒸汽首先在第一重整气体流动通道和第二重整气体流动通道中(也就是，在第一圆柱形管的外表面和在第二圆柱形管的内表面上)冷凝。另外，在蒸汽在第一圆柱形管的外表面上和在第二圆柱形管的内表面上冷凝时，冷凝的潜热被转移至低温CO变换催化剂层，使得低温CO变换催化剂层的温度升高。因此，在蒸汽流入到低温CO变换催化剂层中时，所述蒸汽不会在低温CO变换催化剂层中冷凝。因此，可避免由蒸汽冷凝引起的低温CO变换催化剂的降解。
另外，流过第二重整气体流动通道的重整气体还冷却低温CO变换催化剂层的内侧部分。因此，所述内侧部分的温度升高可被避免，因此穿过所述内侧部分的重整气体的CO浓度可被降低。
根据本发明的第十四个方面的所述重整设备的特征在于高温CO变换催化剂设置在位于所述重整催化剂层被安装在其中的所述重整管的内侧上的且位于所述低温CO变换催化剂层的上方的区域中，所述区域是所述重整气体流入的地方。因此，从重整催化剂层流出的重整气体向下流动、从上端流入到高温CO变换催化剂层中，之后向下流过高温CO变换催化剂层。此后，重整气体从上端流入到低温CO变换催化剂层中。
为此，根据第十四发明中任一个可获得与根据第七发明所获得的有益效果相类似的有益效果。另外，在重整设备处于用于升温的加热操作中，以由加热气体通过加热来升高重整管(重整催化剂层)的温度时，位于重整管(中间圆柱形管)内的高温CO变换催化剂层的温度通过重整管(重整催化剂层)的加热而被升高。
根据本发明的第十五个方面所述的重整设备具有以下特征。所述低温CO变换催化剂层被圆柱形地设置在被设置在第二蒸发器的内侧上的第一圆柱形管和被设置在所述第一圆柱形管的内部的第二圆柱形管之间。高温CO变换催化剂层被圆柱形地设置在第一圆柱形管和第二圆柱形管之间，且在所述低温CO变换催化剂层的上方。位于所述第一圆柱形管和所述第二蒸发器之间的圆柱形缝隙用作第一重整气体流动通道。第二圆柱形管的内部用作第二重整气体流动通道。在从重整催化剂层流出的所述重整气体从所述高温CO变换催化剂层的上端侧至低温CO变换催化剂层的下端侧向下流过所述第一重整气体流动通道时，所述重整气体的温度通过与流过所述第二蒸发器的第二流动通道的水和混合物中的任一种的热交换而被降低；之后所述重整气体在位于所述低温CO变换催化剂层的下端侧上的重整气体转向部分处转向；在所述重整气体从所述低温CO变换催化剂层的下端侧至高温CO变换催化剂层的上端侧向上流过所述第二重整气体流动通道时，所述重整气体的温度通过与低温CO变换催化剂层和高温CO变换催化剂层的热交换而被升高；此后，所述重整气体在位于所述第二重整气体流动通道的上端侧上的重整气体转向部分处转向；所述重整气体流入到在第一圆柱形管和第二圆柱形管之间的空隙中，向下流过所述高温CO变换催化剂层，之后流过所述低温CO变换催化剂层。因此，根据第十五发明可获得与根据第十一和第十二发明所获得的有益效果相类似的有益效果。
另外，如上所述，在开始供给所述水时，在所述蒸汽在第一圆柱形管的外表面上和在第二圆柱形管的内表面上冷凝时产生的冷凝的潜热还被转移至高温CO变换催化剂层。因此，高温CO变换催化剂层的温度升高。因此，在所述蒸汽流入到高温CO变换催化剂层时，所述蒸汽不会在高温CO变换催化剂层中冷凝。因此，可避免由蒸汽冷凝引起的高温CO变换催化剂的降解。
另外，从第二重整气体流动通道流过的重整气体还冷却高温CO变换催化剂层的内侧部分和低温CO变换催化剂层的内侧部分。因此，可避免所述内侧部分的温度升高，因此穿过所述内侧部分的重整气体中的CO浓度可被降低。
除了低温CO变换催化剂层之外，高温CO变换催化剂层被设置成另一CO变换催化剂层。高温CO变换催化剂具有很高操作温度且是耐热的。另外，由于很高的操作温度，高温CO变换催化剂具有很高的反应速度。因此，移除CO所需要的高温CO变换催化剂的量小于低温CO变换催化剂。因此，已经穿过高温CO变换催化剂层的重整气体中的CO浓度小于例如650℃水平的传统重整气体中的CO浓度。为此，即使在重整气体流入到低温CO变换催化剂层中时，低温CO变换催化剂的温度较少程度地通过CO变换反应产生的热量升高，使得低温CO变换催化剂可具有更长的使用寿命。另外，在低温CO变换催化剂的温度不升高时，在低温CO变换催化剂层的出口处的温度也被降低。由于与平衡反应相关的原因，从低温CO变换催化剂层流出的重整气体中的CO浓度也被降低。因此，在从低温CO变换催化剂层流出的重整气体进一步流过CO移除催化剂层时，可降低在CO移除催化剂上的负载。
另外，在重整设备的制造过程中，不需要预先在重整设备中形成高温CO变换催化剂层。相反地，作为单独的过程，可通过使用第一圆柱形管和第二圆柱形管同时制造高温CO变换催化剂层和低温CO变换催化剂层。之后，高温CO变换催化剂层和低温CO变换催化剂层被装配成所述重整设备。为此，可改善在所述制造过程中的这些构件的处理，导致制造成本的降低。
另外，在重整设备处于用于升高温度的加热操作中时，重整管(重整催化剂层)的温度由加热气体的加热而被升高。此时，因为第一重整气体流动通道存在于重整催化剂层(中间圆柱形管)和高温CO变换催化剂层(第一圆柱形管)之间，在高温CO变换催化剂层被设置的重整催化剂层的部分也较少地受高温CO变换催化剂层的热容量的影响。因此，由加热气体可使上面提及的部分的温度平滑地升高。即使在此时高温CO变换催化剂层的温度升高不充分时，如上所述，通过蒸汽冷凝的潜热可使高温CO变换催化剂层的温度升高。因此，在高温CO变换催化剂层中不发生蒸汽的冷凝。
根据本发明的第十六个方面的重整设备具有以下特征。所述重整设备包括：O2吸附催化剂层，被设置在所述圆柱形管的内部；加热气体导入管，穿透所述低温CO变换催化剂层和所述O2吸附催化剂层；冷凝器，从所述加热气体移除湿气；和泵，吸取所述加热气体。在所述重整设备被停止时，所述加热气体被所述泵吸取；所述冷凝器移除所述湿气；通过所述加热气体导入管所述加热气体被引入到所述O2吸附催化剂层的上端侧，此后，所述加热气体转向且流过所述O2吸附催化剂层，使得从所述加热气体移除O2，从而产生O2稀少气体。O2稀少气体的一部分流过所述低温CO变换催化剂层，因此排放保留在所述低温CO变换催化剂层中的蒸汽，或所述O2稀少气体的一部分流过所述低温CO变换催化剂层，之后流过所述CO移除催化剂层，因此排放保留在所述低温CO变换催化剂层和CO移除催化剂层中的所述蒸汽。通过形成在所述圆柱形管中的循环孔所述O2稀少气体的剩余部分流出，之后流过所述重整催化剂层，从而排放保留在所述重整催化剂层中的蒸汽。因此，在所述重整设备被停止时，保留在重整催化剂层中和在低温CO变换催化剂层中的蒸汽或保留在重整催化剂层、低温CO变换催化剂层中以及在CO移除催化剂层中的蒸汽可通过O2稀少气体被排放。因此，可避免由蒸汽冷凝引起的在这些催化剂层中的催化剂的降解。
根据本发明的第十七个方面的所述重整设备具有以下特征。所述重整设备包括：第一O2吸附催化剂层和第二O2吸附催化剂层，上述两者被圆柱形地设置在第一圆柱形管和第二圆柱形管之间且上述两者设置所述低温CO变换催化剂层和所述高温CO变换催化剂层之间，所述第一O2吸附催化剂层被设置在更靠近所述低温CO变换催化剂层的一侧上，所述第二O2吸附催化剂层被设置在更靠近高温CO变换催化剂层的一侧上；加热气体导入管，穿透所述低温CO变换催化剂层和所述第一O2吸附催化剂层；冷凝器，从所述加热气体移除湿气；和泵，吸取所述加热气体。在所述重整设备被停止时，所述加热气体被所述泵吸取；所述冷凝器移除所述湿气；通过所述加热气体导入管所述加热气体被引入到位于所述第一O2吸附催化剂层和第二O2吸附催化剂层之间的部分上。此后，被引入到位于所述第一O2吸附催化剂层和第二O2吸附催化剂层之间的所述部分上的所述加热气体的一部分转向且流过所述第一O2吸附催化剂层，使得从所述加热气体中移除O2，从而产生O2稀少气体；所述O2稀少气体流过所述低温CO变换催化剂层，因此排放保留在所述低温CO变换催化剂层中的蒸汽，或所述O2稀少气体流过所述低温CO变换催化剂层，之后流过所述CO移除催化剂层，因此排放保留在所述低温CO变换催化剂层和CO移除催化剂层中的所述蒸汽。被引入到位于所述第一O2吸附催化剂层和第二O2吸附催化剂层之间的部分上的所述加热气体的剩余部分流过所述第二O2吸附催化剂层，使得从加热气体中移除O2，因此产生O2稀少气体；所述O2稀少气体流过所述高温CO变换催化剂层，之后通过位于所述第二重整气体流动通道的端上的重整气体转向部分流出；此后，所述加热气体流过所述重整催化剂层，从而排放保留在高温CO催化剂层和重整催化剂层中的蒸汽。因此，在重整设备被停止时，保留在重整催化剂层中、高温CO变换催化剂层中以及在低温CO变换催化剂层中的蒸汽或保留在重整催化剂层中、高温CO变换催化剂层中、CO变换催化剂层中、低温CO变换催化剂层中以及CO移除催化剂层中的蒸汽可通过O2稀少气体被排放。因此，可避免由蒸汽冷凝引起的在所述催化剂层中的催化剂的降解。
根据本发明的第十八方面所述的重整设备具有以下特征。圆柱形总箱被设置在位于第二蒸发器的第二流动通道的出口和重整催化剂层的进口之间的部分上或在第一蒸发器的第一流动通道的出口和重整催化剂层的进口之间的位置上；多个喷射孔沿所述总箱的圆周方向被形成在所述总箱的顶表面或侧表面上。通过所述第二蒸发器的第二流动通道的出口或第一蒸发器的第一流动通道的出口流出的所述混合物流入到所述总箱中；此后，通过所述喷射孔喷射出所述混合物，且通过其进口流入到重整催化剂层中。因此，在所述混合物被供给至圆柱形重整催化剂层时，通过所述总箱所述混合物可被均匀地分散在重整催化剂层的圆周方向上。因此，可改善所述重整效率。
根据本发明的第十九个方面所述的重整设备具有以下特征。所述重整设备包括：用于清洗的管道，连接第二蒸发器的第二流动通道的出口至所述重整催化剂层的进口，或连接第一蒸发器的第一流动通道的出口至所述重整催化剂层的进口；和用于清洗的可移除部分，被可拆卸地连接至所述用于清洗的管道的某个点上。在所述用于清洗的可移除部分被移除和通过所述用于清洗的管道的填充口注入化学液体时，所述化学液体流过第二蒸发器的第二流动通道，之后流过第一蒸发器的第一流动通道，或所述化学液体流过第一蒸发器的第一流动通道，之后流过第二蒸发器的第二流动通道。因此，即使在重整设备的长时间操作使得被包含在水中的固体成分(例如硅石)在第一流动通道和第二流动通道中沉淀时，也可在所述重整设备不处于操作中时，通过移除用于清洗的可移除部分、并通过用于清洗的管道的填充口把化学液体注入以及之后使得化学液体111流过第二流动通道且之后流过第一流动通道或流过第一流动通道且之后流过第二流动通道，从而可移除所述固体成分。因此，可避免所述固体成分阻塞第一流动通道和第二流动通道。
根据本发明的第二十个方面所述的重整设备具有以下特征。所述原料混合部分具有包括外部喷嘴和设置在所述外部喷嘴内部的内部喷嘴的双喷嘴结构。从所述第一蒸发器的第一流动通道流出的蒸汽和从第二蒸发器的第二流动通道流出的蒸汽中的任一种流过所述外部喷嘴和所述内部喷嘴之间的空隙，所述原料流过所述内部喷嘴。或所述原料流过在所述外部喷嘴和所述内部喷嘴之间的空隙，和从所述第一蒸发器的第一流动通道流出的蒸汽和从第二蒸发器的第二流动通道流出的蒸汽中的任一种流过所述内部喷嘴。因此，在原料混合部分中，所述原料被转换成细喷雾，之后均匀地与水(蒸汽)混合。因此，可更确定地避免碳从原料的沉淀，因此可确定地避免重整催化剂的降解。
根据本发明的第二十一个方面所述的重整设备的特征在于圆柱形的热绝缘材料被设置，以便围绕所述重整部分圆柱形管。因此，从重整部分圆柱形管的表面的热辐射被热绝缘材料减少。另外，通过使用例如由陶瓷纤维制成的适合厚度的便宜材料可获得所述热绝缘材料。
根据本发明的第二十二个方面所述的操作重整设备的方法具有以下特征。在用于启动所述重整设备的用于升温的加热操作中，不供给水或原料，所述燃烧器的加热气体沿所述重整管的内圆柱形管的内圆周表面向上流动，之后在加热气体转向部分处转向，之后向下流过位于所述重整管外面的加热气体流动通道；此后，所述加热气体向下流过在所述第一蒸发器和第二蒸发器之间形成的加热气体流动通道；因此，所述加热气体，通过加热，相继使所述重整管和所述重整催化剂层的温度、第一蒸发器和第二蒸发器的温度、以及之后低温CO变换催化剂层的温度升高。因此，重整设备的各个部件的温度可由加热气体的加热而有效地被升高。
根据本发明的第二十三个方面所述的操作重整设备的方法具有以下特征。在用于启动所述重整设备的用于升温的加热操作中，不供给水或原料，所述燃烧器的加热气体沿所述重整管的内圆柱形管的内圆周表面向上流动，之后在加热气体转向部分处转向，之后向下流过位于所述重整管外面的加热气体流动通道；此后，所述加热气体向下流过在所述第一蒸发器和第二蒸发器之间形成的加热气体流动通道；因此，所述加热气体，通过加热，相继使所述重整管和所述重整催化剂层的温度、第一蒸发器和第二蒸发器的温度、以及之后低温CO变换催化剂层的温度升高。随后，所述水被供给，且没有供给所述原料，之后水流过所述第一蒸发器的第一流动通道且之后流过第二蒸发器的第二流动通道，或流过所述第二蒸发器的第二流动通道且之后流过第一蒸发器的第一流动通道；因此所述水被流过在第一蒸发器和第二蒸发器之间形成的加热气体流动通道的加热气体加热，使得产生蒸汽；在所述蒸汽流过所述重整催化剂层之后且在所述蒸汽流过所述第一重整气体流动通道且流过所述第二重整气体流动通道时，所述蒸汽被在第一圆柱形管的外表面和在第二圆柱形管的内表面上冷凝，之后因此发生的冷凝加热所述低温CO变换催化剂层且使其温度升高。因此，重整设备的各个部件的温度可由加热气体的加热而有效地升高。另外，通过蒸汽冷凝的潜热的加热可更确定地使得低温CO变换催化剂层的温度升高。
操作根据本发明的第二十四个方面所述的重整设备的方法具有以下特征。在所述重整设备处于稳定操作中时，在所述重整催化剂层的出口处的所述重整气体的温度被测量；被供给至所述燃烧器的燃料的量被控制，使得所述重整气体的温度的测量值被保持在预定温度上。另外，在低温CO变换催化剂层的进口处的重整气体的温度被测量；被供给至所述燃烧器的空气量被控制，使得所述重整气体的温度的测量值被保持在预定温度上。因此，在重整催化剂层的出口处的重整气体的温度和在低温CO变换催化剂层的进口处的重整气体的温度可被更确定地保持在它们各自的预定温度上。
根据本发明的第二十五个方面所述的操作重整设备的方法具有以下特征。在所述重整设备处于稳定操作中时，在所述重整催化剂层的出口处的所述重整气体的温度被测量；被供给至所述燃烧器的燃料的量被控制使得重整气体的温度的测量值被保持在预定温度上。另外，在所述第二蒸发器的第二流动通道的出口处的混合物的温度和在第一蒸发器的第一流动通道的出口处的混合物的温度中的任一个被测量；被供给至所述燃烧器的空气量被控制，使得所述混合物的温度测量值被保持在预定温度上。因此，在重整催化剂层的出口处的重整气体的温度、在第二蒸发器的第二流动通道的出口处的混合物的温度或在第一蒸发器的第一流动通道的出口处的混合物的温度可被更确定地保持在它们各自的预定温度上。
附图说明
图1显示根据本发明的实施例1的重整设备的垂直剖面。
图2显示如由图1中的带箭头的线A-A显示的位置观看且沿图1中的带箭头的线A-A的垂直剖面。
图3显示如由图1中的带箭头的线B-B显示的位置观看且沿图1中的带箭头的线B-B的垂直剖面。
图4(a)显示所述重整设备配备的原料混合部分的垂直剖面。
图4(b)显示如由图4(a)中的带箭头的线C-C显示的位置观看且沿图4(a)中的带箭头的线C-C的垂直剖面。
图5显示根据本发明的实施例2的重整设备的垂直剖面。
图6显示如由图5的带箭头的线D-D显示的位置观看且沿图5的带箭头的线D-D的水平剖面。
图7显示如由图5的带箭头的线E-E显示的位置观看且沿图5中的带箭头的线E-E的水平剖面。
图8显示如由图5的带箭头的线F-F显示的位置观看且沿图5中的带箭头的线F-F的水平剖面。
图9显示如由图5的带箭头的线G-G显示的位置观看且沿图5中的带箭头的线G-G的水平剖面。
图10显示交换加热气体和工业用水(水)之间的热量的热交换器。
图11显示所述重整设备设置的温度控制系统的方框图。
图12显示示出用于清洗的管道和用于清洗的可移除部分设置在第二蒸发器和重整催化剂层之间的情形的配置的垂直剖面。
图13显示根据本发明的实施例3的重整设备的垂直剖面。
图14显示如由图13的带箭头的线I-I显示的位置观看且沿图13中的带箭头的线I-I的水平剖面。
图15显示如由图13的带箭头的线J-J显示的位置观看且沿图13中的带箭头的线J-J的水平剖面。
图16显示根据本发明的实施例4的重整设备的垂直剖面。
图17显示如由图16的带箭头的线K-K显示的位置观看且沿图16中的带箭头的线K-K的水平剖面。
图18显示如由图16的带箭头的线L-L显示的位置观看且沿图16中的带箭头的线L-L的水平剖面。
图19显示如由图16的带箭头的线M-M显示的位置观看且沿图16中的带箭头的线M-M的水平剖面。
[附图标记说明]
01：燃烧器；02：重整部分圆柱形管；03：重整催化剂层；04：重整管；05：第一蒸发器；06：第二蒸发器；07：低温CO变换催化剂层；08：CO移除催化剂层；09：内圆柱形管；010：外圆柱形管；011：中间圆柱形管；012：底端板；013：上端板；014：重整气体转向部分；015：重整气体流动通道；016：上端板；017：加热气体转向部分；018：加热气体流动通道；019：燃烧部分；020：框架；021：水；022：原料；023：混合物；024：加热气体流动通道；025：圆柱形管；026：排气管；027：管道；028：原料混合部分；029：重整气体流动通道；030：外部喷嘴；030a：圆柱形部分；030b锥形部分；031：内部喷嘴；031a：圆柱形部分；031b：锥形部分；032：原料供应管；033：管道；034：空气混合部分；035：用于CO选择氧化的空气；036：底端板；037：重整气体；038：用于燃烧器的燃料；039用于燃烧器的空气；040：加热气体；1：燃烧器；2：重整管；3：高温CO变换催化剂层；4：第一蒸发器；4a：流动通道；4a-1：进口；4a-2：出口；4A：波纹状管；4B：圆柱形管；4B-1：上端部；5：第二蒸发器；5a：流动通道；5a-1：出口；5a-2：进口；5A：波纹状管；5B：圆柱形管；6、6A和6B：O2吸附催化剂层；7：低温CO变换催化剂层；8：CO移除催化剂层；9：热绝缘材料；9a：上部部分；10：重整部分圆柱形管；11：内圆柱形管；12：外圆柱形管；13：中间圆柱形管；14：圆形的壳板；15：热绝缘材料；16：上端板；17：重整气体转向部分；18：重整气体流动通道；19和20：多孔板；21：重整催化剂层；22：支撑板；22a：循环孔；23：上端板；24：加热气体转向部分；25：加热气体流动通道；25a：进口；25b：出口；26：加热气体流动通道；26a：进口；26b：出口；27：总箱；27a：圆柱形管；27b：上端板；27c：喷射孔；28：工业用水供给管；29：管道；30：原料供应管；31：原料混合部分；32：底端板；33：燃烧部分；34：用于燃烧器的外部圆柱形管；35：加热气体流动通道；36：加热气体转向部分；37：框架；38：部分；39：排气管；40：热交换器；41：用于燃烧器的空气供给管；42：排气管；43：用于燃烧器的空气供给管；44：用于燃烧器的燃料供给管；45：支撑板；46：圆柱形管；47：上端板；48和49：多孔板；50：圆柱形管；51：上端板；52：底端板；53：重整气体流动通道；54：循环孔；55、56、57和58：多孔板；59：加热气体导入管；60：泵；61：管道；62：冷凝器；63：管道；64：圆柱形管；65和66：多孔板；67：上端板；68：底端板；69：管道；70：出口；71：进口；72：出口；73：进口；74：重整气体供给管；75：第一重整气体温度计；76：第二重整气体温度计；77：管；78：热交换器；79：出口；80：温度控制器；81：用于燃烧器的燃料供给设备；82：用于燃烧器的空气供给设备；83：用于燃烧器的燃料；84：用于燃烧器的空气；85：工业用水；86：原料；87：重整气体；88：加热气体89：混合物；90：用于CO选择氧化的空气；98：用于CO选择氧化的空气供给管；99：空气混合部分；101：用于清洗的管道；102：在所述清洗时要被移除的部分；103：填充口；104：部分，105：上端板；105a：喷射孔；106：进口；107：O2-稀少气体；108：加热气体转向部分；109：排气管；110：阀：111：用于清洗的液体；112：用于混合物的温度计；201：圆柱形管；202：重整气体流动通道；203：重整气体转向部分；204：循环孔；205：上端板；301：圆柱形管；302：上端板；303：重整气体流动通道；304和305：重整气体转向部分；306：多孔板
具体实施方式
参考附图对本发明的实施例进行详细地描述。
[实施例1]
图1显示根据本发明的实施例1的重整设备的垂直剖面。图2显示如由图1中的带箭头的线A-A显示的位置观看且沿图1中的带箭头的线A-A的垂直剖面。图3显示如由图1中的带箭头的线B-B显示的位置观看且沿图1中的带箭头的线B-B的垂直剖面。图4(a)显示所述重整设备设置的原料混合部分的垂直剖面。图4(b)显示如由图4(a)中的带箭头的线C-C显示的位置观看且沿图4(a)中的带箭头的线C-C的垂直剖面。
<配置>
如图1所示，燃烧器01、重整部分圆柱形管02、设置有重整催化剂层03的重整管04以及相类似的装置设置在实施例1的重整设备的上侧上，同时，第一蒸发器05、第二蒸发器06、低温CO变换催化剂层07、CO移除催化剂层08以及相类似的装置设置在所述重整设备的下侧上。
将参考图1至图3进行详细的描述。所述重整管04具有三管结构，其包括以下的同心设置的三个管子：设置在最内侧上的内圆柱形管09、设置在最外侧上的外圆柱形管010以及设置在所述内圆柱形管09和外圆柱形管010之间的中间圆柱形管011。这些圆柱形管09、010和011被设置以便围绕所述燃烧器01。或者说，所述重整设备不是设置有多个重整管的多管类型，而是仅设置有单个重整管04的单管类型。
内圆柱形管09的下端由下端板012封闭。内圆柱形管09和外圆柱形管011之间的空隙的上端侧由上端板013(第一上端板)封闭。缝隙保留在上端板013和所述中间圆柱形管011的上端之间，且所述缝隙用作重整气体转向部分014。
圆柱形缝隙保留在所述中间圆柱形管011和所述内圆柱形管09之间，且所述缝隙用作重整气体流动通道015。所述重整催化剂层03是通过把重整催化剂填充在所述中间圆柱形管011和所述外圆柱形管010之间的缝隙中形成的圆柱形主体。所述重整催化剂层03的下端用作进口端口，同时，所述重整催化剂层03的上端用作出口端口。
所述重整部分圆柱形管02与重整管04的外圆柱形管010同心地设置，以便围绕所述外圆柱形管010。重整部分圆柱形管02的上端侧由上端板016(第二上端板)封闭。缝隙保留在上端板016和上端板013之间，且所述缝隙用作加热气体转向部分017。另外，圆柱形缝隙保留在所述重整部分圆柱形管02和外圆柱形管010之间，且所述缝隙用作加热气体流动通道018。加热气体流动通道018的上端用作进口，且加热气体流动通道的下端用作出口。
燃烧器01设置在重整管04的上端侧(在重整设备的上端部)，面朝下方。燃烧器01固定至上端板016，以便穿透重整部分圆柱形管02的上端板016。燃烧部分019形成在燃烧器01的下面且在所述空间中，燃烧器01的框架020被制造，以便被向下引导。
第一蒸发器05是圆柱形主体且包括第一流动通道(未显示)，其中水021被允许流过所述第一流动通道。第二蒸发器06是圆柱形主体，其直径小于第一蒸发器05的直径。第二蒸发器06包括第二流动通道(未显示)，其中，通过把水021的混合流体(蒸汽)与原料022混合而获得的混合物023被允许流过所述第二流动通道。碳基燃料(例如民用燃气(甲烷气体)和煤油)用作原料022。第一蒸发器05和第二蒸发器06被同心地设置，使得第一蒸发器05设置在外侧，且第二蒸发器06设置在内侧。保留在第一蒸发器05和第二蒸发器06之间的圆柱形缝隙用作加热气体流动通道024。
设置在加热气体流动通道024的上侧上的端部用作进口，设置在下侧上的端部用作出口。加热气体流动通道024的上端通向在所述重整部分圆柱形管02和重整管04(外圆柱形管010)之间形成的加热气体流动通道018的下端。更具体地，形成所述第一蒸发器05的内表面的圆柱形管025垂直地延伸，并且圆柱形管025的上端连接至重整部分圆柱形管02的下端。圆柱形管025的下端由下端板036封闭。同时，第二蒸发器06的上端连接至重整管04(外圆柱形管010和中间圆柱形管011)的下端。因此，形成在第一蒸发器05和第二蒸发器06之间的加热气体流动通道024垂直地延伸，并且加热气体流动通道024的上端连接至加热气体流动通道018的下端。另外，排气管026连接至加热气体流动通道024(圆柱形管025)的下端部。
优选地把第一蒸发器05的第一流动通道和第二蒸发器06的第二流动通道形成螺旋形。在这种情形中，例如可用下述方式形成螺旋形的第一流动通道和第二流动通道。第一蒸发器05和第二蒸发器06中的每一个形成成这样的结构：用作第一流动通道或第二流动通道的一个管子被围绕圆柱形管扭曲成螺旋形。可替换地，第一流动通道和第二流动通道的每个的螺旋形可如在之后描述的实施例2的蒸发器的情形被形成(参考图5)。具体地，第一蒸发器05和第二蒸发器06的每个被制成具有通过把波状纹管(皱纹管)和圆柱形管装配在一起形成的双管结构。
在第一蒸发器05的第一流动通道中，设置在其下侧上的端部用作进口，并且设置在其上侧上的端部用作出口。同样地，在第二蒸发器06的第二流动通道中，设置在其下侧上的端部用作进口，且设置在其上侧上的端部用作出口。第一蒸发器05的进口侧(第一流动通道)通过未显示的水供给管连接至未显示的水供给设备。
管道027设置在第一蒸发器05(CO移除催化剂层8)的外侧上，所述管道027把第一蒸发器05的第一流动通道的出口连接至第二蒸发器的第二流动通道的进口。未显示的原料供应管的第一端侧连接至管道027的某个部分上，所述连接部分用作原料混合部分028，在所述连接部分处原料供应管和管道027彼此连接。原料供应管的第二端侧连接至原料供应设备。第二蒸发器06的第二流动通道的出口通向重整催化剂层03的进口。
如图4显示，优选地，原料混合部分028具有包括外部喷嘴030和内部喷嘴031的双喷嘴结构。外部喷嘴030和内部喷嘴031同心地设置。外部喷嘴030包括圆柱形部分030a和形成在圆柱形部分030a的端部上的锥形部分030b。连接至第一蒸发器05(第一流动通道)的出口的管道027被连接至圆柱形部分030a的侧壁。连接至第二蒸发器06(第二流动通道)的进口的另一管道027被连接至锥形部分030b的前端。内部喷嘴031包括圆柱形部分031a和形成在圆柱形部分031a的端部上的锥形部分031b。连接至原料供应设备的原料供应管032被连接至圆柱形部分031a的后端。
因此，从第一蒸发器05(第一流动通道)的出口流出的水(蒸汽)021流过在外部喷嘴030和内部喷嘴031之间的空隙。从原料供给设备供给的原料022流入到内部喷嘴031的内部。因此，从内部喷嘴031的锥形部分031b流出的原料和沿外部喷嘴030的锥形部分030b流动的水(蒸汽)021在位于锥形部分031b前面的空间处彼此均匀地混合，以便形成混合物023。之后所述混合物023流入到第二蒸发器06(第二流动通道)。注意，上面描述的流动方式是优选的，因为水(蒸汽)021的速度大于原料022的速度。然而，这样的流动方式不是唯一的方式。在一种可替换的配置中，原料022可流过在外部喷嘴030和内部喷嘴031之间的空隙，同时水(蒸汽)021可流入到内部喷嘴031的内部。
接下来，参考图1至图3进行描述。重整管04的内圆柱形管09的下部部分延伸，以便到达第二蒸发器06的内侧的上部部分。保留在内圆柱形管09的下部部分和第二蒸发器06的上部部分之间的圆柱形缝隙用作重整气体流动通道029。所述重整气体流动通道029连通地连接至形成在内圆柱形管09和中间圆柱形管011之间的重整气体流动通道015。
所述低温CO变换催化剂层07填充有低温CO变换催化剂，且设置在第二蒸发器06的内部。另外，所述CO移除催化剂层08填充有CO移除催化剂(PROX催化剂)，且设置成圆柱形，以便围绕第一蒸发器05。CO移除催化剂层08的上端部用作进口，且CO移除催化剂层08的下端部用作出口。
管道033设置第一蒸发器05(CO移除催化剂层08)的外部。管道033第一端侧连接至下端板036，且管道033的第二端侧连接至CO移除催化剂层08的上端部。因此，管道033连接低温CO变换催化剂层07的出口至CO移除催化剂层08进口。CO移除催化剂层08的出口被连接至未显示的重整气体供给管，所述重整气体供给管连接至未显示的燃料电池。空气混合部分034形成管道033的某个部分上。用于CO选择氧化的空气035是通过用于CO选择氧化的空气供给管从未显示的用于CO选择氧化的空气供给设备供给的。之后用于CO选择氧化的空气035在空气混合部分034与流过管道033的重整气体037混合。因此，与重整气体033混合的用于CO选择氧化的空气035流入到CO移除催化剂层08中。
现在，将对在具有上述配置的重整设备处于稳定操作时的加热气体040的流动以及水021、原料022、混合物023和重整气体037的流动进行描述。在图1中，由带箭头的点线显示加热气体040的流动，由带箭头的实线显示水021、原料022、混合物023和重整气体037的流动。
首先，将主要集中地对加热气体040的流动进行描述。
通过使用燃烧器01燃烧从未显示的用于燃烧器的燃料供给设备供给至燃烧器01的用于燃烧器的燃料038和燃烧从未显示的用于燃烧器的空气供给设备供给至燃烧器01的用于燃烧器的空气039，产生了高温(例如在1000℃)的加热气体040。因为燃烧器01面朝下，加热气体040首先向下流动。然而，因为由下端板012封闭重整管04的内圆柱形管09的下端，加热气体040转向且沿内圆柱形管09的内表面向上流动。此时，通过内圆柱形管09和中间圆柱形管011把加热气体040的热量从重整管04的内部供给至重整催化剂层03。
之后，加热气体040在加热气体转向部分017处转向，之后流入到在所述重整管04的外侧形成的加热气体流动通道018中，并且之后向下流过所述加热气体流动通道018。另外在此时，加热气体040的热量通过外圆柱形管010从重整管04的外侧被供给至重整催化剂层03。简言之，热量在加热气体040和重整催化剂层03或流过重整催化剂层03的混合物023之间被交换，且所述热交换发生在重整管04(重整催化剂层03)的内侧和外侧上。因此，从加热气体流动通道018流出的加热气体的温度降低至例如大约400℃。
从加热气体流动通道018流出的加热气体040流入到在第一蒸发器05和第二蒸发器06之间形成的加热气体流动通道024中，之后向下流过加热气体流动通道024。流过加热气体流动通道024的加热气体040被排放至排气管39中，并且之后排放到大气中。
接下来，将主要集中地对水021、原料022、混合物023和重整气体037的流动进行描述。
由水供应设备供给的水021通过水供应管流入到第一蒸发器05的第一流动通道中。流入到第一蒸发器05的第一流动通道中的水021向上流过第一流动通道。在第一流动通道具有螺旋形时，水021沿着加热气体流动通道024的外围侧螺旋地向上流动升高。此时，流过加热气体流动通道024的加热气体040加热水021。另外，在CO移除催化剂层08设置的部分处，流过第一蒸发器05的第一流动通道的水021吸收(移除)由流入到CO移除催化剂层08中的重整气体037保持的热量(使重整气体037降低至预定温度(例如从150℃降低至80℃)要求的热量)和由重整气体037的CO选择氧化反应(2CO+O2→2CO2)产生的热量，所述反应发生在CO移除催化剂层08中。
此时，流过第一蒸发器05的第一流动通道的一部分水021(例如大约一半)被蒸发掉。例如，所述水021在大约120℃被蒸发掉。所述被蒸发掉的这部分的水021冷却CO移除催化剂层08，使得CO移除催化剂层08的温度保持在水021的蒸发温度(例如大约120℃)。
另一方面，从加热气体流动通道024流出的加热气体040的温度被降低，因为加热气体040已经把其热量传给水021。因为水021的蒸发温度是例如大约120℃并且液体水021所流入的第一蒸发器05的下端部的温度被保持在室温，从加热气体流动通道024流出的加热气体040的温度变得低至例如大约100℃。
流过第一蒸发器05的第一流动通道的水021变成蒸汽(湿蒸汽)。所述蒸汽从第一流动通道中流出，并且之后向下流过管道027。此时，由原料供给设备供给的原料022与在位于管道027的某个部分上的原料混合部分028中的水(蒸汽)021混合，并且因此产生了混合物023。此时，蒸汽以快达例如大约50m/s的速度流过管道024。因此，在以很高的速度流动时，在原料混合部分028中混合的原料022被良好地搅动，且均匀地分散在水(蒸汽)021中。因此，在混合物023中的水(蒸汽)021和原料022的比(S/C＝蒸汽/碳)不会偏离预定的值且保持在稳定的状态。
由此产生的混合物023流入到第二蒸发器06的第二流动通道中，并且之后向上流过第二流动通道。此时，在第二流动通道具有螺旋形状时，混合物23沿加热气体流动通道024的内周侧螺旋地向上流动升高。
流过第二蒸发器06的第二流动通道的混合物023通过与流过设置在第二蒸发器06的外侧上的加热气体流动通道024的加热气体040的热交换而被加热。另外，在低温CO变换催化剂层07设置的部分处，流过第二蒸发器06的第二流动通道的混合物023吸收(移除)由流入到低温CO变换催化剂层07中的重整气体37保持的热量(把重整气体037的温度降低至预定温度(例如从250℃降低至150℃)要求的热量)和由重整气体037的CO变换反应(CO+H2O→H2+CO2)产生的热量(例如足够使重整气体037的温度升高大约50℃的热量)，所述CO变换反应发生在低温CO变换催化剂层07中。
另外，在位于低温CO变换催化剂层07上方的部分处，流过第二蒸发器06的第二流动通道的混合物023吸收由流过位于第二蒸发器06的内侧处的重整气体流动通道029的重整气体037保持的热量(使重整气体037降低至预定温度(从550℃降低至250℃)要求的热量)。因此，在混合物023流过第二蒸发器06的第二流动通道时，所述混合物023变成过热蒸汽(干蒸汽)。在这种情形中，加热气体040的热量、从低温CO变换催化剂层07辐射的热量和重整气体037的热量蒸发在混合物023中的水021的未蒸发部分。另外，在混合物023中的原料是例如煤油的液体燃料时，所述液体燃料也被蒸发掉。在混合物023从第二蒸发器06的第二流动通道中流出时，混合物023的温度变为例如大约400℃。
从第二蒸发器06的第二流动通道流出的混合物023流入到重整催化剂层03中，且之后向上流过重整催化剂层03。其后，如上所描述的，在重整管04的内侧和在其外侧(加热气体流动通道018)上流动的加热气体040的热量被供给至重整催化剂层03。因此，在重整催化剂层03中，发生原料022的蒸汽重整反应，以便产生包括氢气的重整气体037(富氢气体)。此时，例如通过与加热气体040的热交换，位于重整催化剂层03的上部部分中的重整催化剂的温度上升至大约700℃。因此，例如产生了氢含量等于50％或大于50％的重整气体037。
在重整催化剂层03中产生的重整气体037从重整催化剂层03的上端流出。此时，在重整催化剂层03的出口处的重整气体037的温度变成例如750℃。已经从重整催化剂层03流出的重整气体037在重整气体转向部分014处转向，之后向下流过重整气体流动通道015，且之后流入到重整气体流动通道029中。在重整气体037流过重整气体流动通道015时，通过中间圆柱形管011把重整气体037的热量转移至重整催化剂层03(混合物023)中。因此，在重整气体037从重整气体流动通道015流入到重整气体流动通道029时，重整气体87的温度例如变为大约550℃。
流入到重整气体流动通道029中的重整气体037向下流过重整气体流动通道029，且之后流入到低温CO变换催化剂层07中。在重整气体037流过重整气体流动通道029时，通过与流过第二蒸发器06的第二流动通道的混合物023的热交换冷却所述重整气体037。因此重整气体037的温度被降低至例如大约250℃。换句话说，如上描述的，流过第二蒸发器06的第二流动通道的混合物023吸收由重整气体037保持的热量，所述热量是使重整气体037的温度降低至预定温度(例如从550℃降低至250℃)要求的。
已经流入到低温CO变换催化剂层07的重整气体037向下流过低温CO变换催化剂层07。此时，重整气体037的CO变换反应(CO+H2O→CO2+H2)发生在低温CO变换催化剂层07中，使得降低了在重整气体037中的CO浓度。所述CO变换反应也是放热反应，且如上所述地，由流过第二蒸发器06的第二流动通道的混合物23吸收所述反应的热量。
低温CO变换催化剂层07被第二蒸发器06围绕，其温度例如是大约150℃。因此，在重整气体037流过低温CO变换催化剂层07时，由150℃的第二蒸发器06冷却重整气体037，并且因此重整气体037的温度被降低至大约150℃。换句话说，如之前描述的，在低温CO变换催化剂层07设置的部分处，流过第二蒸发器06的第二流动通道的混合物023吸收由重整气体037保持的热量，所述热量是把重整气体037的温度降低至预定温度(例如，从250℃降低至150℃)所需要的。另外，由于这种冷却作用，重整气体037中的CO浓度降低至在该温度的CO平衡浓度。因此，重整气体037中的CO浓度可被降低至比重整气体037被假定没有被冷却地流过低温CO变换催化剂层07的情形更大的程度。
已经从低温CO变换催化剂层07流出的重整气体037流过管道033，之后流入到CO移除催化剂层08中。此时，在位于管道033的某个部分处的空气混合部分034处，通过用于CO选择氧化的空气供给管由空气供给设备供给的用于CO选择氧化的用于CO选择氧化的空气035，与流过管道033的重整气体037混合。因此，重整气体037与用于CO选择氧化的空气035一起流入到CO移除催化剂层08中，且向下流过CO移除催化剂层08。此时，重整气体037的CO选择氧化反应发生在CO移除催化剂层08中，使得重整气体037的CO浓度进一步降低。
CO选择氧化反应也是放热反应。如上所述，通过这一反应产生的热量被流过第一蒸发器05的第一流动通道的水021吸收。在此处，CO移除催化剂层08被设置，以便围绕第一蒸发器05，流过第一蒸发器05的第一流动通道的水021已经被蒸发，使得CO移除催化剂层08的温度恒定地大约保持在水021的蒸发温度(例如大约120℃)。已经从CO移除催化剂层08流出的重整气体037的温度由流过第一蒸发器05的第一流动通道的水021冷却而降低至例如大约80℃。换句话说，如上所述，在CO移除催化剂层08设置的部分处，流过第一蒸发器05的第一流动通道的水021吸收由重整气体037保持的热量，所述热量是把重整气体037的温度降低至预定温度(例如从150℃降低至80℃)所需要的。此后，具有低CO浓度的重整气体037从CO移除催化剂层08中流出，且之后通过重整气体供给管被供给至燃料电池，作为产生电力的燃料。
接下来，将对用于启动重整设备的用于升温的加热操作进行描述。
在用于升温的加热操作中，为了产生加热气体040的目的，由用于燃烧器的燃料供给设备供给的用于燃烧器038的燃料和由用于燃烧器的空气供给设备供给的用于燃烧器038的空气通过燃烧器01被燃烧，如在稳定的操作的情形中那样。注意，在这种升温操作中，没有供给混合物023(原料022加水021)。
之后，如在稳定操作中的情形一样，加热气体040沿着重整管04的内圆柱形管09的内圆周表面向上流动。另外，加热气体040在加热气体转向部分017处转向，之后通过位于重整管04的外侧上的加热气体流动通道018向下流动，之后通过形成在第一蒸发器05和第二蒸发器06之间的加热气体流动通道024向下流动。因此，通过加热，加热气体040的热量依次升高重整管04和重整催化剂层03的温度、第一蒸发器05和第二蒸发器06的温度，并且之后升高低温CO变换催化剂层07和CO移除催化剂层08的温度。
更具体地，在加热气体040沿着重整管04的外侧和内侧流动时，通过加热气体040的加热使得重整管04和重整催化剂层03的温度升高。在加热气体040流过在第一蒸发器05和第二蒸发器06之间形成的加热气体流动通道024时，通过加热气体040的加热使得第二蒸发器06和第一蒸发器06的温度升高。因为低温CO变换催化剂层07设置在第二蒸发器06的内侧上，通过经第二蒸发器06间接地加热使得低温CO变换催化剂层07的温度升高。因为CO移除催化剂层08设置在第一蒸发器05的外侧，通过经第一蒸发器05间接地加热使得CO移除催化剂层08的温度升高。
一旦用于升温的加热操作完成，混合物023(原料022加水021)开始被供给。因此，重整气体037开始被产生。注意，何时完成用于升温的加热操作可被例如以下述的方式确定。用于升温的加热操作持续的时间长度被首先测量，之后确定由此测量的时间是否超过预定时间长度。可替换地，首先测量任何催化剂层的温度，之后确定由此测量的温度是否达到预定温度。
<有益效果>
实施例1的重整设备具有下述配置。所述重整设备包括：第一蒸发器05是圆柱形，且包括水021流过的第一流动通道；第二蒸发器06是圆柱形且包括混合物023流过的第二流动通道；管道027把第一流动通道的出口连接至第二流动通道的进口；以及形成在管道027的某个点上的原料混合部分028。第一蒸发器05和第二蒸发器06被同心地设置，使得第一蒸发器05位于外侧且第二蒸发器06位于内侧。保留在第一蒸发器05和第二蒸发器06之间的圆柱形缝隙用作加热气体流动通道024。在第一蒸发器05中，在加热气体040加热重整催化剂层03之后，通过流过加热气体流动通道024的加热气体040的加热，把流过第一流动通道的水021转换成蒸汽(湿蒸汽)。在原料混合部分028中，通过将原料022与从第一流动通道流出的且流过管道027的蒸汽混合，产生混合物023。在第二蒸发器06中，从管道027流入到第二流动通道且在第二流动通道中流动的混合物023，通过加热重整催化剂层03之后流过加热气体流动通道024的加热气体040的加热，被转换成过热蒸汽(干蒸汽)。混合物023的过热蒸汽流过重整催化剂层03。因此，流过第一蒸发器05的第一流动通道的水021和流过第二蒸发器06的第二流动通道的混合物023可被流过在第一蒸发器05和第二蒸发器06之间形成的加热气体流动通道024的加热气体040有效地加热。
另外，在水021从第一蒸发器05的第一流动通道中流出时，由加热气体040的加热，水021被蒸发。因此，流过管道027的水021的速度变得比没有蒸发的情形更快(例如，大约在50m/s)。因此，通过如此高流速的水(蒸汽)021，在位于管道027的某个点上的原料混合部分028中与水(蒸汽)021混合的原料022可被很好地搅动，使得原料022可被均匀地分散在水(蒸汽)021中。为此，水(蒸汽)021和原料022可被均匀地混合在一起。注意，在这种情形中，即使在原料022是液体燃料(例如，煤油)时，或即使在仅有少量的原料022被供给时，水(蒸汽)021和原料022可被均匀地混合在一起。
另外，在第二蒸发器06中，通过把原料022和水(蒸汽)021混合在一起形成的混合物023被加热气体040加热，以便产生过热蒸汽。因此，混合物023中的原料022和在混合物023中的水021一起被蒸发。因此，即使可能沉淀碳的原料022(例如煤油)被使用时，可避免碳从原料022中沉淀，使得可避免重整催化剂的降解。在如传统的情形那样原料在粗燃料蒸发器中被蒸发时，温度升高的复杂控制是必需的，但在本发明中如此复杂控制不再是必需的。
另外，实施例1的重整设备具有以下特征。原料混合部分028具有包括外部喷嘴030和设置在外部喷嘴030内的内部喷嘴031的双喷嘴结构。从第一蒸发器05的第一流动通道流出的水(蒸汽)021流过保留在外部喷嘴030和内部喷嘴031之间的空隙的同时，原料022流过内部喷嘴031；或原料022流过保留在外部喷嘴030和内部喷嘴031之间的空隙的同时，从第一蒸发器05的第一流动通道流出的水(蒸汽)021流过内部喷嘴031。因此，在原料混合部分028中，原料022转换成细喷雾，且之后均匀地与水(蒸汽)021混合。因此，可更确定地避免从原料022中的碳的沉淀，并且因此可更确定地避免重整催化剂的降解。
另外，实施例1的重整设备具有以下特征。低温CO变换催化剂层07设置在第二蒸发器06的内侧，从重整催化剂层03中流出的重整气体037流过低温CO变换催化剂层07。此时流过第二蒸发器06的第二流动通道的混合物023吸收由重整气体037的CO变换反应产生的热量，所述CO变换反应发生在低温CO变换催化剂层07中，并且因此冷却重整气体037。在这种配置中，第二蒸发其06围绕低温CO变换催化剂层07，混合物023流过第二蒸发器06的第二流动通道，同时，所述重整设备处于稳定操作中。为此，低温CO变换催化剂层07不与流过在第二蒸发器06外侧形成的加热气体流动通道024的加热气体040接触，使得低温CO变换催化剂层07的温度没有被这样的接触升高。另外，流过第二蒸发器06的第二流动通道的混合物023确定地吸收由发生在低温CO变换催化剂层07中的CO变换反应产生的热量，且确定地冷却重整气体037。因此，不同于传统的情形，可避免由对重整气体037的冷却不充分引起的从低温CO变换催化剂层07流出的重整气体037的CO浓度的增加。为此，即使在从低温CO变换催化剂层07流出的重整气体037进一步地流过CO移除催化剂层时，可降低供给至CO移除催化剂层08的用于CO选择氧化的空气035的量，使得可提高重整效率。另外，温度很难控制的甲烷化类型的CO移除催化剂的使用不再是必需的。
另外，实施例1的重整设备具有下述特征。第一蒸发器05和第二蒸发器06设置有位于它们各自的通道的下侧上的第一流动通道进口和第二流动通道进口以及位于它们各自的通道上侧的第一流动通道出口和第二流动通道出口。在第一蒸发器05中，水021向上流过第一通道，同时，在第二蒸发器06中，混合物023向上流动通过第二流动通道。这种结构使得向下流动通过在第一蒸发器05和第二蒸发器06之间形成的加热气体流动通道024的加热气体040沿与流过第一蒸发器05的第一流动通道的水021的流动方向和流过第二蒸发器06的第二流动通道的混合物023的流动方向相反的方向流动。因此，可有效地进行在加热气体040和混合物023之间以及加热气体040和水021之间的热交换。
另外，流过第一蒸发器05的第一流动通道的水021沿与流过CO移除催化剂层08的重整气体037的流动方向相反的方向流动，同时，流过第二蒸发器06的第二流动通道的混合物023沿与流过低温CO变换催化剂层07的重整气体037的流动方向相反的方向流动。因此，可有效地进行其之间的热交换。
另外，实施例1的重整设备具有下述的特征。其中安装有重整催化剂层03的重整管04设置在第一蒸发器05和第二蒸发器06的上方。在从第二蒸发器06流出的混合物023的过热蒸汽从下端流入到重整催化剂层03中，之后向上流过所述重整催化剂层03时，所述混合物023的过热蒸汽通过蒸汽重整过程转换成重整气体037。重整气体037从重整催化剂层03的上端流出、向下流动、从上端流入到低温CO变换催化剂层07中，且之后向下从其中流过。此外，燃烧器01设置在重整管04的上端侧，面朝下。这种结构使得重整管04、第一蒸发器05、第二蒸发器06和低温CO变换催化剂层07被设置成考虑了混合物023和重整气体037的流动(即混合物023和重整气体037之间的热交换)的紧凑的且合理的布置。另外，在一些麻烦发生在燃烧器01中时，可仅通过从重整设备移除燃烧器01进行维护工作，不像传统的情形那样需要颠倒所述重整设备。另外，与传统情形采用的长的燃烧器相比，实施例1的燃烧器01使用简单，因为它可以非常短。因此，燃烧器01的调整工作、更换工作和相类似的工作可仅使用人力在现场进行。
另外，实施例1的重整设备具有下述的特征。CO移除催化剂层08被圆柱形地设置，以便围绕第一蒸发器05。从低温CO变换催化剂层07流出的重整气体037流过CO移除催化剂层08。此时，流过第一蒸发器05的第一流动通道的水021吸收由发生在CO移除催化剂层08中的重整气体037的CO选择氧化反应产生的热量，并且因此冷却重整气体037。另外，第一蒸发器05存在于加热气体流动通道024和CO移除催化剂层08之间。在重整设备处于稳定操作时，水021流过第一蒸发器05的第一流动通道。因此，CO移除催化剂层08不与流过位于第一蒸发器06的内侧上的加热气体流动通道024的加热气体040接触，使得不会通过这样的接触引起CO移除催化剂层的温度升高。另外，流过第一蒸发器05的第一流动通道的水021确定地吸收由发生在CO移除催化剂层08中的CO选择氧化反应产生的热量，并且因此确定地冷却重整气体037。因此，已经冷却至大约水021的蒸发温度的CO移除催化剂层08的CO移除催化剂具有很高的移除CO能力，使得温度很难控制的甲烷化类型的CO移除催化剂的使用不是必需的。
另外，实施例1的重整设备具有下述的特征。所述重整设备包括被设置以便围绕重整管04的重整部分圆柱形管02。所述重整管04具有包括设置在最内侧的内圆柱形管09、设置在最外侧的外圆柱形管010以及设置在内圆柱形管09和外圆柱形管010之间的中间圆柱形管011的三管结构。所有这些管子09、010、011被同心地设置，以便围绕燃烧器01。由下端板012封闭内圆柱形管09的下端侧，由上端板013封闭在内圆柱形管09和外圆柱形管010之间的空隙的上端侧。保留在中间圆柱形管011的上端和上端板013之间的缝隙用作重整气体转向部分014。保留在中间圆柱形管011和内圆柱形管09之间的圆柱形缝隙用作重整气体流动通道015。重整催化剂层03圆柱形地形成在中间圆柱形管011和外圆柱形管010之间。由上端板016封闭重整部分圆柱形管02的上端侧。保留在上端板016和上端板013之间的缝隙用作加热气体转向部分017。保留在重整部分圆柱形管02和外圆柱形管010之间的圆柱形缝隙用作加热气体流动通道018。从燃烧器01向下排放的加热气体040沿着内圆柱形管09的内圆周表面向上流动，且在加热气体转向部分017处转向。之后，加热气体040向下流过加热气体流动通道018。在向下流过加热气体流动通道018时，加热气体040加热重整催化剂层03，之后流入到在第一蒸发器05和第二蒸发器06之间形成的加热气体流动通道024中。同时，从重整催化剂层03的上端流出的重整气体037在重整气体转向部分014处转向，且向下流过重整气体流动通道015。之后，重整气体037从上端流入到低温CO变换催化剂层07中。因此，加热气体040可从重整管04(重整催化剂层03)的外侧和内侧同时有效地加热重整催化剂层03。另外，实施例1的重整管04是单管类型，不同于传统采用的多管类型。因此，把多个重整管放置在一起的管道、总箱以及相类似的装置不是必需的。因此，可降低制造成本。
注意，在图1中，低温CO变换催化剂层07被设置以便用作唯一的CO变换催化剂层，但所述配置并不限于此。可替换地，高温CO变换催化剂层可被另外地设置在低温变换催化剂层07的上方(即在重整气体的流动方向的上游侧)。例如，在一种可替换的配置中，内圆柱形管09的下端(下端板012)的位置可被向上移动，且高温CO变换催化剂层可设置在中间圆柱形管011的内部或第二蒸发器06的内部。从重整催化剂层03流出的重整气体流过高温CO变换催化剂层，且之后流过低温CO变换催化剂层07。在这种情形中，高温CO变换催化剂具有很高的操作温度且是耐热的。另外，由于高操作温度，高温CO变换催化剂具有很高的反应速度。因此，移除CO所需要的高温CO变换催化剂的量小于低温CO变换催化剂的量。因此，例如流过高温CO变换催化剂层的重整气体的CO浓度低于650℃水平的传统的重整气体的CO浓度。因此，即使在重整气体流入到低温CO变换催化剂层时，由CO变换反应产生的热量把低温CO变换催化剂的温度升高至很小的程度。因此，低温CO变换催化剂可具有较长的使用寿命。另外，在低温CO变换催化剂的温度不升高时，在低温CO变换催化剂层出口的温度被降低。因此，由于相关的平衡反应的原因，从低温CO变换催化剂层流出的重整气体的CO浓度也被降低。因此，在从低温CO变换催化剂层流出的重整气体进一步地流入到CO移除催化剂层中时，可降低CO移除催化剂的负载。
[实施例2]
图5显示根据本发明的实施例2的重整设备的垂直剖面。图6显示如由图5的带箭头的线D-D显示的位置观看且沿图5的带箭头的线D-D的水平剖面。图7显示如由图5的带箭头的线E-E显示的位置观看且沿图5中的带箭头的线E-E的水平剖面。图8显示如由图5的带箭头的线F-F显示的位置观看且沿图5中的带箭头的线F-F的水平剖面。图9显示如由图5的带箭头的线G-G显示的位置观看且沿图5中的带箭头的线G-G的水平剖面。图10显示交换加热气体和工业用水(水)之间的热量的热交换器。图11显示所述重整设备设置的温度控制系统的方框图。图12显示示出用于清洗的管道和用于清洗的可移除部分设置在第二蒸发器和重整催化剂层之间的情形的配置的垂直剖面。
<配置>
如图5所示，燃烧器1、重整部分圆柱形管10、设置有重整催化剂层21的重整管2、高温CO变换催化剂层3以及相类似的装置设置在实施例2的重整设备的上侧，同时，第一蒸发器4、第二蒸发器5、O2吸附催化剂层6、低温CO变换催化剂层7、CO移除催化剂层8以及相类似的装置设置在重整设备的下侧上。陶瓷纤维热绝缘材料9被设置以完全覆盖上面提及的构成元件。
将参考图5至图9进行详细的描述。所述重整管2具有三管结构，其包括以下的中心设置的三个管子：设置在最内侧上的内圆柱形管11、设置在最外侧上的外圆柱形管12以及设置在所述内圆柱形管11和外圆柱形管12之间的中间圆柱形管13。这些圆柱形管11、12、和13被设置以便围绕所述燃烧器1。因此，所述重整设备不是设置有多个重整管的多管类型，而是仅设置有单个重整管2的单管类型。
内圆柱形管11的下端由用作下端板的圆形壳板14封闭。热绝缘材料15设置在圆形壳板14的上方。热绝缘材料15是形成柱状形状的陶瓷纤维构件。圆形壳板14具有向下凸起的圆弧垂直剖面。这样的剖面形状在热应力方面上是有利的。内圆柱形管11和外圆柱形管12之间的空隙的上端侧由环形的上端板(第一上端板)封闭。缝隙位于中间圆柱形管13的上端和上端板16之间，且所述缝隙用作重整气体转向部分17。上端板16具有向上凸起的圆弧垂直剖面。这样的剖面形状在热应力方面也是有利的。
圆柱形缝隙位于中间圆柱形管13和内圆柱形管11之间，且所述缝隙用作重整气体流动通道18。所述重整气体流动通道18具有例如大约2mm的宽度。所述重整催化剂层21是形成在中间圆柱形管13和外圆柱形管12之间的缝隙中的圆柱形主体。中间圆柱形管13和外圆柱形管12中的每一个具有例如大约600mm的长度。中间圆柱形管13和外圆柱形管12之间的距离例如是大约20mm。在图5中显示的实施例中，由中间圆柱形管13、外圆柱形管12以及分别固定至这些圆柱形管13和12之间的空隙的下端部和上端部的多孔板(穿孔板)20和19形成一空间。通过填充重整催化剂至如此形成的空间中形成重整催化剂层21。盘状的支撑板22设置在重整设备的下侧和上侧之间。由支撑板22封闭外圆柱形管12和中间圆柱形板13之间的空隙的下端侧。更具体地，外圆柱形管12的下端固定至支撑板22的上表面侧，同时，中间圆柱形管13的下端连接至第二蒸发器5的上端。另外，第二蒸发器5的侧壁固定至支撑板22的内周上。
总箱27设置在重整催化剂层21的下方，以便围绕第二蒸发器5的流动通道5a的出口5a-1。总箱27包括：围绕流动通道出口5a-1的圆柱形管27a、第二蒸发器5的一部分(圆柱形管5B的一部分)、封闭圆柱形管27a和第二蒸发器5(圆柱形管5B)之间的空隙的上端的环形的上端板27b以及封闭圆柱形管27a和第二蒸发器5(圆柱形管5B)之间的空隙的下端的支撑板22的一部分。多个喷射孔27a形成在圆柱形管27a中，圆柱形管27a形成总箱27的侧壁。所述多个喷射孔27a被设置沿圆柱形管27a的圆周方向。
重整部分圆柱形管10与重整管2的外柱形管12同心地设置，以便围绕外圆柱形管12。由上端板23(第二上端板)封闭重整部分圆柱形管的上端侧。缝隙保留在上端板23和上端板16之间，且所述缝隙用作加热气体转向部分24。另外，圆柱形缝隙保留在重整部分圆柱形管10和外圆柱形管12之间，且所述缝隙用作加热气体流动通道25。在加热气体流动通道25的上侧上的端部用作进口25a，在加热气体流动通道25的下侧上的端部用作出口25b。加热气体流动通道25具有例如大约10mm的宽度。重整部分圆柱形管10的下端被固定至支撑板22的顶表面侧上。多个循环孔22a形成在支撑板22中。所述多个循环孔22a沿支撑板22的圆周方向设置在对应于重整部分圆柱形管10和外圆柱形管12之间的空隙(即对应于加热气体流动通道25)的位置上。
燃烧器1设置在重整管2的上端侧(在重整设备的上端部)，面朝下方。燃烧器1固定至上端板23，以便穿透重整部分圆柱形管10的上端板23和热绝缘材料9的上部部分9a。燃烧空间33形成在燃烧器1的下方，且在所述空间中，燃烧器1的火焰37被产生以便向下朝向。注意，在图5中显示的实施例中，燃烧器1配备的圆柱形的用于燃烧器的外部圆柱形管34向下延伸，且保留在用于燃烧器的外部圆柱形管34和重整管2的内圆柱形管11之间的圆柱形缝隙用作加热气体流动通道35。保留在热绝缘材料15和用于燃烧器的外部圆柱形管34的下端之间的缝隙用作加热气体转向部分36。包括用于燃烧器的外部圆柱形管34的燃烧器1的长度是例如大约400mm。
第一蒸发器4是圆柱形主体，且包括螺旋形的流动通道4a(第一流动通道)，作为水的工业用水85被允许从其中流过。第二蒸发器5是圆柱形主体，其直径小于第一蒸发器4的直径。第二蒸发器5包括螺旋形流动通道5a(第二流动通道)，混合物89(也就是，工业用水(蒸汽)85和原料86的混合流体)被允许从其中流过。第一蒸发器4和第二蒸发器5被同心地设置，使得第一蒸发器4位于外侧上且第二蒸发器5位于内侧上。保留在第一蒸发器4和第二蒸发器5之间的圆柱形缝隙用作加热气体流动通道26。加热气体流动通道26的宽度例如在较窄部分(例如位于第二蒸发器5的圆柱形管5B和第一蒸发器4的波纹状管4A的凸起部分之间的部分)处为大约3mm。碳基燃料(例如民用燃气(甲烷气体)和煤油)用作原料86。
将详细描述第一蒸发器4和第二蒸发器5的配置。第一蒸发器4具有通过把圆柱形管4B固定至波纹状管(皱纹管)4A的外部圆周表面侧上形成的双管结构。第二蒸发器5也具有通过把圆柱形管5B固定至波纹状管(皱纹管)5A的外部圆周侧上形成的双管结构。
圆柱形管4B和5B中的每一个是在其管表面上没有形成突出或凹陷部分的圆柱形主体。波纹状管4A和5A中的每一个具有在其管表面上形成的突出和凹陷部分(波状形式)。波纹状管4A和5A中的每一个的突出和凹陷部分被成形为沿波纹状管4A和5A的相应的一个的管表面在管轴线方向上螺旋地延伸的螺旋图案。波纹状管4A具有例如大约600mm的长度，波纹状管5B长于波纹状管4A。具有上面所述的形状的波纹状管4A和5A中的每一个可被容易地制造，例如通过旋压过程(spinning process)。具体地，在圆柱形管的两端侧被加压和支撑时，圆柱形管围绕管轴线旋转。球形主体的挤压滚轴之后被挤压至所述旋转的圆柱形管的外圆周表面，同时，挤压滚轴沿圆柱形管的管轴线方向移动(进给运动)。另外，把波纹状管4A和圆柱形管4B固定在一起可被容易地进行，例如通过把圆柱形管4B收缩配合至波纹状管4A的外圆周表面上。可替换地，片状材料可环绕波纹状管4A的外圆周表面，之后片状材料的端部在环绕方向上被焊接在一起以形成圆柱形管B。把波纹状管5A和圆柱形管5B固定在一起以类似于把波纹状管4A和圆柱形管4B固定在一起的方式被容易地进行。
在第一蒸发器4中，在波纹状管4A和圆柱形管4B被固定在一起时，螺旋缝隙在波纹状管4A(螺旋突出和凹陷部分)和圆柱形管4B之间形成。所述缝隙用作上面描述的流动通道4a。同样地，在第二蒸发器5中，螺旋缝隙也被在波纹状管5A(螺旋突出和凹陷部分)和圆柱形管5B之间形成。所述缝隙用作上面描述的流动通道5a。
位于第一蒸发器4的流动通道4a的下侧上的端部用作进口4a-1，位于第一蒸发器4的流动通道4a的上侧上的端部用作出口4a-2。位于第二蒸发器5的流动通道5a的上侧上的端部用作出口5a-1，位于第二蒸发器5的流动通道5a的下侧上的端部用作进口5a-2。工业用水供给管28的第一端侧连接至流动通道4a的进口4a-1，工业用水供给管28的第二端侧连接至管77的第一端侧。管77的第二端侧通过工业用水供给管28被连接至未显示的工业用水供给设备(例如泵)。注意，管77不是一定要被提供。在管77未被提供时，工业用水供给管28的第二端侧是连接至上述配置中的流动通道4a的进口4a-1的一侧，其被直接地连接至工业用水供给设备。
管道29设置在第一蒸发器4(CO移除催化剂层8)的外侧上，所述管道29的第一端侧被连接至第一蒸发器4(圆柱形管4B)的上端部，管道29的第二端侧连接至第二蒸发器5(圆柱形管5B)的下端部。换句话说，通过采用管道29的方式，第一蒸发器4的流动通道4a的出口4a-2连接至第二蒸发器5的流动通道5a的进口5a-2。原料供应管30的第一端侧连接至位于管道29上的点，原料供应管30和管道29彼此连接的连接部分用作原料混合部分31。注意，原料混合部分31的位置(也就是，管道29和原料供应管30彼此连接的位置)并不限于如图5显示的实施例的情形的管道29的下端部，而是可能是在管道29上的任何位置。另外，所述原料混合部分31优选地具有如图4显示的情形中的双喷嘴结构。原料供应管30的第二端侧连接至原料供应设备(例如泵)。流动通道5a的出口5a-1通向总箱27的内部。
由环形下端板32封闭在第一蒸发器4和第二蒸发器5之间的空隙(加热气体流动通道26)的下端侧。位于加热气体流动通道26的上侧的端部用作进口26a，位于加热气体流动通道26的下侧上的端部用作出口26b。
第一蒸发器4的圆柱形管4B的上端部4B-1具有放大的内直径，其大致等于重整部分圆柱形管10的内直径。上端部4B-1的上端固定至支撑板22的下表面侧。因此，在圆柱形管4B的上端部4B-1中，具有比加热气体流动通道26更大宽度的空间38形成在圆柱形管4B和第二蒸发器5(圆柱形管5B)之间。在重整管2一侧的加热气体流动通道25的出口25b通过所述空间38和形成在支撑板22中的循环孔22a被连接至在蒸发器4和5一侧的加热气体流动通道26的进口26a。
排气管39的第一端侧连接至加热气体流动通道26的出口26b，排气管39的第二端侧连接至设置在热绝缘材料9外部的热交换器40的进口侧。用于燃烧器的空气供给管41的第一端侧也被连接至热交换器40的进口侧，用于燃烧器的空气供给管41的第二端侧连接至用于燃烧器的空气供给设备82(例如泵(参见图11))。另一方面，排气管42的第一端侧和用于燃烧器的空气供给管43的第一端侧连接至热交换器40的出口侧。排气管42的第二端侧开口于大气，用于燃烧器的空气供给管43的第二端侧连接至燃烧器1。具体地，为了获得加热气体88和用于燃烧器的空气84之间的热交换的目的，提供了热交换器40。用于燃烧器的燃料供给管44的第一端侧也被连接至燃烧器1，用于燃烧器的燃料供给管44的第二端侧连接至用于燃烧器的燃料供给设备81(例如泵(参见图11))。
盘形支撑板45设置在重整设备的下端，且用作基部。第二蒸发器5的圆柱形管5B的下端固定至下端板45的上表面。另外，细长的圆柱形管46(第二圆柱形管)直立在下端板45的上表面上。圆柱形管46延伸至位于重整管2的内圆柱形管11的下端的邻近处的位置(在圆形壳板25的邻近处)。由上端板47封闭圆柱形管46的上端。另外，圆柱形管46设置在第二蒸发器5(波纹状管5A和圆柱形管5B)的内侧和重整管2(中间圆柱形管13)的内侧，且被设置以便与这些构件同心。
高温CO变换催化剂层3是设置在圆柱形管46和重整管2的中间圆柱形管13之间的圆柱形主体。具体地，高温CO变换催化剂层3设置在重整催化剂层21的内侧上且在内圆柱形管11的圆形壳板14的下方。在图5中显示的实施例中，由中间圆柱形管13、圆柱形管46和固定至这些圆柱形管13和46之间的空隙的上端部和下端部的多孔板(穿孔板)48和49形成一空间。通过把高温CO变换催化剂填充到由此形成的所述空间中形成所述高温CO变换催化剂层3。所述高温CO变换催化剂的操作温度例如在从550℃至400℃范围内变化。
圆柱形管50(第一圆柱形管)设置在第二蒸发器5的内部。圆柱形管50设置在第二蒸发器5和圆柱形管46之间，且与第二蒸发器5(波纹状管5A和圆柱形管5B)、圆柱形管46以及相类似的装置同心地设置。圆柱形管50的长度基本上与第二蒸发器5的长度相同。分别由上端板51和下端板52封闭在圆柱形管50和圆柱形管46之间的空隙的上端和下端。圆柱形缝隙保留在圆柱形管50和第二蒸发器5(波纹状管5A)之间，且所述缝隙用作重整气体流动通道53。重整气体流动通道53的宽度例如在较窄部分(例如在圆柱形管50和第二蒸发器5的波纹状管5A的凸出部分之间的部分)处大约为2mm。多个循环孔54形成在圆柱形管50中。多个循环孔54被沿圆柱形管50的圆周方向形成在位于下侧上的低温CO变换催化剂层7和位于上侧上的O2吸附催化剂层6之间的位置上。循环孔54连接位于圆柱形管50的外侧上的重整气体流动通道53至低温CO变换催化剂层7的进口73(即，连接至位于低温CO变换催化剂层7的上端侧上的圆柱形管46和圆柱形管50之间的空间)。
低温CO变换催化剂层7是设置在圆柱形管50和圆柱形管46之间的空隙的下侧部分中的圆柱形主体。低温CO变换催化剂层7的下端位置大致对应于第二蒸发器5的下端位置。在图5中显示的例子中，由圆柱形管50、圆柱形管46和固定至圆柱形管50和46之间的空隙的下端部和中间部分的多孔板(穿孔板)55和56形成一空间。通过把低温CO变换催化剂填充至由此形成的所述空间中形成低温CO变换催化剂层7。低温CO变换催化剂的操作温度例如在150℃至250℃范围内。
O2吸附催化剂层6是设置在圆柱形管50和圆柱形管46之间的空隙的上侧部分中的圆柱形主体。O2吸附催化剂层6设置在低温CO变换催化剂层7的上方。在图5中显示的实施例中，由圆柱形管50、圆柱形管46以及被固定至圆柱形管50和46之间的空隙的上端部和中间部分的多孔板(穿孔板)57和58形成一空间。通过把可氧化的和可还原的O2吸附催化剂填充到由此形成的所述空间中形成O2吸附催化剂层6。
另外，加热气体导入管59穿透低温CO变换催化剂层7和O2吸附催化剂层6。加热气体导入管59的第一端侧向上延伸，且从O2吸附催化剂层6的上端伸出来。缝隙保留在上端板51和加热气体导入管59的第一端(上端)之间，且所述缝隙用作加热气体转向部分108。加热气体导入管59的第二端侧穿过圆柱形管50的下端板52和第二蒸发器5的圆柱形管5B，露出到外面，且连接至泵60的排放侧。泵60的吸进侧通过管道61连接至冷凝器62的出口侧。冷凝器62的进口侧通过管道63连接至排气管39。
圆柱形CO移除催化剂层8被设置以便围绕第一蒸发器4。在图5显示的实施例中，由同心地设置以围绕第一蒸发器4(圆柱形管4B)的圆柱形管64、第一蒸发器4的圆柱形管4B以及固定至圆柱形管64和4B之间的空隙的上端侧和下端侧的多孔板(穿透板)65和66形成一空间。通过把CO移除催化剂(PROX催化剂)填充到由此形成的空间中形成CO移除催化剂层8。分别由上端板67和下端板68封闭在第一蒸发器4的圆柱形管4B和圆柱形管64之间的空隙的上端和下端。
管道69设置在第一蒸发器4(CO移除催化剂层8)的外面。管道69的第一端侧和第二端侧分别连接至下端板52和圆柱形管64的上端部。因此，管道69连接低温CO变换催化剂层7的出口70(位于低温CO变换催化剂层7的下端侧上且在圆柱形管50和圆柱形管46之间的空间)至CO移除催化剂层8的进口71(位于CO移除催化剂层8的上端侧上且在圆柱形管64和圆柱形管4B之间的空间)。重整气体供给管74的第一端连接至CO移除催化剂层8的出口72(例如，位于CO移除催化剂层8的下端侧上且在圆柱形管64和圆柱形管4B之间的空间)。重整气体供给管74的第二端侧连接至未显示的燃料电池。
另外，用于CO选择氧化的空气供给管98的第一端侧也被连接至管道69。因此，管道69和用于CO选择氧化的空气供给管98彼此连接的部分用作空气混合部分99。注意，空气混合部分99可被设置在管道69的任何位置上。用于CO选择氧化的空气供给管98的第二端侧连接至用于CO选择氧化的未显示的空气供给设备，例如泵。
热绝缘材料9是圆柱形主体，且设置在支撑板45的顶部上。由覆盖重整部分圆柱形管10的上端板23的上部部分9a封闭热绝缘材料9的上端。热绝缘材料9完全地热隔离重整设备的组成元件。在重整设备的上侧上，热绝缘材料9围绕重整部分圆柱形管10、重整管2(重整催化剂层21)和高温CO变换催化剂层3。在重整设备的下侧上，热绝缘材料9围绕CO移除催化剂层8、第一蒸发器4、第二蒸发器5、O2吸附催化剂层6以及低温CO变换催化剂层7。另外，管道29和69收容在热绝缘材料9中。
热绝缘材料9的外直径从其顶部至其底部是不变的。相反，在热绝缘材料9中，所述内直径在上侧较小，而所述内直径在下侧上较大。因为管道29和69被包括，重整设备的下侧部分的外直径大于设置在重整设备的上侧上的重整部分圆柱形管10的外直径。换句话说，考虑到这些外直径的差别，即使在热绝缘材料9具有不变的外直径时，需要比热绝缘材料9的下侧更高热绝缘性的热绝缘材料9的上侧(例如70mm厚度)可比热绝缘材料9的下侧(例如50mm厚度)更厚。
另外，在热绝缘材料9的上侧上，管77被螺旋形地缠绕在热绝缘材料9的外圆周表面。如上所述，管77的第一端侧连接至工业用水供给管28的第二端侧，所述工业用水供给管28从热绝缘材料9的外面抽出。同时，管77的第二端侧通过另一工业用水供给管28连接至未显示的工业用水供给设备。注意，不一定必需要提供管77，但在需要提高重整设备的效率时，管77是有效的。例如，在缠绕重整部分圆柱形管10的热绝缘材料9的绝缘性能不充分并且因此热绝缘材料9的表面温度变得高达大约50℃时，优选地提供管77，以便收集从热绝缘材料9辐射的热量。
另外，如图10中显示的热交换器78可被提供以在加热气体88和工业用水85之间交换热量。热交换器78设置在热绝缘材料9的外面，且放置在工业用水供给管28和排气管39之间的某个点上。
另外，如图5显示，第一重整气体温度计75设置在重整催化剂层21的出口79处(例如，在位于重整催化剂层21的上端侧上且在外圆柱形管12和中间圆柱形管13之间的空间处)，第二重整气体温度计76设置在低温CO变换催化剂层7的进口73处。第一重整气体温度计75用于测量从重整催化剂层21流出的重整气体温度的目的，第二重整气体温度计76用于测量将要流入到低温CO变换催化剂层7中的重整气体温度的目的。如图11显示，第一重整气体温度计75的温度测量信号和第二重整气体温度计76的温度测量信号输入到温度控制器80中。
温度控制器80控制用于燃烧器的燃料供给设备81，使得由第一重整气体温度计测量的在重整催化剂层出口79处的重整气体温度的值保持在预定温度(例如，在750℃)。因此，可控制从用于燃烧器的燃料供给设备81供给至燃烧器1的用于燃烧器的燃料83的量。
具体地，在重整催化剂层出口79处的重整气体温度的测量值低于预定温度时，被供给至燃烧器1的用于燃烧器的燃料的量被增加，以便升高燃烧器1处的加热气体温度，直到在重整催化剂层出口79处的重整气体温度(测量值)达到预定温度。相反，在重整催化剂层出口79处的重整气体温度的测量值高于预定温度时，被供给至燃烧器1的用于燃烧器的燃料的量被减少，以便降低在燃烧器1处的加热气体温度，直到在重整催化剂层出口79处的重整气体温度(测量值)达到预定温度。注意，在这种情形中，由在用于燃烧器的燃料供给设备81上的温度控制器80所执行的控制的一些例子包括：对设置在用于燃烧器的燃料供给设备81中的燃料流速调节阀的孔的控制；对泵的输出的控制(由泵排放的燃料的量)；以及相类似的控制。
另外，温度控制器80控制用于燃烧器的空气供给设备82，使得由在低温CO变换催化剂层进口73处的第一重整气体温度计76测量的重整气体温度的值保持在预定温度(例如，在250℃)。因此，可控制从用于燃烧器的空气供给设备82供给至燃烧器1的用于燃烧器的空气84的量。
具体地，在低温CO变换催化剂层进口73处的重整气体温度的测量值低于预定温度时，被供给至燃烧器1的用于燃烧器的空气的量被增加，以便使在燃烧器1处的加热气体流速升高，也就是，以便增加包含在加热气体中的空气的量(稀释空气量)，直到在低温CO变换催化剂层进口73处的重整气体温度(测量值)达到预定温度。相反，在低温CO变换催化剂层进口73处的重整气体温度的测量值高于预定温度时，被供给至燃烧器1的用于燃烧器的空气的量被降低，以便减少在燃烧器1处的加热气体流速(加热气体空气量)，直到在低温CO变换催化剂层进口73处的重整气体温度(测量值)达到预定温度。注意，在这种情形中，由在用于燃烧器的空气供给设备82上的温度控制器80所执行的控制的一些例子包括：对设置在用于燃烧器的空气供给设备82中的空气流速调节阀的孔的控制；对泵的输出的控制(由泵排放的空气的量)；以及相类似的控制。之后将对在低温CO变换催化剂层进口73处的重整气体温度可通过加热气体流速(加热气体空气量)控制的原理进行描述。
注意，用于混合物的温度计112可设置在第二蒸发器5的流动通道5a的出口5a-1处。因此，温度控制器80可控制用于燃烧器的燃料供给设备81，使得通过在流动通道出口5a-1处用于混合物的温度计112测量的混合物89(过热蒸汽)的温度值可被保持在预定温度(例如，在400℃)。因此，可控制从用于燃烧器的燃料供给设备81供给至燃烧器1的用于燃烧器的燃料83的量。具体地，在流动通道出口5a-1处的混合物温度的测量值低于预定温度时，被供给至燃烧器1的用于燃烧器的空气的量被增加，以便使在燃烧器1处的加热气体流速升高，也就是，以便增加被包含在加热气体中的空气量(稀释空气量)，直到在流动通道出口5a-1处的混合物温度(测量值)达到预定温度。相反，在流动通道出口5a-1处的混合物温度的测量值高于预定温度时，被供给至燃烧器1的用于燃烧器的空气的量被减少，以便降低在燃烧器1处的加热气体流速(加热气体空气量)，直到在流动通道出口5a-1处的混合物温度(测量值)达到预定温度。
另外，如图12显示，用于清洗的管道101和用于清洗的可移除部分102可被设置在第二蒸发器5和重整催化剂层21之间。用于清洗的管道101的第一端侧和第二端侧分别连接至第二蒸发器5的圆柱形管5A和重整管2的外圆柱形管12。因此，用于清洗的管道101连接第二蒸发器5的流动通道5a的出口5a-1至空间104，所述空间104形成在重整催化剂层21下面且在重整管2的外圆柱形管12和中间圆柱形管13(即，连接至重整催化剂层21的进口106)之间。另外，环形上端板105设置在空间104中且在外圆柱形管12和中间圆柱形管13之间。多个喷射孔105a沿圆周方向形成在上端板105中。因此，在这种情形中，总箱27由上端板105、外圆柱形管12的一部分、中间圆柱形管13的一部分、第二蒸发器5(圆柱形管5B)的一部分以及支撑板22的一部分形成。
另外，用于清洗的可移除部分102可拆卸地连接至用于清洗的管道101上的某个位置。用于清洗的管道101穿透热绝缘材料9，且用于清洗的可移除部分102设置在热绝缘材料9的外面。如图12中的点虚线显示的，在用于清洗的可移除部分102被移除时，用于清洗的管道101的开口端的填充口103被暴露。通过填充口103注入化学液体111。注意，可通过一些适合的连接-拆卸装置连接用于清洗的可移除部分102。例如，用于清洗的可移除部分102可被简单地可移除地装配至用于清洗的管道101。可替换地，用于清洗的可移除部分102可通过一些紧固装置(例如螺钉和螺母)被可拆卸地紧固至用于清洗的管道101。
现在，将对在具有上述的配置的重整设备处于稳定操作时的加热气体88的流动以及工业用水85、原料86、混合物89以及重整气体87的流动进行描述。在图5中，由带箭头的点线显示的加热气体88的流动，由带箭头的实线显示工业用水85、原料86、混合物89以及重整气体87的流动。
首先，下面描述主要集中于加热气体88的流动。
通过使用燃烧器1以燃烧从用于燃烧器的燃料供给设备供给至燃烧器1的用于燃烧器的燃料83和从用于燃烧器的空气供给设备84供给至燃烧器1的用于燃烧器的空气84，所述燃料和空气被燃烧器1燃烧，产生高温(例如，在1000℃)的加热气体88。因为燃烧器1面朝下，首先加热气体88向下流动。然而，因为由于圆形壳板14封闭重整管2的内圆柱形管11的下端(在图5中显示的实施例中，因为首先由热绝缘材料15封闭重整管2的内圆柱形管11的下端)，加热气体88转向且沿着内圆柱形管11的内表面向上流动(在图5中显示的实施例中，加热气体88流过加热气体流动通道35)。此时，通过内圆柱形管11和中间圆柱形管13从重整管2的内部把加热气体88的热量供给至重整催化剂层21。
此后，加热气体88在加热气体转向部分24处转向，且之后通过进口25a流入到在重整管2的外侧上形成的加热气体流动通道25中，之后向下流动通过加热气体流动通道25，之后通过出口25a流出。另外在此时，经由外圆柱形管12从重整管2的外侧把加热气体88的热量供给至重整催化剂层21。简言之，热量在加热气体88和重整催化剂层21或流过重整催化剂层21的混合物89之间被交换，且所述热交换发生在重整管(重整催化剂层21)的外侧和内侧上。因此，从加热气体流动通道25流出的加热气体88的温度被降低，例如降低至大约400℃。
此时，因为重整部分圆柱形管10与流过加热气体流动通道25的加热气体88接触，重整部分圆柱形管10的表面温度呈现出温度分布，例如从所述表面的上部部分至下部部分大约从800℃变化至400℃。如上所述，为了降低从重整部分圆柱形管10的表面辐射的热量，围绕重整部分圆柱形管10的热绝缘材料9的部分被设计为比围绕第一蒸发器4和类似装置的热绝缘材料9的部分(例如50mm厚度)更厚(例如70mm厚度)。
从加热气体流动通道25流出的加热气体88流过支撑板22的循环孔22a且流过空间38，之后通过进口26a流入到在第一蒸发器4和第二蒸发器5之间形成的加热气体流动通道26中。之后，加热气体88向下流过加热气体流动通道26。此时，加热气体88的流动被第一蒸发器4的波纹状管4A的突出和凹陷部分(波纹形状)扰动(搅动)，因此变成湍流。在此处，第一蒸发器4(圆柱形管4B)的表面温度和CO移除催化剂层8(圆柱形管64)的表面温度例如大约是150℃。因此，即使在围绕第一蒸发器4和CO移除催化剂层8的热绝缘材料9的部分薄至大约50mm时，从第一蒸发器4(圆柱形管4B)的表面和CO移除催化剂层8(圆柱形管64)的表面辐射的热量可被有效地减少。
在加热气体流动通道26中流动的加热气体88通过出口26b流出，之后流过排气管39，之后流入到热交换器40中。在热交换器40中，热量在加热气体88和通过燃烧器的空气供给管41从用于燃烧器的空气供给设备82(参见图11)供给至热交换器40的用于燃烧器的空气84之间被交换。在热交换之后，加热气体88的温度降低至例如大约50℃。这是因为在这种情况中通过用于燃烧器的空气84收集加热气体88的热量。其热量已经被收集在热交换器40中的加热气体88通过排气管42被排放至大气。另一方面，已经收集在热交换器40中的热量的用于燃烧器的空气88通过用于燃烧器的空气供给管43被供给至燃烧器1。
接下来，描述主要集中于工业用水85、原料86、混合物物89以及重整气体87的流动。
在提供了管77时，从工业用水供给设备供给的工业用水85流过管77和工业用水供给管39，之后通过进口4a-1流入到第一蒸发器4的流动通道4a中。在没有提供管77时，从工业用水供给设备供给的工业用水85直接流过工业用水供给管39，之后通过进口4a-1流入到流动通道4a中。在提供管77时，在工业用水85流入到第一蒸发器4的流动通道4a中之前，也就是，在流过管77时，工业用水85吸收加热气体88的热量，所述热量通过热绝缘材料9从热绝缘材料9的内侧转移至管77。
另外，在提供热交换器78时，在所述热交换器78中，热量在流入到第一蒸发器4的流动通道4a之前的工业用水85和从在第一蒸发器4和第二蒸发器5之间形成的加热气体流动通道26流出的加热气体88之间被交换。换句话说，在这种情形中，加热气体88的热量由工业用水85来收集。在热交换器78中已经经受热收集的加热气体88，在加热气体被通过排气管42排放之前，可在热交换器40经受另一轮的热收集。在不提供热交换器40时，在热交换器78中已经经受热收集的加热气体88可通过排气管42被直接排放至大气中。在热交换器78中已经经受热收集的工业用水85通过进口4a-1流入到第一蒸发器4的流动通道4a中。
通过管77和热交换器78，或不通过管77或热交换器78流入到第一蒸发器4的流动通道4a中的工业用水85向上流过流动通道4a。因为流动通道4a具有螺旋形，工业用水85螺旋地沿加热气体流动通道26的外围侧流动以向上升高。此时，流过加热气体流动通道26的加热气体88加热工业用水85。另外，在CO移除催化剂层8被设置的位置处，流过第一蒸发器4的流动通道4a的工业用水85吸收(移除)由流入到CO移除催化剂层8的重整气体87保持的热量(把重整气体87的温度降低至预定温度(例如从150℃降低至80℃需要的热量)和由重整气体87的CO选择氧化反应(2CO+O2→2CO2)产生的热量，所述反应发生在CO移除催化剂层8中。
此时，流过第一蒸发器4的流动通道4a的工业用水85被蒸发，变成水蒸气(湿蒸汽)。工业用水12在例如大约120℃的温度下被蒸发。由于工业用水85的蒸发热，CO移除催化剂层8被冷却，且保持在工业用水85的蒸发温度上(例如在大约120℃)。在此处，流过加热气体流动通道26的加热气体88的流动被波纹状管4A的突出和凹陷部分(波纹形状)扰动，因此变成湍流。因此，加热气体88的热量和CO移除催化剂层8的热量被有效地转移至工业用水85。
同时，从加热气体流动通道26流出的加热气体88的温度被降低，因为加热气体88把其热量转给工业用水85。在此处，从加热气体流动通道26流出的加热气体88的温度变得低至例如大约100℃，因为工业用水85的蒸发温度例如是大约120℃，且因为液体工业用水85流入的第一蒸发器4的下端部的温度被保持在室温。注意，如上所述，通过保持大约100℃的热量的加热气体88和热交换器40中的用于燃烧的空气84之间的热交换以及通过热交换器78中的工业用水85和加热气体88之间的热交换，可更有效地利用由加热气体88保持的热量。
流过第一蒸发器4的流动通道4a的工业用水85被部分地蒸发，从出口4a-2流出，之后向下流过管道29。此时，从原料供给设备供给的原料86与工业用水(蒸汽)85在位于管道29的某个点处的原料混合部分31中被混合，因此产生了混合物89。在此处，工业用水85被蒸发(汽化)，使得被蒸发的工业用水85以快达例如大约50m/s的速度流过管道29。因此，由于工业用水(蒸汽)85的流动速度很高，在原料混合部分31中被混合的原料86被很好地搅动，且均匀地分散在工业用水(蒸汽)86中。为此，在混合物89中的工业用水(蒸汽)86和原料89的比(S/C＝蒸汽/碳)不偏离预定的值，且保持稳定。
由此产生的混合物89通过进口5a-2流入到第二蒸发器5的流动通道5a中，之后向上流过流动通道5a。因为流动通道5a具有螺旋形，混合物89螺旋地沿加热气体流动通道26的内圆周侧流动以向上升高。
流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89通过与流过位于第二蒸发器5的外侧上的加热气体流动通道26的加热气体88的热交换而被加热。另外，在低温CO变换催化剂层7被设置的位置处，流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89吸收(移除)由流入到低温CO变换催化剂层7中的重整气体87保持的热量(把重整气体87的温度降低至预定温度(例如从250℃降低至150℃)需要的热量)和由重整气体87的CO变换反应(CO+H2O→H2+CO2)产生的热量(使重整气体87的温度升高例如大约50℃需要的热量)，所述反应发生在低温CO变换催化剂层7中。
另外，在位于低温CO变换催化剂层7上方的位置上，流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89吸收由流过位于第二蒸发器5的内侧上的重整气体流动通道53的重整气体87保持的热量(把重整气体87的温度降低至预定温度(例如从550℃降低至250℃)需要的热量)。因此，在混合物89流过第二蒸发器5的流动通道5a的同时，混合物89变成过热蒸汽(干蒸汽)。在这种情形中，加热气体88的热量、从低温CO变换催化剂层7(圆柱形管50)辐射的热量以及重整气体87的热量蒸发在混合物023中的工业用水85的未蒸发部分。另外，在混合物89中的原料86是液体燃料(例如煤油)时，所述液体燃料也被蒸发。在混合物89从第二蒸发器5的流动通道5a流出时，混合物89的温度达到例如大约400℃。
此时，混合物89中的原料与混合物89中的工业用水85一起被加热，在此处工业用水85的蒸发温度在大约100℃至150℃范围内。因此，即使在使用可能使碳沉淀的原料86(例如煤油)时，也可避免从原料86中沉淀碳。
从第二蒸发器5的流动通道5a流出的混合物89流入到总箱27中，且沿其圆周方向流入到总箱27内部。之后，混合物89通过形成在总箱27的侧壁(即形成在圆柱形管27a中)中的多个喷射孔27a喷出，且从下面流入到重整催化剂层21中。
注意，如图12所显示的情形中，当用于清洗的管道101和用于清洗的可移除部分102被设置在第二蒸发器5和重整管(重整催化剂层21)之间时，从第二蒸发器5的流动通道5a流出的混合物89流过用于清洗的管道101和用于清洗的可移除部分102，之后流入到总箱27中。之后，混合物89沿圆周方向流入到总箱27的内部，且通过在总箱27的顶表面中形成的(即在上端板105中形成的)多个喷射孔105a喷出。之后混合物89从下面流入到重整催化剂层21中。在上面描述的任何情形中，在混合物89的过热蒸汽被供给至圆柱形的重整催化剂层21时，总箱27使得混合物89的过热蒸汽沿重整催化剂层21的圆周方向被均匀地分散。
流入到重整催化剂层21的混合物89向上流过重整催化剂层21。此时，如已经描述的，在重整管2的内侧(加热气体流动通道35)和在其外侧(加热气体流动通道25)流动的加热气体88的热量被供给至重整催化剂层21。因此，在重整催化剂层21中，发生原料86的蒸汽重整反应，以便产生包含氢气的重整气体87(富氢气体)。此时，位于重整催化剂层21的上部部分中的重整催化剂的温度通过与加热气体88的热交换被升高至例如大约700℃。因此，具有50％或高于50％氢气含量的重整气体87被产生。
在重整催化剂层21中产生的重整气体87通过出口79从重整催化剂层21流出。此时，在重整催化剂层21的出口79处的重整气体87的温度例如变为750℃。在此处，通过第一重整气体温度计75测量在重整催化剂层21的出口79处的重整气体的温度，温度控制器80控制被供给至燃烧器1的用于燃烧器的燃料83的量，使得由第一重整气体温度计75测量的重整气体温度的值可被保持在预定温度上(例如在750℃)。
从重整催化剂层21流出的重整气体87在重整气体转向部分17处转向，向下流过重整气体流动通道18，之后流入到高温CO变换催化剂层3中。在重整气体87流过重整气体流动通道18的同时，重整气体87的热量通过中间圆柱形管13被转移至重整催化剂层21(混合物89)。因此，在重整气体87到达重整催化剂层21的轴向方向的中间部分时，重整气体87的温度例如变为大约550℃。因此，从重整气体流动通道18流出的重整气体87的温度变为例如大约550℃，且所述重整气体87流入到高温CO变换催化剂层3中。
在高温CO变换催化剂层3中，重整气体87向下流动。此时，重整气体87的CO变换反应(CO+H2O→CO2+H2)发生在高温CO变换催化剂层3中，使得重整气体87的CO浓度例如大约从13％降低至6％。所述CO变换反应是放热反应，所述反应的热量通过中间圆柱形管13被转移至靠近高温CO变换催化剂层3的外侧的重整催化剂层21。因此，从高温CO变换催化剂层3流出的重整气体87的温度例如是大约550℃，所述重整气体87流入到在第二蒸发器5和圆柱形管50之间形成的重整气体流动通道中。
流入到重整气体流动通道53中的重整气体87向下流过重整气体流动通道53，之后通过形成在圆柱形管50中的循环孔流入到在圆柱形管50和圆柱形管46之间的空隙中。在重整气体87流过重整气体流动通道53的同时，通过与流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89的热交换来冷却重整气体87。重整气体87的温度降低至例如大约250℃。换句话说，如上面已经描述的，流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89吸收由重整气体87保持的热量，所述热量是把重整气体87的温度降低至预定温度(例如从550℃降低至250℃)所需要的。
例如，流入到圆柱形管50和圆柱形管46之间的空隙的250℃的重整气体87通过在低温CO变换催化剂层7顶部上形成的进口73流入到低温CO变换催化剂层7中。此时，在低温CO变换催化剂层7的进口73处的重整气体87的温度由第二重整气体温度计76测量，温度控制器80控制被供给至燃烧器1的用于燃烧器的空气84的量，使得由第二重整气体温度计76测量的重整气体温度的值可被保持在预定温度上(例如250℃)。以下是通过控制被供给至燃烧器1的用于燃烧器的空气84的量控制在低温CO变换催化剂层7的进口73处的重整气体温度的原理。
(1)在低温CO变换催化剂层7的进口73处的重整气体87的温度通过在穿过高温CO变换催化剂层3的大约550℃的重整气体87和流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89之间的热交换而被降低至250℃。
(2)相应地，如果此时热量在重整气体87和混合物89之间被交换，可控制在低温CO变换催化剂层7的进口73处的重整气体87的温度。
(3)在与穿过高温CO变换催化剂层3的上述的重整气体87交换热量之前，混合物89与流过在第一蒸发器4和第二蒸发器5之间形成的加热气体流动通道26的加热气体88交换热量。
(4)在此时，如果降低在混合物89和加热气体88之间的被交换的热量，流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89的温度被降低。因此，在这种情形中，在重整气体87和混合物89之间交换的热量增加，也就是，穿过高温CO变换催化剂层3的重整气体87被温度降低的所述混合物89很好地冷却。从而，在低温CO变换催化剂层7的进口73处的重整气体87的温度被降低。相反地，如果在混合物89和加热气体88之间被交换的上述热量增加，流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89的温度升高。因此，在这种情形中，在重整气体87和混合物89之间被交换的上述热量降低，也就是，穿过高温CO变换催化剂层3的重整气体87没有被混合物89很好地冷却，所述混合物89的温度被升高。从而，在低温CO变换催化剂层7的进口73处的重整气体87的温度升高。
(5)因此，如果可控制在混合物89和加热气体88之间被交换的上述热量，则可控制在重整气体87和混合物89之间被交换的热量，其反过来可控制在低温CO变换催化剂层7的进口73处的重整气体87的温度。在此处，依赖于加热气体88的体积，改变在混合物89和加热气体88之间被交换的上述热量。因此，通过控制加热气体88的体积(也就是被供给至燃烧器1的用于燃烧器的空气84的量(稀释空气量))，可控制混合物89和加热气体88之间被交换的上述热量，因此可控制在重整气体87和混合物89之间被交换的热量。因此，可控制在低温CO变换催化剂层7的进口73处的重整气体87的温度。
注意，在此时，通过控制被供给至燃烧器1的用于燃烧器的空气84的量(稀释空气量)，在第二蒸发器5的流动通道出口5a-1处的混合物的温度可被保持在预定温度(例如400℃)。
流入到低温CO变换催化剂层7的预定温度(例如250℃)的重整气体87向下流过低温CO变换催化剂层7。在此期间，重整气体87的CO变换反应(CO+H2O→CO2+H2)发生在低温CO变换催化剂层7中，使得在重整气体87中的CO浓度例如大约从6％降低至0.3％。所述CO变换反应也是放热反应，如上面所描述的，所述反应的热量由流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89吸收。
低温CO变换催化剂层7(圆柱形管50)由第二蒸发器5围绕，第二蒸发器5的温度例如大约是150℃。因此，在流过低温CO变换催化剂层7的同时，重整气体87被150℃的第二蒸发器5辐射性地冷却，因此重整气体87的温度被降低至大约150℃。换句话说，如上面已经描述的，在低温CO变换催化剂层7被设置的位置处，流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89吸收由重整气体87保持的热量，所述热量是把重整气体87的温度降低至预定温度(例如从250℃降低至150℃)需要的。另外，由于这种冷却效应，在重整气体87中的CO浓度被降低至所述温度上的CO平衡温度。因此，在重整气体87中的CO浓度可被降低比重整气体87被假设没有被冷却地流过低温CO变换催化剂层7的情形更大的程度。
从低温CO变换催化剂层07流出的重整气体87流过管道69，之后从上面流入到CO移除催化剂层8中。此时，在位于管道69的某个点上的空气混合部分99处，通过用于CO选择氧化的空气供给管98从用于CO选择氧化的空气供给设备供给的用于CO选择氧化的空气90与流过管道69的重整气体87混合。因此，重整气体87与用于CO选择氧化的空气90一起流入到CO移除催化剂层8中，向下流过CO移除催化剂层8。此时，重整气体87的CO选择氧化反应发生在CO移除催化剂层8中，使得在重整气体87中的CO浓度例如从0.3％降低至10ppm或更低。
在此处，CO选择氧化反应也是放热反应。如上面已经描述的，所述反应的热量由流过第一蒸发器4的流动通道4a的工业用水85吸收。在此处，CO移除催化剂层8被设置以围绕第一蒸发器4，流过第一蒸发器4的流动通道4a的工业用水85已被蒸发，使得CO移除催化剂层8的温度被恒定地大致保持在工业用水85的蒸发温度上(例如，大约120℃)。从CO移除催化剂层8流出之后，流入到重整气体供给管74的重整气体87的温度被降低，例如由流过第一蒸发器4的流动通道4a的工业用水85冷却被降低至大约80℃。换句话说，如上面已经描述的，在CO移除催化剂层8被设置的位置处，流过第一蒸发器4的流动通道4a的工业用水85吸收由重整气体87保持的热量，所述热量是把重整气体87的温度降低至预定温度(例如，从150℃降低至80℃)所需要的。之后，具有低CO浓度的重整气体87从CO移除催化剂层8流出，之后通过重整气体供给管74被供给至燃料电池，作为产生电力的燃料。
接下来，对在重整设备被启动时所执行的用于升温的加热操作进行描述。
在用于升温的加热操作中，为了产生加热气体88的目的，从用于燃烧器的燃料供给设备供给的用于燃烧器的燃料83和从用于燃烧器的空气供给设备供给的用于燃烧器的空气84，如在稳定操作的情形中那样，通过燃烧器1被燃烧。注意，在所述升温操作中，没有供给混合物89(原料86加工业用水85)。
之后，如在稳定操作的情形中那样，加热气体88沿着重整管2的内圆柱形管11的内圆周表面向上流动(即流过加热气体流动通道35)。另外，加热气体88被允许在加热气体转向部分17处转向，之后通过位于重整管2的外侧上的加热气体流动通道25向下流动，之后通过在第一蒸发器4和第二蒸发器5之间形成的加热气体流动通道26向下流动。因此，通过加热，加热气体88的热量相继升高重整管2和重整催化剂层21的温度，高温CO变换催化剂层3、第一蒸发器4和第二蒸发器5的温度、以及之后低温CO变换催化剂层7和CO移除催化剂层8的温度。
更具体地，加热气体88沿重整管2的内侧和外侧流动的同时，重整管2和重整催化剂层21的温度通过加热气体88的加热被升高。因为高温CO变换催化剂层3设置在重整催化剂层21的内圆周侧上，高温CO变换催化剂层3的温度通过重整催化剂层21由间接加热而升高。在加热气体88流过在第一蒸发器4和第二蒸发器5之间形成的加热气体流动通道26时，第一蒸发器4和第二蒸发器5的温度由加热气体88的加热升高。因为低温CO变换催化剂层7设置在第二蒸发器5的内侧上，低温CO变换催化剂层7的温度通过第二蒸发器5由间接加热而升高。因为CO移除催化剂层8设置在第一蒸发器4的外侧，CO移除催化剂层8的温度通过第一蒸发器4由间接加热而升高。
一旦用于升温的加热操作完成，开始供给混合物89(原料86加工业用水85)。因此，开始产生重整气体87。注意，例如，确定用于升温的加热操作何时完成，可采用下述方式。用于升温的加热操作继续的时间长度被首先测量，之后确定由此测量的时间是否超过预定时间长度。可替换地，首先测量任何催化剂层的温度，之后确定由此测量的温度是否达到预定温度。
接下来，将对在停止重整设备时进行的蒸汽清除(purging)进行描述。在图5中，由带箭头的点线显示了在蒸汽清除时的加热气体88和O2稀少气体107的流动。
在通过停止从工业用水供给设备的工业用水85的供给和从原料供给设备的混合物86的供给而终止重整气体87的产生时，蒸汽保留在重整设备的催化剂层3、7、8和21中。因为在这种状态中的重整设备被冷却，保留在催化剂层3、7、8和21中的蒸汽被冷凝。因此，在催化剂层3、7、8和21中的催化剂被降解。为了避免这样的降解，保留在每个催化剂层3、7、8和21中的蒸汽被清除。
具体地，在通过停止混合物89(工业用水85加原料86)的供给而终止重整气体87的产生之后，燃烧器1被再次点燃，以产生加热气体88。可替换地，即使在停止混合物89的供给之后，燃烧器1没有熄灭，而是继续产生加热气体。之后，所述加热气体88用作清除蒸汽的气体。然而，加热气体88也包含5％的O2和湿气。
因此，如在用于升温的加热操作的情形或稳定操作的情形中，从加热气体流动通道26流出且之后应该排放至排气管39的加热气体88，通过驱动泵60被从排气管39吸入到管道63中。之后，在加热气体88中的湿气被冷凝且在冷凝器62中被移除。注意，在冷凝器62中，例如通过使风扇吹送空气，可冷凝在加热气体88中的湿气。可替换地，通过使用工业用水85、用于燃烧器的空气84或相类似的物质可冷凝加热气体88中的湿气。
已经从其中移除湿气的加热气体88流入到加热气体导入管59，之后向上流过加热气体导入管59。因此，加热气体被通向O2吸附催化剂层6的上端侧。从加热气体导入管59流出的加热气体88在加热气体转向部分108处转向，之后向下流过O2吸附催化剂层6。在此期间，在加热气体88中的O2被吸收在O2吸附催化剂层6中，使得产生了O2稀少气体107。
从O2吸附催化剂层6流出的部分O2稀少气体107沿与重整气体87流动的方向相反的方向流动，因此通过形成在圆柱形管50中的循环孔54流到圆柱形管50的外面(即，流入到重整气体流动通道53中)。之后，这部分O2稀少气体107流过高温CO变换催化剂层3，之后流过重整催化剂层21。这部分O2稀少气体107流过第二蒸发器5的流动通道5a、管道29和原料供应管30，之后通过未显示的O2稀少气体排气管被排放。因此，通过O2稀少气体107，保留在高温CO变换催化剂层3和重整催化剂层21中的蒸汽被分别地从高温CO变换催化剂层3和重整催化剂层21中清除掉。注意，O2稀少气体107和蒸汽被通过在上面描述的情形中的第二蒸发器5的流动通道5a排放，但这不是惟一的方式。可替换地，可在在O2稀少气体107和蒸汽穿过重整催化剂层21之后的任何位置进行所述排放。例如，如图12中的点虚线显示的，O2稀少气体排气管109连接至用于清洗的管道101。在蒸汽被清除时，O2稀少气体107和蒸汽借助打开设置在O2稀少气体排气管109中的阀110通过O2稀少气体排气管109而被排放。
另外，如重整气体87的流动的情形，从O2吸附催化剂层6流出的O2稀少气体107的另一部分流过低温CO变换催化剂层7，且之后流过CO移除催化剂层8。此后，O2稀少气体107的该另一部分流过重整气体供给管74，之后通过未显示的O2稀少气体排气管被排放。因此，通过O2稀少气体107，保留在低温CO变换催化剂层7中的蒸汽和保留在CO移除催化剂层8中的蒸汽被分别地从低温CO变换催化剂层7和CO移除催化剂层8中清除掉。
接下来，将对在所述重整设备中采用图12中显示的配置的情形中的对第一蒸发器4和第二蒸发器5的清洗程序进行描述。
固体成分(例如硅石)被包含在工业用水85中。因此，在重整设备被操作很长时间时，固体成分可能在第一蒸发器4中的流动通道4a中和在第二蒸发器5的流动通道5a中沉淀，且可能阻塞流动通道4a和5a。为了避免这种不便，重整设备有必要采用图12显示的配置，使得第一蒸发器4的流动通道4a和第二蒸发器5的流动通道5a可被定期地清洗。根据下述程序进行所述清洗。
首先，重整设备是停止的。之后，如图12中的单点虚线显示的，用于清洗的可移除部分102被从用于清洗的管道101上拆离，使得填充口103被暴露。除去固体成分的化学液体111从未显示的化学液体供给设备通过填充口103被注入。因此，化学液体111通过出口5a-1流入到第二蒸发器5的流动通道5a，之后沿与混合物89流动方向相反的方向流过第二蒸发器5的流动通道5a和第一蒸发器4的流动通道4a。此后，化学液体111流过工业用水供给管28，之后通过未显示的化学液体排放管被排放。
因此，沉淀在第一蒸发器4的流动通道4a中和在第二蒸发器5的流动通道5a中的固体成分由化学液体111移除，且与化学液体111一起从流动通道4a和5a被排出。注意，可通过连接化学液体排放管至用于清洗的管道101形成化学液体循环线路，所述化学液体111可被循环。在这种方式中，仅在化学液体111流过第一蒸发器4的流动通道4a和流过第二蒸发器5的流动通道5a几次之后，可排放化学液体111。
<有益效果>
实施例2的重整设备具有下述配置。所述重整设备包括：第一蒸发器4是圆柱形，且包括工业用水85流过的流动通道4a；第二蒸发器5是圆柱形且包括混合物89流过的流动通道5a；管道29把流动通道4a的出口4a-2连接至流动通道5a的进口5a-2；以及形成在管道29的某个点上的原料混合部分31。第一蒸发器4和第二蒸发器5被同心地设置，使得第一蒸发器4位于外侧且第二蒸发器5位于内侧。保留在第一蒸发器4和第二蒸发器5之间的圆柱形缝隙用作加热气体流动通道26。在第一蒸发器4中，在加热气体88加热重整催化剂层21之后，由流过加热气体流动通道26的加热气体88的加热把流过流动通道4a的工业用水转换成蒸汽(湿蒸汽)。在原料混合部分31中，通过混合原料86与从流动通道4a流出之后流过管道29的工业用水(蒸汽)21，产生混合物89。在第二蒸发器5中，从管道29流入到流动通道5a且流过流动通道5a的混合物89由于在加热气体88加热重整催化剂层21之后流过加热气体流动通道29的加热气体88的加热，被转换成过热蒸汽(干蒸汽)。混合物89的过热蒸汽流过重整催化剂层21。因此，流过第一蒸发器4的流动通道4a的工业用水85和流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89可被流过在第一蒸发器4和第二蒸发器5之间形成的加热气体流动通道26的加热气体88有效地加热。
另外，在工业用水85从第一蒸发器4的流动通道4a中流出时，由于加热气体88的加热，工业用水85被蒸发。因此，流过管道29的工业用水85的速度变得比没有蒸发的情形更快(例如，大约在50m/s)。因此，通过如此高流速的工业用水(蒸汽)85，在位于管道29的某个点上的原料混合部分31中与工业用水(蒸汽)85混合的原料86可被很好地搅动，使得原料86可被均匀地分散在工业用水(蒸汽)85中。因此，工业用水(蒸汽)85和原料86可被均匀地混合在一起。注意，在这种情形中，即使在原料86是液体燃料(例如，煤油)时，或即使在仅有少量的原料86被供给时，工业用水(蒸汽)85和原料86可被均匀地混合在一起。
另外，在第二蒸发器5中，通过把原料86和工业用水(蒸汽)85混合在一起形成的混合物89被加热气体88加热，以便产生过热蒸汽。因此，混合物89中的原料86和在混合物89中的工业用水85一起被蒸发。因此，即使可能沉淀碳的原料86(例如煤油)被使用时，可避免碳从原料86中沉淀。在原料在粗燃料蒸发器中被蒸发时，如传统的情形，温度升高的复杂控制是必需的，但温度升高的如此复杂控制不再是必需的。
注意，在原料混合部分31具有双喷嘴结构时，已经转换成喷雾的原料86在原料混合部分31中与工业用水(蒸汽)85被均匀地被混合。因此，从原料86中沉淀碳可更加确定被避免，因此重整催化剂的降解也可更加确定地被避免。
另外，实施例2的重整设备具有以下特征。低温CO变换催化剂层7设置在被设置在第二蒸发器5的内侧的圆柱形管50和被设置在圆柱形管50内的圆柱形管46之间。保留在圆柱形管50和第二蒸发器5之间的圆柱形缝隙用作重整气体流动通道53。在从重整催化剂层21流出的重整气体87流过重整气体流动通道53的同时，重整气体87的温度通过与流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89的热交换而被降低。此后，重整气体87通过形成在圆柱形管50中的循环孔54流入到圆柱形管50和圆柱形管46之间的空隙中，且流过低温CO变换催化剂层7。此时流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89吸收由在低温CO变换催化剂层7中发生的重整气体87的CO变换反应产生的热量，且冷却重整气体。换句话说，低温CO变换催化剂层7设置在第二蒸发器5的内侧。从重整催化剂层21流出的重整气体87流过低温CO变换催化剂层7。此时，流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89吸收由在低温CO变换催化剂层7中发生的重整气体87的CO变换反应产生的热量，且冷却重整气体87。在这种配置中，第二蒸发器5围绕低温CO变换催化剂层7。在重整设备处于稳定操作时，混合物89流过第二蒸发器5的流动通道5a。因此，低温CO变换催化剂层7的温度不会因为与流过位于第二蒸发器5的外侧上的加热气体流动通道26的加热气体88的接触而升高。另外，流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89可确定吸收由在低温CO变换催化剂层7中发生的CO变换反应产生的热量，并且因此可确定地冷却重整气体87。因此，与传统情形不同，避免由重整气体87的不充分冷却引起的从低温CO变换催化剂层7流出的重整气体87中的CO浓度的增加，是可能的。因此，即使在从低温CO变换催化剂层7流出的重整气体87进一步地流过CO移除催化剂层8时，被供给至CO移除催化剂层8的用于CO选择氧化的空气90的量可被减少，使得可改善重整效率。另外，温度很难控制的甲烷化类型CO移除催化剂的使用不再是必需的。
另外，实施例2的重整设备具有下述特征。第一蒸发器4和第二蒸发器5设置有位于它们各自的通道的下侧上的流动通道4a的进口4a-1和流动通道5a的进口5a-2以及位于它们各自的通道上侧的流动通道4a的出口4a-2和流动通道5a的出口5a-1。在第一蒸发器4中，工业用水85向上流过流动通道4a的同时，在第二蒸发器5中，混合物89向上流动通过流动通道5a。这种结构使得向下流动通过在第一蒸发器4和第二蒸发器5之间形成的加热气体流动通道26的加热气体88沿与流过第一蒸发器4的流动通道4a的工业用水85的流动方向和流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89的流动方向相反的方向流动。因此，可有效地进行在加热气体88和混合物89之间以及加热气体88和工业用水85之间的热交换。
另外，流过第一蒸发器4的流动通道4a的工业用水85沿与流过CO移除催化剂层8的重整气体87的流动方向相反的方向流动，同时，流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89沿与流过低温CO变换催化剂层7的重整气体87的流动方向相反的方向流动。因此，可有效地进行其之间的热交换。
另外，实施例2的重整设备具有下述的特征。其中安装有重整催化剂层21的重整管2设置在第一蒸发器4和第二蒸发器5的上方。当从第二蒸发器5流出的混合物89的过热蒸汽从下端流入到重整催化剂层21中，之后向上流过重整催化剂层21时，所述混合物89的过热蒸汽通过蒸汽重整过程转换成重整气体87。重整气体87从重整催化剂层21的上端流出、向下流动、从上端流入到低温CO变换催化剂层7中，之后向下从其中流过。此外，燃烧器1设置在重整管2的上端侧，面朝下。这种结构使得重整管2、第一蒸发器4、第二蒸发器5和低温CO变换催化剂层7被设置成考虑了混合物89和重整气体87的流动(即混合物89和重整气体87之间的热交换)的紧凑的且合理的布置。另外，在一些麻烦发生在燃烧器1中时，可仅通过移除燃烧器1可进行所述维护工作，且没有像传统的情形那样颠倒所述重整设备。另外，与传统情形采用的长的燃烧器相比，实施例2的燃烧器1使用简单，因为它可以非常短。燃烧器1的长度例如可以是400mm。因此，燃烧器1的调整工作、更换工作和相类似的工作可仅使用人力在现场进行。
另外，实施例2的重整设备具有下述的特征。CO移除催化剂层8被圆柱形地设置，以便围绕第一蒸发器4。从低温CO变换催化剂层7流出的重整气体87流过CO移除催化剂层8。此时，流过第一蒸发器4的流动通道4a的工业用水85吸收由在CO移除催化剂层8中发生的重整气体87的CO选择氧化反应产生的热量，并且因此冷却重整气体87。另外，第一蒸发器4存在于加热气体流动通道26和CO移除催化剂层8之间。在重整设备处于稳定操作时，工业用水85流过第一蒸发器4的流动通道4a。因此，CO移除催化剂层8不与流过位于第一蒸发器4的内侧上的加热气体流动通道26的加热气体88接触，使得不会通过这样的接触引起温度升高。另外，流过第一蒸发器4的流动通道4a的工业用水85确定地吸收由发生在CO移除催化剂层8中的CO选择氧化反应产生的热量，并且因此确定地冷却重整气体87。因此，已经冷却至大约工业用水85的蒸发温度(例如，大约120℃)的CO移除催化剂层8的CO移除催化剂具有很高的移除CO能力，使得其温度很难控制的甲烷化类型的CO移除催化剂的使用不是必需的。
另外，实施例2的重整设备具有下述的特征。所述重整设备包括被设置以便围绕重整管2的重整部分圆柱形管10。所述重整管2具有三管结构，包括设置在最内侧的内圆柱形管11、设置在最外侧的外圆柱形管12以及设置在内圆柱形管11和外圆柱形管12之间的中间圆柱形管13。所有这些管子11、12、13被同心地设置，以便围绕燃烧器1。由圆形壳板14封闭内圆柱形管11的下端侧的同时，由上端板16封闭在内圆柱形管11和外圆柱形管12之间的空隙的上端侧。保留在中间圆柱形管13的上端和上端板16之间的缝隙用作重整气体转向部分17。保留在中间圆柱形管13和内圆柱形管11之间的圆柱形缝隙用作重整气体流动通道18。重整催化剂层21圆柱形地形成在中间圆柱形管13和外圆柱形管12之间。由上端板23封闭重整部分圆柱形管10的上端侧。保留在上端板23和上端板16之间的缝隙用作加热气体转向部分24。保留在重整部分圆柱形管10和外圆柱形管12之间的圆柱形缝隙用作加热气体流动通道25。从燃烧器1向下排放的加热气体88沿着内圆柱形管11的内圆周表面向上流动，且在加热气体转向部分24处转向。之后，加热气体88向下流过加热气体流动通道25。在向下流过加热气体流动通道25时，加热气体88加热重整催化剂层21，之后流入到在第一蒸发器4和第二蒸发器5之间形成的加热气体流动通道26中。同时，在从第二蒸发器5的流动通道5a流出的混合物89的过热蒸汽向上流过重整催化剂层21的同时，混合物89的过热蒸汽通过蒸汽重整过程转换成重整气体87。从重整催化剂层21的上端流出的重整气体87在重整气体转向部分17处转向，且向下流过重整气体流动通道18。因此，加热气体88可从重整管2(重整催化剂层21)的外侧和内侧有效地加热重整催化剂层21。另外，实施例2的重整管2是单管类型，不同于传统采用的多管类型。因此，把多个重整管放置在一起的管道、总箱以及相类似的装置不是必需的。因此，可降低制造成本。
另外，在实施例2的重整设备中，从重整催化剂层21流出的重整气体87流过高温CO变换催化剂层3，之后流入到重整气体流动通道53。换句话说，除了低温CO变换催化剂层7之外，高温CO变换催化剂层3被设置为另一CO变换催化剂层。高温CO变换催化剂具有高的操作温度(例如550℃至400℃)且是耐热的。另外，由于很高的操作温度，高温CO变换催化剂具有很高的反应速度。因此，移除CO所需要的高温CO变换催化剂的量小于低温CO变换催化剂7的量。因此，例如，穿过高温CO变换催化剂层3的重整气体87的CO浓度小于650℃水平的传统重整气体中的CO浓度。因此，即使在重整气体87流入到低温CO变换催化剂层7时，低温CO变换催化剂的温度由CO变换反应的产生的热量被较少程度地升高。因此，低温CO变换催化剂可具有长的使用寿命。另外，在低温CO变换催化剂的温度不升高时，在低温CO变换催化剂层7的出口处的温度也被降低。因此，由于与平衡反应相关的理由，从低温CO变换催化剂层7流出的重整气体87中的CO浓度也被降低。因此，可降低在CO移除催化剂上的负载。
另外，在实施例2的重整设备中，流动通道4a和流动通道5a中的每一个被形成成螺旋形。因此，工业用水85沿流动通道4a螺旋形地流动的同时，混合物89沿流动通道5a螺旋形地流动。因此，在第一蒸发器4的加热气体88和工业用水85之间的热交换以及在第二蒸发器5的加热气体88和混合物89之间的热交换可被更确定地执行。如果流动通道5a是简单的圆柱形流动通道，混合物89的流速变得很慢。因此，在混合物89中的原料86和工业用水(蒸汽)85彼此分离开，使得工业用水(蒸汽)85和原料86之间的比(S/C)可能偏离预定的值，碳可能从原料86沉淀，这导致重整催化剂21的使用寿命变短。相反，螺旋的流动通道5a的使用使得混合物89的流速高于上面描述的简单圆柱形流动通道或类似的形状的情形。因此，可避免工业用水(蒸汽)85与混合物89中的原料86的分离。
另外，在实施例2的重整设备中，第一蒸发器4具有通过把圆柱形管4B装配至具有在管表面中形成的螺旋形的突出和凹陷部分的波纹状管4A的外圆周表面侧上形成的双管结构。在波纹状管4A和圆柱形管4B之间形成的螺旋缝隙用作流动通道4a。第二蒸发器5具有通过把圆柱形管5B装配至具有在管表面中形成的螺旋形的突出和凹陷部分的波纹状管5A的外圆周表面侧上形成的双管结构。在波纹状管5A和圆柱形管5B之间形成的螺旋缝隙用作流动通道5a。因此，工业用水85和加热气体88彼此以表面至表面方式接触，第一蒸发器4的波纹状管4A位于中间。混合物89和加热气体88以表面至表面方式彼此接触，第二蒸发器5的圆柱形管5B位于中间。另外，第一蒸发器4的波纹状管4A的突出和凹陷部分使得加热气体88的流动成为湍流。因此，在工业用水85和加热气体88之间以及在混合物89和加热气体88之间的热交换可被有效地执行。
另外，假定实施例2的重整设备采用图12显示的配置的情形，也就是，采用以下配置的情形。重整设备包括：连接第二蒸发器5的流动通道5a的出口5a-1至重整催化剂层21的进口106的用于清洗的管道101；可拆卸地连接至用于清洗的管道101的某个点的用于清洗的可移除部分102。在用于清洗的可移除部分102被移除且之后化学液体111通过用于清洗的管道101的填充口103被注入时，化学液体111流过第二蒸发器5的流动通道5a且之后流过第一蒸发器4的流动通道4a。在这种配置中，即使在重整设备的长时间操作使得包含在工业用水85中的固体成分(例如硅石)沉淀在流动通道4a和流动通道5a中，在所述重整设备不处于操作中时，通过移除用于清洗的可移除部分102、通过用于清洗的管道101的填充口103注入化学液体111，之后使得化学液体111相继流过流动通道5a和流动通道4a，所述固体成分可被移除。因此，可避免固体成分阻塞流动通道4a和流动通道5a。
另外，实施例2的重整设备设置有热交换器40，以在从加热气体流动通道26流出的加热气体i88和被供给至燃烧器1的用于燃烧器的空气84之间执行热交换。因此，从加热气体流动通道26排出的加热气体88的热量没有被浪费，而是为了加热用于燃烧器的空气84的目的被有效地收集和利用。因此，效率的进一步改善可被预料到。
另外，假定实施例2的重整设备设置有如图10显示的热交换器78的情形，所述热交换器78用以执行在从加热气体流动通道26流出的加热气体88和流入到第一蒸发器4的流动通道4a中的工业用水85之间的热交换。在这种情形中，从加热气体流动通道26排出的加热气体88的热量没有被浪费，而是为了加热工业用水85的目的被有效地收集和利用。因此，可预料到效率的进一步改善。
另外，在实施例2的重整设备中，在停止重整设备时：加热气体88被泵60吸取，通过冷凝器62从加热气体88移除了湿气；加热气体88通过加热气体导入管59被引入到O2吸附催化剂层6的第一端侧(上端侧)，此后，加热气体88转向和流过O2吸附催化剂层6。因此，O2被从加热气体88移除，并且因此产生了O2稀少气体。所述O2稀少气体的一部分流过低温CO变换催化剂层7，之后流过CO移除催化剂层8，从而排出保留在低温CO变换催化剂层7和CO移除催化剂层8中的蒸汽。O2稀少气体的其余部分通过形成在圆柱形管50中的循环孔54流出，且流过高温CO变换催化剂层3，之后流过重整催化剂层21，从而排出保留在高温CO变换催化剂层3和重整催化剂层21中的蒸汽。因此，在重整设备不操作中时，O2稀少气体可被用于排放保留在重整催化剂层21、高温CO变换催化剂层3、低温CO变换催化剂层7和在CO移除催化剂层8中的蒸汽，从而避免由蒸汽的冷凝引起的催化剂层21、3、7和8中的催化剂的降解。
另外，在实施例2的重整设备中，圆柱形高温CO变换催化剂层3设置在圆形壳板14的下方且在设置在中间圆柱形管13内部的圆柱形管46和中间圆柱形管13之间。因此，在重整设备在用于升温的加热操作以通过加热气体的加热来升高重整管2(重整催化剂层21)的温度时，设置在中间圆柱形管13的内部的高温CO变换催化剂层3的温度经由重整管2(重整催化剂层21)被加热而升高。
另外，实施例2的重整设备具有以下特征。圆柱形总箱27设置在第二蒸发器5和重整催化剂层21之间的部分上。多个喷射孔27c或91a形成在总箱的圆周方向上的总箱27的顶表面(上端板105)或侧表面(圆柱形管27a)中。从第二蒸发器5的第二流动通道5a流出的混合物87的过热蒸汽流入到总箱27中，通过喷射孔27a或91a喷出，且流入到重整催化剂层21中。因此，在混合物89的过热蒸汽被供给至圆柱形重整催化剂层21中时，混合物89的蒸汽通过总箱27可被均匀地分散在重整催化剂层21的圆周方向上。因此，可预料到重整效率的改善。
另外，实施例2的重整设备中，圆柱形热绝缘材料9被设置以便围绕重整部分圆柱形管10。因此，从重整部分圆柱形管10的表面辐射的热量可由热绝缘材料9减少。另外，通过使用由例如陶瓷纤维制成的适当厚度(例如70mm厚度)的便宜的材料可获得热绝缘材料9。
另外，在实施例2的重整设备中，管77被螺旋地缠绕在热绝缘材料9的外圆周表面。由热绝缘材料9从热绝缘材料9的内侧辐射的热量可被在流入到流动通道4a之前流过管77的工业用水85吸收。因此，经由热绝缘材料9辐射的加热气体88的热量没有被浪费，但可被有效地收集和利用以加热工业用水85。因此，可预料到效率的进一步改善。
另外，根据实施例2的重整设备的操作方法，在开启重整设备所执行的用于升温的加热操作中，不供给混合物89，燃烧器1的加热气体88沿重整管2的内圆柱形管11的内圆周表面向上流动。之后，加热气体33在加热气体转向部分24处转向，之后向下流过位于重整管2的外侧上的加热气体流动通道25。此后，加热气体88向下流过在第一蒸发器4和第二蒸发器5之间形成的加热气体流动通道26。因此，加热气体88通过加热相继升高重整管2和重整催化剂层21的温度、高温CO变换催化剂层3的温度、第一蒸发器4和第二蒸发器5的温度，以及之后低温CO变换催化剂层7和CO移除催化剂层8的温度。因此，重整设备的每一部分的温度通过加热气体88的加热可被有效地升高。
另外，根据实施例2的重整设备的操作方法，在重整设备处于稳定操作时，测量在重整催化剂层21的出口79处的重整气体的温度。被供给至燃烧器1的燃料的量被控制，使得重整气体的温度的测量值可被保持在预定温度上。另外，测量在低温CO变换催化剂层7的进口73处的重整气体的温度。被供给至燃烧器1的空气的量被控制，使得重整气体的温度的测量值可被保持在预定温度上。因此，在重整催化剂层21的出口79处的重整气体温度和在低温CO变换催化剂层7的进口73处的重整气体的温度可被确定地保持在各自的预定温度上。
另外，根据实施例2的重整设备的操作方法，在重整设备处于稳定操作时，在重整催化剂层21的出口79处的重整气体的温度被测量。被供给至燃烧器1的燃料的量被控制，使得重整气体的测量值可被保持在预定温度上。另外，在第二蒸发器5的流动通道5a的出口5a-1处的混合物的温度被测量。被供给至燃烧器1的空气的量被控制，使得混合物温度的测量值可被保持在预定温度上。由于这种配置，在重整催化剂层21的出口79处的重整气体的温度和在第二蒸发器5的流动通道5a的出口5a-1处的混合物温度可被确定地保持在各自的预定温度上。
注意，上面描述的对重整气体温度或混合物温度的控制也可在实施例1中被采用。
另外，如上所述，实施例2的重整设备显示出极好的性能，但为了获得性能进一步的改善，优选地改善以下几点。
(1)具体地，在实施例2的重整设备中，如图5显示，第二蒸发器5设置在低温CO变换催化剂层7的外围侧上，作为用于冷却低温CO变换催化剂层7的唯一装置。因此，在重整设备的稳定操作中，低温CO变换催化剂层7的冷却(即，吸收或移除由CO变换反应产生的热量和由流入到低温CO变换催化剂层7中的重整气体87保持的热量)被执行，主要通过从低温CO变换催化剂层7的外圆周表面(圆柱形管50)把辐射热量转移至第二蒸发器5的内圆周表面(波纹状管5A)。因此，在重整气体产生量很大时，低温CO变换催化剂层7的冷却可能是不充分的。在低温CO变换催化剂层7的冷却不充分时，低温CO变换催化剂层7的温度变得很高，使得从低温CO变换催化剂层7流出的重整气体87中的CO浓度增加。因此，位于低温CO变换催化剂层7的下游侧上的CO移除催化剂层8上的负载变得很大，使得重整效率可能被降低。或者说，在流入到CO移除催化剂层8中的重整气体87中的CO浓度变得更高，用于CO选择氧化的空气90的供给需要被增加。因此，在重整气体87中的氢气的消耗也被增加，使得重整效率被降低。
(2)此时，只通过从低温CO变换催化剂层7的外圆周表面(圆柱形管50)冷却以进行低温CO变换催化剂层7的冷却。因此，很难冷却低温CO变换催化剂层7的内侧部分，并且因此所述部分的温度趋于变得很高。因此，穿过所述内侧部分的重整气体87中的CO浓度趋于变得很高。
(3)另外，在用于启动重整设备的用于升温的加热操作中，流过加热气体流动通道26的加热气体88加热第二蒸发器5。低温CO变换催化剂层7的温度由从第二蒸发器5转移的辐射热量而升高。因此，低温CO变换催化剂层7的温度升高变得很慢。在工业用水85的供给被开始且工业用水87的蒸汽流入到低温CO变换催化剂层7中时，而低温CO变换催化剂层7的温度没有被充分地升高，所述蒸汽可能在低温CO变换催化剂层7的低温部分中冷凝，使得低温CO变换催化剂层7的催化剂可能被降解。
因此，为了获得进一步改善性能的目的，本发明实施例3的重整设备中被改善的这些点将在下文中进行描述。
[实施例3]
图13显示根据本发明实施例3的重整设备的垂直剖面。图14显示如由图13的带箭头的线I-I显示的位置观看且沿图13中的带箭头的线I-I的水平剖面。图15显示如由图13的带箭头的线J-J显示的位置观看且沿图13中的带箭头的线J-J的水平剖面。注意，在图13至图15中，在实施例2(参见图5至图9)中具有其等同物的这些部件将用相同参考标号进行显示。因此，将省略对这些部件的详细描述。
<配置>
如图13至图15显示，在实施例3的重整设备中，细长的圆柱形管201(第三圆柱形管)设置在圆柱形管46内。圆柱形管201直立在支撑板45的顶部。圆柱形管201的上端延伸至圆柱形管50的邻近处，且由上端板205封闭。同时，与图5显示的情形不同，圆柱形管46不直立在支撑板45的顶部，且具有与支撑板45分离开的开口下端。另外，与图5显示的情形不同，没有循环孔54形成在圆柱形管50中。
圆柱形缝隙保留在圆柱形管46和圆柱形管201之间，所述缝隙用作重整气体流动通道202。换句话说，重整气体流动通道202形成在低温CO变换催化剂层7的内圆周侧上。另外，缝隙还保留在支撑板45和封闭圆柱形管50和圆柱形管46之间的空隙的下端的下端板52之间，所述缝隙用作重整气体转向部分203。如在图5中显示的情形，在低温CO变换催化剂层7的外圆周表面侧上，圆柱形缝隙位于第二蒸发器4(波纹状管4A)和圆柱形管50之间，所述缝隙用作重整气体流动通道53。
外重整气体流动通道53和内重整气体流动通道202通过重整气体转向部分203彼此连接。另外，多个循环孔204形成在圆柱形管46中。多个循环孔204沿圆柱形管46的圆周方向形成在位于上方的O2吸附催化剂层6和位于下方的低温CO变换催化剂层7之间的位置上。循环孔204连通地连接形成在圆柱形管46内的重整气体流通通道202至低温CO变换催化剂层7的进口73(例如保留在圆柱形管50和圆柱形管46之间且位于低温CO变换催化剂层7的上端侧的空间)。
实施例3的重整设备的其它配置类似于实施例1的重整设备。注意，实施例3的重整设备也可设置有如图10显示的热交换器78，以加热气体88和工业用水85之间进行热交换。另外，实施例2的重整设备也设置有在图11中显示的温度控制系统。通过温度控制系统，如在实施例2的重整设备的情形中一样，在重整催化剂层21的出口79处的重整气体温度和在低温CO变换催化剂层7的进口73处的重整气体温度或在第二蒸发器5的流动通道5a的出口5a-1处的混合物的温度被控制，以便被保持在它们各自的预定温度上(例如，分别是750℃和200℃或400℃)。另外，实施例3的重整设备也可采用图12中显示的配置。
在稳定操作中的实施例3的重整设备中的加热气体88的流动类似于实施例2。因此，在此省略对所述流动的详细描述。另外，在重整设备处于稳定操作时，实施例3的重整设备具有类似于实施例2中的它们的等同部分的工业用水85、原料86、混合物89和重整气体87的流动，一直到从高温CO变换催化剂层3流出的例如550℃的重整气体87流入到在第二蒸发器5和圆柱形管50之间形成的重整气体流动通道53中的点。因此，在此处将省略对流动的详细描述。为此，下述的描述将主要集中于重整气体87的随后的流动。
流入到重整气体流动通道53中的重整气体87沿O2吸附催化剂层6(圆柱形管50)的外表面向下流动且流过重整气体流动通道53。在重整气体87到达低温CO变换催化剂层7的上端位置时，通过与流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89的热交换来冷却重整气体87，且重整气体87的温度被降低，例如从550℃降低至250℃。换句话说，流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89吸收由重整气体87保持的热量，所述热量是把重整气体87降低至预定温度(例如从550℃降低至250℃)所需要的。这类似于实施例2中的情形。
在实施例3中，之后重整气体87沿低温CO变换催化剂层7(圆柱形管50)的外表面向下流动且流过重整气体流动通道53。重整气体87在位于低温CO变换催化剂层7的下端侧上的重整气体转向部分203处转向，且流入到低温CO变换催化剂层7内部的重整气体流动通道202中。流入到重整气体流动通道202中的重整气体87沿低温CO变换催化剂层7(圆柱形管46)的内表面向上流动，且流过重整气体流动通道202。此后，重整气体87通过形成在圆柱形管46中的循环孔204流入到圆柱形管50和圆柱形管46之间的空隙。
在此期间，从低温CO变换催化剂层7到第二蒸发器5(混合物89)的热量转移不但通过辐射热量转移而且通过由重整气体87的流动引起的对流热量被进行，因为重整气体87流过在低温CO变换催化剂层7和第二蒸发器5之间形成的重整气体流动通道53。因此，第二蒸发器5(混合物89)显示出高于实施例2的情形的冷却低温CO变换催化剂层7的性能。
另外，在沿低温CO变换催化剂层7(圆柱形管50)的外表面流动且流过重整气体流动通道53时，重整气体87也通过与流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89的热交换而冷却。因此，重整气体87的温度被降低(例如从250℃降低至130℃)。换句话说，在低温CO变换催化剂层7被设置的位置上，流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89吸收由重整气体87保持的热量，所述热量是把重整气体87的温度降低至预定温度(例如，从250℃降低至130℃)所需要的。另一方面，在重整气体87沿低温CO变换催化剂层7(圆柱形管46)的内表面向上流动且流过重整气体流动通道202时，重整气体87的温度被升高，例如通过与低温CO变换催化剂层7的热交换从130℃升高至200℃。或者说，此时，重整气体87冷却低温CO变换催化剂层7的内侧部分，并且因此内侧部分的温度被降低。
如实施例2的情形，流入到圆柱形管50和圆柱形管46之间的空隙的重整气体流入到低温CO变换催化剂层7。此时，如图11显示的温度控制器80控制被供给至燃烧器1的用于燃烧器的空气84的量，使得由第二重整气体温度计76在低温CO变换催化剂层7的进口73处测量的重整气体87的温度值可被保持在预定温度上(例如200℃)。可替换地，温度控制器80控制被供给至燃烧器1的用于燃烧器的空气84的量(稀释空气量)，使得在第二蒸发器5的流动通道出口5a-1处的混合物温度可被保持在预定温度上(例如400℃)。
流入到低温CO变换催化剂层7中的重整气体87向下从其中流过。在此期间，重整气体87的CO变换反应发生在低温CO变换催化剂层7中，使得重整气体87中的CO浓度被进一步地降低。在重整气体87从低温CO变换催化剂层7流出时，重整气体87的温度被降低，例如被第二蒸发器5(混合物89)冷却至140℃。具体地，通过上面描述的辐射热量传递和对流热量转移，第二蒸发器5(混合物89)吸收(移除)由流入到低温CO变换催化剂层7中的重整气体87保持的热量(把重整气体87的温度降低至预定温度(例如从200℃降低至140℃)需要的热量)和由在低温CO变换催化剂层7中发生的重整气体87的CO变换反应产生的热量。
在低温CO变换催化剂层7被设置的位置处，第二蒸发器5的温度大约是工业用水85的蒸发温度(例如120℃)，使得低温CO变换催化剂层7不能被进一步地冷却超过这一温度。因此，不会发生低温CO变换催化剂层7被如此冷却使得低温CO变换催化剂层7的温度偏离低温CO变换催化剂的操作温度范围(例如，在150℃和250℃之间的范围)的情形。在从低温CO变换催化剂层7流出之后，重整气体87以类似于实施例2的情形的方式流动。因此，在此将省略对所述流动的描述。
另外，如上所述，重整设备是重整气体87流过位于低温CO变换催化剂层7外部的重整气体通道53和流过位于低温CO变换催化剂层7的内部的重整气体流动通道202的设计。因此，即使在用于启动重整设备的用于升温的加热操作之后，工业用水85开始被供给以便开始产生重整气体87，并且工业用水85的蒸汽因此流入的情况中，所述蒸汽在低温CO变换催化剂层7中不被冷凝，因为所述蒸汽首先在重整气体流动通道53和202中被冷凝(也就是，在圆柱形管50的外表面和在圆柱形管46的内表面上)。另外，在蒸汽在圆柱形管50的外表面和圆柱形管46的内表面上冷凝时，冷凝的潜热被转移至低温CO变换催化剂层7。因此，低温CO变换催化剂层7的温度升高。因此，在所述蒸汽流入到低温CO变换催化剂层7中时，所述蒸汽不会在低温CO变换催化剂层7中冷凝。因此，不会由蒸汽的冷凝引起低温CO变换催化剂层7中的低温CO变换催化剂的降解。
注意，在用于升温的加热操作中，关于加热气体88的流动，以及通过加热升高催化剂层3、7、8和21和与之相类似的部分的温度的顺序，实施例3类似于实施例1。因此，在此处将省略对这些点的详细描述。
对于在重整设备被停止时进行蒸汽清除，实施例3类似于实施例2。因此，在此将省略对这一点的详细描述。注意，在实施例2(图5)中，从O2吸附催化剂层6流出的O2稀少气体107的一部分通过形成在圆柱形管50中的循环孔54流到圆柱形管50的外面(流入到重整气体流动通道53中)。相反，在实施例3(图13)中，从O2吸附催化剂层6流出的O2稀少气体107的一部分通过形成在圆柱形管46中的循环孔204流到圆柱形管46的内部(流入到重整气体流动通道202中)，在重整气体转向部分203处转向，之后流入到重整气体流动通道53中。关于在流入到重整气体流动通道53之后O2稀少气体107的后续流动，实施例3类似于实施例2。
另外，对于采用了图12中显示的配置的情形中的第一蒸发器4和第二蒸发器5的清洗程序，实施例3类似于实施例2。因此，在此将省略对这些点的详细描述。
<有益效果>
与由实施例2的重整设备和其操作方法所获得的所述有益效果相类似的有益效果可通过实施例3的重整设备获得。另外，根据实施例3的重整设备，还可获得以下有益效果。
实施例3的重整设备具有以下配置。圆柱形低温CO变换催化剂层7设置在设置第二蒸发器5内部的圆柱形管50和设置圆柱形管50内部的圆柱形管46之间。位于圆柱形管50和第二蒸发器5之间的圆柱形缝隙用作第一重整气体流动通道53。保留在圆柱形管46和设置在圆柱形管46内部的圆柱形管201之间的圆柱形缝隙用作第二重整气体流动通道202。在从重整催化剂层21流出的重整气体87通过第一重整气体流动通道53从低温CO变换催化剂层7的第一端侧(上端侧)流至低温CO变换催化剂层7的第二端侧(下端侧)的同时，重整气体87的温度通过与流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物的热交换而被降低。之后，重整气体87在位于低温CO变换催化剂层7的第二端侧上的重整气体转向部分203处转向。在通过第二重整气体流动通道202从低温CO变换催化剂层7的第二端侧流至低温CO变换催化剂层7的第一端侧时，重整气体87的温度通过与低温CO变换催化剂层7的热交换升高。此后，通过形成在圆柱形管46中的循环孔204，重整气体87流入到在圆柱形管50和圆柱形管46之间的空隙，之后流过低温CO变换催化剂层7。此时，流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89吸收由在低温CO变换催化剂层7中发生的重整气体87的CO变换反应产生的热量，使得重整气体87被冷却。因此，可获得与实施例2中的重整催化剂层所获得的有益效果相类似的有益效果。另外，从低温CO变换催化剂层7至第二蒸发器5(混合物87)的热量转移不但通过辐射热量转移可被获得而且还可通过由流过在低温CO变换催化剂层7和第二蒸发器5之间形成的第一重整气体流动通道53的重整气体87的流动引起的对流热量转移被获得。因此，第二蒸发器5(混合物89)显示出比仅通过辐射热量转移进行的热量转移的情形更高的冷却低温CO变换催化剂层7的性能。
另外，重整气体87流过形成在低温CO变换催化剂层7的外侧上的第一重整气体流动通道53和流过形成在其内侧上的第二重整气体流动通道202。因此，即使在用于升温的加热操作之后工业用水85的供给被开始且之后工业用水85的蒸汽流入时，在低温CO变换催化剂层7中没有发生蒸汽的冷凝，因为蒸汽首先在第一重整气体流动通道53和第二重整气体流动通道202中冷凝(也就是，在圆柱形管50的外表面和在圆柱形管46的内表面上)。另外，在蒸汽在圆柱形管50的外表面和圆柱形管46的内表面上冷凝时，冷能的潜热被转移至低温CO变换催化剂层7，使得低温CO变换催化剂层7的温度升高。因此，在蒸汽流入到低温CO变换催化剂层7中时，蒸汽不会在低温CO变换催化剂层7中冷凝。因此，可避免由蒸汽的冷凝引起的低温CO变换催化剂的降解。
另外，流过第二重整气体流动通道202的重整气体87冷却低温CO变换催化剂层7的内侧部分。因此，可避免所述内侧部分的温度升高，并且因此穿过所述内侧部分的重整气体87中的CO浓度被降低。
另外，在用于升温的加热操作中，在由加热气体88的加热引起每一部分的温度升高之后，接着供给工业用水85，但不供给原料86。由此被供给的工业用水85流过第一蒸发器4的流动通道4a，之后流过第二蒸发器5的流动通道。从而，工业用水85被流过在第一蒸发器4和第二蒸发器5之间形成的加热气体流动通道26的加热气体88加热，使得产生蒸汽。在蒸汽流过重整催化剂层21之后，且在蒸汽流过第一重整气体流动通道53和之后流过第二重整气体流动通道202的同时，蒸汽在第一圆柱形管50的外表面上和在第二圆柱形管46的内表面上冷凝。由此产生的冷凝加热低温CO变换催化剂层7并升高其温度。从而，低温CO变换催化剂层7的温度升高通过蒸汽冷凝的潜热被可被更确定地获得。
另外，如上所述，实施例2和3的重整设备显示出极好的性能，但为了获得性能进一步地改善，优选地改善以下几点。
(1)具体地，在实施例2和3(图5和图13)中的每一个中，高温CO变换催化剂层3被设计以与重整管2(中间圆柱形管13)直接接触，使得，在重整设备的制造过程中，高温CO变换催化剂层3不能与低温CO变换催化剂层7和与之相类似的部分同时被制造。相反地，重整设备需要通过以下方式被制造：首先，把高温CO变换催化剂层3设置在重整管2的内部，之后在单独的过程中连接其中使用圆柱形管46和50形成O2吸附催化剂层6和低温CO变换催化剂层7的单元至高温CO变换催化剂层3的下侧。具有更多制造步骤的这样的程序导致设备成本的增加。
(2)另外，假定重整催化剂层21的温度由流过位于重整催化剂层21的外侧上的加热气体流动通道25的加热气体88的加热而升高。在这种情形中，由于高温CO变换催化剂层3的热容量的影响，设置有高温CO变换催化剂层3的重整催化剂层21的部分的温度比位于上述部分的上侧上的重整催化剂层21的部分的温度更难被升高。
因此，为了获得对性能进一步改善的目的，在本发明实施例4的重整设备中被改善的这些点将在下文中被描述。
[实施例4]
图16显示根据本发明的实施例4的重整设备的垂直剖面。图17显示如由图16的带箭头的线K-K显示的位置观看且沿图16中的带箭头的线K-K的水平剖面。图18显示如由图16的带箭头的线L-L显示的位置观看且沿图16中的带箭头的线L-L的水平剖面。图19显示如由图16的带箭头的线M-M显示的位置观看且沿图16中的带箭头的线M-M的水平剖面。注意，在图16至图19中，在实施例2(参见图5至图9)或在实施例3(参见图13至图15)具有等同物的部件将使用其在实施例2或3中所使用的参考标记进行显示。因此，将省略对这些部件的详细描述。
<配置>
如图16至图19显示，在实施例4的重整设备中，细长的圆柱形管301(第三圆柱形管)设置在圆柱形管46的内部。圆柱形管301直立在支撑板45的顶部。圆柱形管301的上端延伸至重整管2的内圆柱形管11的下端的邻近处(即圆形壳板14的邻近处)。另外，在实施例4中，圆柱形管46和50的上端也延伸至重整管2的内圆柱形管11的下端的邻近处(即圆形壳板14的邻近处)。由上端板302封闭圆柱形管50和圆柱形管301的上端。
另一方面，与图5中显示的情形不同，圆柱形管46不直立在支撑板45的顶部，且具有与支撑板45分离开的开口下端。另外，与图5中显示的情形不同，没有循环孔54形成在圆柱形管50中。另外，与图13显示的情形不同，没有循环孔204形成在圆柱形管46中。
另外，如在图5中显示的情形，在实施例4中，圆柱形高温CO变换催化剂层3设置在重整催化剂层21的内侧且在重整管2的内圆柱形管11的下端的下方(即在圆形壳板14的下方)。在实施例4中，然而，高温CO变换层3设置在圆柱形管50和圆柱形管46之间，这不同于图5中显示的情形。在图16显示的例子中，由圆柱形管50、圆柱形管46和分别固定至圆柱形管50和46之间的空隙的上侧和下侧的多孔板(穿孔板)48和49形成一空间。在图16显示的例子中的高温CO变换催化剂层3通过把高温CO变换催化剂填充到由此形成的空间中形成。
圆柱形缝隙位于圆柱型管46和圆柱形管301之间，所述缝隙用作重整气体流动通道303。换句话说，重整气体流动通道303形成在低温CO变换催化剂层7的内圆周侧上和在高温CO变换催化剂层3的内圆周侧上。另外，缝隙也位于支撑板45和封闭在圆柱形管50和圆柱形管46之间的空隙的下端的下端板52之间，所述缝隙用作重整气体转向部分304。
如在图5中显示的情形，在低温CO变换催化剂层7的外圆周表面侧上，圆柱形缝隙保留在第二蒸发器4(波纹状管4A)和圆柱形管50之间，所述缝隙用作重整气体流动通道53。在实施例4中，然而，重整气体流动通道53在重整管2的中间圆柱形管13和圆柱形管50之间延伸。换句话说，圆柱形缝隙也位于重整管2的中间圆柱形管13和圆柱形管50之间，所述缝隙也形成重整气体流动通道53的一部分。
外侧第一重整气体流动通道53和内侧第二重整气体流动通道303通过重整气体转向部分304彼此连接。另外，缝隙还保留在圆柱形管46和上端板302之间，所述缝隙用作重整气体转向部分305。通过所述重整气体转向部分305，重整气体流动通道303被连接至在圆柱形管46和圆柱形管50之间的空隙的上端部(即连接至高温CO变换催化剂层3的上端侧)。
另外，如实施例2和3的情形，实施例4的重整设备包括泵60和冷凝器62。然而，在实施例4中，两层即第一O2吸附催化剂层6A和第二O2吸附催化剂层6B被提供用作O2吸附催化剂层。第一O2吸附催化剂层6A和第二O2吸附催化剂层6B被圆柱形地设置在第一圆柱形管50和第二圆柱形管46之间，且同时设置在低温CO变换催化剂层7和高温CO变换催化剂层3之间。第一O2吸附催化剂层6A通过把O2吸附催化剂填充到在多孔板57和58之间的空隙中而形成，且被设置在更靠近低温CO变换催化剂层7的一侧上。第二O2吸附催化剂层6B通过把O2吸附催化剂填充到在多孔板49和306之间的空隙中而形成，且被设置在更靠近高温CO变换催化剂层3的一侧上。加热气体导入管59穿透低温CO变换催化剂层7和第一O2吸附催化剂层6A。因此，在停止重整设备时，通过加热气体导入管59把加热气体88引入到在第一O2吸附催化剂层6A和第二O2吸附催化剂层6B之间的空隙中。
被引入到第一O2吸附催化剂层6A和第二O2吸附催化剂层6B之间的空隙中的加热气体88的一部分转向，之后流过第一O2吸附催化剂层6A。此时，在重整气体88中的O2被移除，以便产生O2稀少气体107。所述O2稀少气体107流过低温CO变换催化剂层7，之后流过CO移除催化剂层8，使得保留在低温CO变换催化剂层7中和CO移除催化剂层8中的蒸汽被排放。被引入到第一O2吸附催化剂层6A和第二O2吸附催化剂层6B之间的空隙中的加热气体88的其余部分流过第二O2吸附催化剂层6B。此时，在加热气体88中的O2被移除，以便产生O2稀少气体107。所述O2稀少气体107流过高温CO变换催化剂层3，之后通过位于第二重整气体流动通道303的端部上的重整气体转向部分305流出。此后，O2稀少气体107流过重整催化剂层21。因此，保留在高温CO变换催化剂层3和重整催化剂层21中的蒸汽被排放。
实施例4的重整设备的其它配置类似于实施例1的重整设备。注意，实施例4的重整设备可设置有如图10显示的热交换器78，以在加热气体88和工业用水85之间进行热交换。另外，实施例3的重整设备也设置有在图11中显示的温度控制系统。通过温度控制系统，如在实施例2的重整设备的情形中，在重整催化剂层21的出口79处的重整气体温度和在低温CO变换催化剂层7的进口73处的重整气体温度或在第二蒸发器5的流动通道5a的出口5a-1处的混合物的温度被控制，以便被保持在它们各自的预定温度上(例如，分别是750℃和200℃或400℃)。另外，实施例3的重整设备也可采用图12中显示的配置。
在稳定操作期间的实施例4的重整设备中的加热气体88的流动类似于实施例2。因此，在此省略对该流动的详细描述。另外，在重整设备处于稳定操作中时，实施例4的重整设备的工业用水85、原料86、混合物89和重整气体87的流动类似于实施例2中的它们的等同物，一直到以下点：从重整催化剂层21流出的例如750℃的重整气体87流入且向下流过位于重整催化剂层21内部的重整气体流动通道18，并且重整气体87的温度通过与重整催化剂层21(即与混合物89)的热交换而降低至例如50℃。因此，在此将省略对所述流动的详细描述。为此，下面描述将主要集中于重整气体87的后续流动。
流过重整气体流动通道18的重整气体87流入到第一重整气体流动通道53中。流入到第一重整气体流动通道53的重整气体87沿高温CO变换催化剂层3(圆柱形管50)的外表面向下流动且流过第一重整气体流动通道53。之后，如实施例2的情形，重整气体87沿O2吸附催化剂层6(圆柱形管50)的外表面向下流动且流过重整气体流动通道53。在重整气体87到达低温CO变换催化剂层7的上端位置时，通过与流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89的热交换冷却所述重整气体87，并且因此重整气体87的温度被降低，例如从550℃降低至250℃。换句话说，流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89吸收由重整气体87保持的热量，所述热量是把重整气体87的温度降低至预定温度(例如从550℃降低至250℃)所需要的。
在实施例4中，之后，重整气体87沿低温CO变换催化剂层7(圆柱形管50)的外表面向下流过重整气体流动通道53。重整气体87在位于低温CO变换催化剂层7的下端侧的重整气体转向部分304处转向，且流过到位于低温CO变换催化剂层7的内侧上的第二重整气体流动通道303中。流入到第二重整气体流动通道303的重整气体87沿低温CO变换催化剂层7(圆柱形管46)的内表面向上流过第二重整气体流动通道303。之后，重整气体87沿O2吸附催化剂层6(圆柱形管46)的内表面和高温CO变换催化剂层3(圆柱形管46)的内表面向上流过第二重整气体通道303。此后，重整气体87在位于高温CO变换催化剂层3的上端侧的重整气体转向部分305处转向，且之后流入到高温CO变换催化剂层3中(即流入到圆柱形管50和圆柱形管46之间的空隙)。
此时，第二蒸发器5(混合物89)由于以下原因显示出的冷却低温CO变换催化剂层7的性能比实施例2的情形高。所述冷却性能不但由辐射热量转移确定而且由重整气体87的流动引起的对流热量转移确定，因为重整气体87如实施例3的情形流过在低温CO变换催化剂层7和第二蒸发器5之间形成的重整气体流动通道53。
另外，在沿着低温CO变换催化剂层7(圆柱形管50)的外表面流过第一重整气体流动通道53时，重整气体87也通过与流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89的热交换而被冷却。因此，重整气体87的温度被降低，例如从250℃降低至130℃。换句话说，在设置有低温CO变换催化剂层7的位置处，流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89吸收由重整气体87保持的热量，所述热量是把重整气体87的温度降低至预定温度(例如从250℃降低至130℃)所需要的。另一方面，在重整气体87沿高温CO变换催化剂层3、O2吸附催化剂层6、和低温CO变换催化剂层7(圆柱形管46)的内表面向上流过第二重整气体流动通道303时，通过与高温CO变换催化剂层3和低温CO变换催化剂层7的热交换，重整气体87的温度升高，例如从130℃升高至400℃。换句话说，此时，重整气体87冷却高温CO变换催化剂层3和低温CO变换催化剂层7的内侧部分，并且因此这些内侧部分的温度被降低。
流入到高温CO变换催化剂层3的重整气体87向下从其中流过。在此期间，重整气体87中的CO浓度被CO变换反应降低。由重整气体87的CO变换反应产生的热量被转移至流过第二重整气体流动通道303的重整气体87，且通过中间圆柱形管13流动至重整催化剂层21，该重整催化剂层21靠近高温CO变换催化剂层3的外侧，重整气体流动通道53设置在其间。因此，从高温CO变换催化剂层3流出的重整气体87的温度例如是大约400℃。从高温CO变换催化剂层3流出的重整气体87穿过O2吸附催化剂层6且之后流入到低温CO变换催化剂层7中。在此期间，重整气体87的温度通过与流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89的热交换而被冷却，降低至例如大约200℃。换句话说，流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89吸收由重整气体87保持的热量，所述热量是把重整气体87的温度降低至预定温度(例如，大约从400℃降低至200℃)所需要的。
在此处，图11显示的温度控制器80控制被供给至燃烧器1的用于燃烧器的空气84的量，使得在低温CO变换催化剂层7的进口73处的重整气体87的温度(即由第二重整气体温度计76测量的重整气体87的温度值)可被保持在预定温度处(例如200℃)。可替换地，温度控制器80控制被供给至燃烧器1的用于燃烧器的空气84的量(稀释空气量)，使得在第二蒸发器5的流动通道出口5a-1处的混合物的温度被保持在预定温度(例如，400℃)。
流入到低温CO变换催化剂层7中的重整气体87向下从其中流过。在此期间，重整气体87的CO变换反应发生在低温CO变换催化剂层7中，使得重整气体87中的CO浓度被进一步地降低。从低温CO变换催化剂层7中流出的重整气体87的温度被第二蒸发器5(混合物89)冷却而降低至例如140℃。或者说，通过上述的辐射热量传递和对流热量转移，第二蒸发器5(混合物89)吸收(移除)由已经流入到低温CO变换催化剂层7的重整气体87保持的热量(把重整气体87的温度降低至预定温度(例如从200℃降低至140℃)需要的热量)和由发生在低温CO变换催化剂层7中的重整气体87的CO变换反应产生的热量。
在设置有低温CO变换催化剂层7的位置处，第二蒸发器5的温度大约是工业用水85的蒸发温度(例如120℃)，使得低温CO变换催化催化剂层7不能被冷却得比这一温度更低。因此，低温CO变换催化剂层7被降低使得低温CO变换催化剂层7的温度偏离低温CO变换催化剂的操作温度(例如，在150℃和250℃之间的温度)的情形不会发生。在从低温CO变换催化剂层7流出之后，重整气体87以与实施例2的情形类似的方式流动。因此，在此将省略对这种流动的描述。
另外，如同实施例3的情形，重整气体87在实施例4中的低温变换层7的内侧(即通过重整气体流动通道303)上和低温CO变换层7的外侧(即通过重整气体流动通道53)上流动。因此，即使在用于启动重整设备的用于升温的加热操作之后工业用水85的供给被开始以便开始产生重整气体87且工业用水85的蒸汽因此流入的情形中，所述蒸汽不会在低温CO变换催化剂层7中冷凝，因为所述蒸汽首先在重整气体流动通道53和303中(也就是，在圆柱形管50的外表面和圆柱形管46的内表面上)冷凝。另外，在蒸汽在圆柱形管50的外表面和圆柱形管46的内表面上冷凝时，冷凝的潜热被转移至低温CO变换催化剂层7。因此，低温CO变换催化剂层7的温度升高。因此，在蒸汽流入到低温CO变换催化剂层7中时，所述蒸汽不会在低温CO变换催化剂层7中冷凝。因此，不会因为所述蒸汽的冷凝引起低温CO变换催化剂层7中的低温CO变换催化剂的降解。
另外，在实施例4中，如上所述，在开始供给工业用水85时，在所述蒸汽在圆柱形管50的外表面和圆柱形管49的内表面上冷凝时产生的冷凝的潜热也被转移至高温CO变换催化剂层3。因此，高温CO变换催化剂层3的温度也升高。因此，在所述蒸汽流入到高温CO变换催化剂层3中时，所述蒸汽不会在高温CO变换催化剂层3中冷凝。因此，不会因为所述蒸汽的冷凝引起高温CO变换催化剂层降解。
在实施例4中，在用于升温的加热操作中，重整催化剂层21的温度被流过位于重整催化剂层21的外侧上的加热气体流动通道25的加热气体88加热而升高。此时，因为重整气体流动通道53存在于重整催化剂层21(中间圆柱形管13)和高温CO变换催化剂层3(圆柱形管50)之间，由加热气体88使得在高温CO变换催化剂层3被设置的位置处的重整催化剂层21的部分的温度平滑地升高，而不会受到高温CO变换催化剂层3的热容量太多的影响。注意，在这种情形中，在用于升温的加热操作中，相比于实施例2的情形，高温CO变换催化剂层3的温度很难被升高。不过，即使高温CO变换催化剂层3的所述温度升高是不充足的，如上所述，可由冷凝的潜热使高温CO变换催化剂层3的温度升高。因此，所述蒸汽的冷凝不会发生在高温CO变换催化剂层3中。
另外，在重整设备的制造步骤中，预先通过使用圆柱形管46和50同时制造的O2吸附催化剂层6、低温CO变换催化剂层7和高温CO变换催化剂层3被装配成所述设备。
注意，在用于升温的加热操作中，对于加热气体88的流动，以及通过加热升高催化剂层3、7、8和21以及与之相类似的部分的温度的次序，实施例4也类似于实施例1。因此，在此将省略对这些点的详细描述。
在停止重整设备时蒸汽清除被以以下方式进行。具体地，在加热气体88以与稳定操作的情形或用于升温的加热操作的情形类似的方式流动之后，加热气体88通过加热气体流动通道26被排放至排气管39。由此被排放的加热气体88通过驱动泵60从排气管39被引导至管道63中。注意，在图16中，在蒸汽清除时O2稀少气体107和加热气体88的流动由带箭头的点线显示。之后，加热气体88中的湿气在冷凝器62中被冷凝，之后被移除。另外，在冷凝器62中，湿气的冷凝可通过例如用风扇传送空气或通过使用工业用水85或用于燃烧器的空气84被获得。已经被移除湿气的加热气体88流入到加热气体导入管59中，且向上流过加热气体导入管59。因此，加热气体88被引入到位于第一O2吸附催化剂层6A和第二O2吸附催化剂层6B之间的部分中。此后，O2稀少气体107的产生以及通过使用O2稀少气体107清除剩余的蒸汽被以上述的方式完成。
对于在采用了图12中显示的配置的情形中的第一蒸发器4和第二蒸发器5的清洗程序，实施例4类似于实施例2。因此，在此将省略对这些点的详细描述。
<有益效果>
与由实施例2的重整设备和其操作方法所获得的所述有益效果相类似的有益效果可通过实施例4的重整设备获得。另外，根据实施例4的重整设备，还可获得以下有益效果。
实施例4的重整设备具有以下配置。圆柱形低温CO变换催化剂层7设置在被设置在第二蒸发器5内部的圆柱形管50和被设置在圆柱形管50内部的圆柱形管46之间。高温CO变换催化剂层3设置在圆形壳板14的下面且在中间圆柱形管13的内侧，圆柱形高温CO变换催化剂层3设置在圆柱形管46和延伸至中间圆柱形管13的内侧的圆柱形管50之间。位于圆柱形管50和第二蒸发器5之间的圆柱形缝隙用作第一重整气体流动通道53。保留在圆柱形管46和设置在圆柱形管46内部的圆柱形管301之间的圆柱形缝隙用作第二重整气体流动通道303。在从重整催化剂层21流出的重整气体87通过第一重整气体流动通道53从高温CO变换催化剂层3的第一端侧(上端侧)流至高温CO变换催化剂层3的第二端侧(下端侧)的同时，重整气体87的温度通过与流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89的热交换而被降低。之后，重整气体87在位于低温CO变换催化剂层7的第二端侧(下端侧)上的重整气体转向部分304处转向。在通过第二重整气体流动通道303从低温CO变换催化剂层7的第二端侧流至低温CO变换催化剂层7的第一端侧，并从高温CO变换催化剂层3的第二端侧流至第一端侧时，重整气体87的温度通过与低温CO变换催化剂层7和高温CO变换催化剂层3的热交换而被升高。此后，重整气体87在位于第二重整气体流动通道303的上端侧上的重整气体转向部分305处转向，且流入到在圆柱形管50和圆柱形管46之间的空隙中。重整气体87流过高温CO变换催化剂层3且之后流过低温CO变换催化剂层7。此时流过第二蒸发器5的流动通道5a的混合物89吸收由在低温CO变换催化剂层7中的重整气体87的CO变换反应产生的热量，使得重整气体87被冷却。由于这种配置，可获得与实施例2中的重整催化剂层所获得的有益效果相类似的有益效果。另外，从低温CO变换催化剂层7至第二蒸发器5(混合物89)的热量转移不但通过辐射热量转移可被获得，而且还可通过由流过在低温CO变换催化剂层7和第二蒸发器5之间形成的第一重整气体流动通道53的重整气体87的流动引起的对流热量转移被获得。因此，第二蒸发器5(混合物)显示出比仅通过辐射热量转移进行的热量转移的情形更高的冷却低温CO变换催化剂层7的性能。
另外，重整设备具有这样的配置，其中，重整气体87流过在低温CO变换催化剂层7的外侧上形成的第一重整气体流动通道53且流过在其内侧上形成的第二重整气体流动通道303。因此，即使在用于升温的加热操作之后开始工业用水85的供给且工业用水85的蒸汽流入时，蒸汽的冷凝不会发生在低温CO变换催化剂层7中，因为所述蒸汽首先在第一重整气体流动通道53和第二重整气体流动通道303中(也就是，在圆柱形管50的外表面和圆柱形管46的内表面上)冷凝。另外，在所述蒸汽在圆柱形管50的外表面和圆柱形管46的内表面上冷凝时，冷凝的潜热被转移至低温CO变换催化剂层7，使得低温CO变换催化剂层7的温度升高。因此，在蒸汽流入到低温CO变换催化剂层7中时，所述蒸汽不会在低温CO变换催化剂层7中冷凝。因此，可避免由所述蒸汽的冷凝引起的低温CO变换催化剂的降解。
另外，如上所述，在开始供给工业用水时，在所述蒸汽在圆柱形管50的外表面上和在圆柱形管46的内表面上冷凝时产生的冷凝潜热也被转移至高温CO变换催化剂层3。因此，高温CO变换催化剂层3的温度也升高。为此，在所述蒸汽流入到高温CO变换催化剂层3中时，所述蒸汽不会在高温CO变换催化剂层3中冷凝。因此，由所述蒸汽的冷凝不会引起高温CO变换催化剂的降解。
另外，流过第二重整气体流动通道303的重整气体87冷却高温CO变换催化剂层3和低温CO变换催化剂层7的内侧部分。因此，这些内侧部分的温度升高可被避免，并且因此穿过这些内侧部分的重整气体87中的CO浓度可被降低。
除了低温CO变换催化剂层7，高温CO变换催化剂层3被设置成另一CO变换催化剂层。高温CO变换催化剂具有很高操作温度且是耐热的。另外，由于很高的操作温度，高温CO变换催化剂具有很高的反应速度。因此，移除CO所需要的高温CO变换催化剂的量小于低温CO变换催化剂。因此，已经穿过高温CO变换催化剂层3的重整气体中的CO浓度小于例如650℃水平的传统重整气体中的CO浓度。为此，即使在重整气体流入到低温CO变换催化剂层7中时，低温CO变换催化剂的温度通过CO变换反应产生的热量被较少程度地升高。因此，低温CO变换催化剂可具有更长的使用寿命。另外，在低温CO变换催化剂的温度不升高时，在低温CO变换催化剂层7的出口处的温度也被降低。因此，由于与平衡反应相关的原因，从低温CO变换催化剂层7流出的重整气体中的CO浓度也被降低。因此，在从低温CO变换催化剂层7流出的重整气体进一步流过CO移除催化剂层8时，可降低在CO移除催化剂上的负载。
另外，在重整设备的制造过程中，不需要预先在重整设备中形成高温CO变换催化剂层3。相反地，作为一个分离的过程，可通过使用圆柱形管50和圆柱形管46同时制造高温CO变换催化剂层3和低温CO变换催化剂层7。之后，高温CO变换催化剂层3和低温CO变换催化剂层7被装配成所述重整设备。为此，可改善在所述制造过程中的这些构件的处理，导致制造成本的降低。
另外，在重整设备处于用于升温的加热操作中时，重整管2(重整催化剂层21)的温度由加热气体的加热而升高。此时，因为第一重整气体流动通道53存在于重整催化剂层21(中间圆柱形管13)和高温CO变换催化剂层3(圆柱形管50)之间，在高温CO变换催化剂层3被设置的重整催化剂层21的部分也较少地受高温CO变换催化剂层3的热容量的影响。因此，可由加热气体88使上述部分的温度平滑地升高。注意，即使在此时高温CO变换催化剂层3的温度升高不充分时，如上所述，通过蒸汽的冷凝的潜热可使高温CO变换催化剂层3的温度升高。因此，在高温CO变换催化剂层3中不发生蒸汽的冷凝。
另外，在用于升温的加热操作中，由加热气体88的加热而引起的每一部分的温度升高之后，紧跟着供给工业用水85，而不供给原料86。因此被供给的工业用水85流过第一蒸发器4的流动通道4a，之后流过第二蒸发器5的流动通道5a。从而，工业用水85被流过在第一蒸发器4之间形成的加热气体流动通道26且之后流过第二蒸发器5的加热气体88加热，使得蒸汽被产生。在所述蒸汽流过重整催化剂层21之后且在所述蒸汽流过第一重整气体流动通道53且之后流过第二重整气体流动通道303时，所述蒸汽在圆柱形管50的外表面上和在圆柱形管46的内表面上被冷凝。因此发生的冷凝加热高温CO变换催化剂层3和低温CO变换催化剂层7，且升高其温度。从而，通过蒸汽的冷凝的潜热可更确定地获得低温CO变换催化剂层7和高温CO变换催化剂层3的温度升高。
另外，实施例4的重整设备具有以下特征。重整设备包括：第一O2吸附催化剂6A和第二O2吸附催化剂层6B，上述两者被同心地设置在圆柱形管50和圆柱形管46之间，且上述两者被设置在低温CO变换催化剂层7和高温CO变换催化剂层3之间，且第一O2吸附催化剂层6A设置在更靠近低温CO变换催化剂层7的一侧上和第二O2吸附催化剂层6B设置在更靠近高温CO变换催化剂层3的一侧上；加热气体导入管59穿透低温CO变换催化剂层7和第一O2吸附催化剂层6A；从加热气体88移除湿气的冷凝器62；以及吸取加热气体88的泵60。在重整设备被停止时，由泵60吸取加热气体88，且由冷凝器62移除湿气。之后，加热气体88通过加热气体导入管59被引入到位于第一O2吸附催化剂层6A和第二O2吸附催化剂层6B之间的部分上。此后，被引入到位于第一O2吸附催化剂层6A和第二O2吸附催化剂层6B之间的部分中的加热气体88的一部分转向，之后流过第一O2吸附催化剂层6A，使得从加热气体88中移除O2，从而产生O2稀少气体107。O2稀少气体107流过低温CO变换催化剂层7且之后流过CO移除催化剂层8，从而排放保留在低温CO变换催化剂层7中和保留在CO移除催化剂层8中的蒸汽。被引入到位于第一O2吸附催化剂层6A和第二O2吸附催化剂层6B之间的部分中的加热气体88的剩余部分流过第二O2吸附催化剂层6B，使得从加热气体88中除去O2，从而产生O2稀少气体107。因此被产生的O2稀少气体107流过高温CO变换催化剂层3且通过位于第二重整气体流动通道303的端部上的重整气体转向部分305流出。此后，O2稀少气体107流过重整催化剂层21，从而排放保留在高温CO变换催化剂层3和重整催化剂层21中的蒸汽。因此，在重整设备被停止时，保留在重整催化剂层21、高温CO变换催化剂层3、低温CO变换催化剂层7以及CO移除催化剂层8中的蒸汽可通过使用O2稀少气体107被排放。因此，可避免由蒸汽的冷凝引起的这些催化剂层21、3、7和8中的这些催化剂的降解。
另外，优选地通过如在实施例2至实施例4中的每一个中的第一蒸发器4和第二蒸发器5的情形把波纹状管和圆柱形管装配在一起形成第一蒸发器和第二蒸发器中的每一个。这不是形成每个蒸发器的唯一方式。只要每个蒸发器是圆柱形且包括工业用水85或混合物89被允许在其中流动的流动通道，则是被允许的。例如，可通过缠绕管子形成每个蒸发器，以螺旋地围绕圆柱形管流动工业用水85或混合物89。
另外，优选地，重整管是如实施例1至4中的每一个中的重整管的单管类型，但这并不是唯一类型的重整管。例如，环形的多管类型(多)重整管可被设置，以便围绕燃烧器01或1，第一蒸发器05或4、第二蒸发器06或5、低温CO变换催化剂层07或7、CO移除催化剂层08或8以及与之相类似的装置可被设置在多管类型的重整管的下面。
另外，在实施例1至4中的每一个中，水流过第一蒸发器的第一流动通道，蒸汽和原料的混合物流过第二蒸发器的第二流动通道。然而，这不是唯一可能的配置。可替换地，水的流动和混合物的流动可相互交换。具体地，蒸汽和原料的混合物可流过第一蒸发器的第一流动通道，水可流过第二蒸发器的第二流动通道。在这种配置中，在第二蒸发器中，流过第二流动通道的水被流过在第一蒸发器和第二蒸发器之间形成的加热气体流动通道的加热气体加热，使得水被转换成蒸汽。在连接第二流动通道的出口至第一流动通道的进口的管道的某个点上形成的原料混合部分中，通过混合原料和从第二流动通道流出且流过管道的蒸汽获得混合物。在第一蒸发器中，流过第一流动通道的混合物被流过加热气体流动通道的加热气体进一步加热。因此被加热的混合物被供给至重整催化剂层。
工业适用性
本发明涉及重整设备及重整设备的操作方法。当被应用于提供能够均匀混合原料和水(蒸汽)以便产生重整气体、能够避免碳沉淀以及能够提高维护性的重整设备的情形时，本发明是有用的。

Claims (24)

1.一种包括重整催化剂层且产生包括氢气的重整气体的重整设备，其特征在于，所述设备包括：
第一蒸发器，是圆柱形且包括流过水的第一流动通道；
第二蒸发器，是圆柱形且包括流过蒸汽和原料的混合物的第二流动通道；
管道，连接第一流动通道的出口至第二流动通道的进口；和
原料混合部分，被形成在管道的某个点上，所述重整设备的特征在于：
所述第一蒸发器和第二蒸发器被同心地设置，使得所述第一蒸发器被设置在外侧上和所述第二蒸发器被设置在内侧上，
圆柱形缝隙，位于第一蒸发器和第二蒸发器之间，用作加热气体流动通道，
在第一蒸发器中，流过所述第一流动通道的水被流过加热气体流动通道的加热气体加热，从而把所述水转换成蒸汽，
在所述原料混合部分中，通过混合所述原料与从所述第一流动通道流出之后流过所述管道的所述蒸汽以获得所述混合物，
在第二蒸发器中，在流过所述第二流动通道时，所述混合物被流过所述加热气体流动通道的加热气体进一步地加热，和
所述混合物被供给至所述重整催化剂层。
2.一种包括重整催化剂层且产生包括氢气的重整气体的重整设备，其特征在于，包括：
第一蒸发器，是圆柱形且包括流过蒸汽和原料的混合物的第一流动通道；
第二蒸发器，是圆柱形且包括流过水的第二流动通道；
管道，连接第二流动通道的出口至第一流动通道的进口；和
原料混合部分，被形成在管道的某个点上，所述重整设备的特征在于：
所述第一蒸发器和第二蒸发器被同心地设置，使得所述第一蒸发器 被设置在外侧上和所述第二蒸发器被设置在内侧上，
圆柱形缝隙，位于第一蒸发器和第二蒸发器之间，用作加热气体流动通道，
在第二蒸发器中，流过所述第二流动通道的水被流过加热气体流动通道的加热气体加热，从而把所述水转换成蒸汽，
在所述原料混合部分中，通过混合所述原料与从所述第二流动通道流出之后流过所述管道的所述蒸汽以获得所述混合物，
在第一蒸发器中，在流过所述第一流动通道时，所述混合物被流过所述加热气体流动通道的加热气体进一步地加热，和
所述混合物被供给至所述重整催化剂层。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的重整设备，其特征在于，低温CO变换催化剂层被设置在所述第二蒸发器的内侧上。
4.根据权利要求3所述的重整设备，其特征在于，其中安装了所述重整催化剂层的重整管被设置在第一蒸发器和第二蒸发器上方；从第二蒸发器的第二流动通道流出的混合物和从第一蒸发器的第一流动通道流出的混合物中的任一种从所述重整催化剂层的下端流入到所述重整催化剂层中，之后向上流过所述重整催化剂层，通过蒸汽重整过程把所述混合物转换成所述重整气体；所述重整气体从所述重整催化剂层的上端流出、向下流动、从所述低温CO变换催化剂层上端流入到所述低温CO变换催化剂层中，之后向下流过所述低温CO变换催化剂层。
5.根据权利要求4所述的重整设备，其特征在于，产生所述加热气体的燃烧器被设置在重整管的上端侧，面朝下。
6.根据权利要求3所述的重整设备，其特征在于，CO移除催化剂层被圆柱形地设置以便围绕所述第一蒸发器，从所述低温CO变换催化剂层流出的重整气体流过所述CO移除催化剂层。
7.根据权利要求3所述的重整设备，其特征在于，
高温CO变换催化剂层被设置在允许所述重整气体在穿过所述低温CO变换催化剂层之前穿过所述高温CO变换催化剂层的位置上，和
从所述重整催化剂层流出的所述重整气体流过所述高温CO变换催化剂层，之后流过所述低温CO变换催化剂层。 
8.根据权利要求5所述的重整设备，其特征在于，包括被设置以便围绕所述重整管的重整部分圆柱形管，所述重整设备的特征在于，
所述重整管具有包括位于内侧上的内圆柱形管、位于外侧上的外圆柱形管以及位于所述内圆柱形管和所述外圆柱形管之间的中间圆柱形管的三管结构，所有这些管被同心设置以便围绕所述燃烧器，
所述内圆柱形管的下端侧被下端板封闭，
在所述内圆柱形管和所述外圆柱形管之间的空隙的上端侧被第一上端板封闭；位于第一上端板和中间圆柱形管的上端之间的缝隙用作重整气体转向部分，
位于所述中间圆柱形管和内圆柱形管之间的圆柱形缝隙用作重整气体流动通道，
所述重整催化剂层被圆柱形地形成在所述中间圆柱形管和所述外圆柱形管之间，
所述重整部分圆柱形管的上端侧被第二上端板封闭；位于所述第二上端板和第一上端板之间的缝隙用作加热气体转向部分，
位于所述重整部分圆柱形管和所述外圆柱形管之间的圆柱形缝隙用作加热气体流动通道，
从所述燃烧器向下排放的加热气体沿着所述内圆柱形管的内圆周表面向上流动；在所述加热气体转向部分处转向且向下流过所述加热气体流动通道时，所述加热气体加热所述重整催化剂层，之后流入到形成在第一蒸发器和第二蒸发器之间的加热气体流动通道中，和
从所述重整催化剂层上端流出的所述重整气体在重整气体转向部分处转向、向下流过所述重整气体流动通道，之后从所述低温CO变换催化剂层上端流入到所述低温CO变换催化剂层中。
9.根据权利要求1和2中任一项所述的重整设备，其特征在于，所述第一流动通道和第二流动通道中的每一个被形成为螺旋形。
10.根据权利要求1和2中任一项所述的重整设备，其特征在于，
所述第一蒸发器具有通过把圆柱形管装配在波纹状管的外圆周表面侧上形成的双管结构，所述波纹状管具有形成在所述波纹状管的外圆周 表面中的螺旋形的突出和凹陷部分；形成在所述波纹状管和所述圆柱形管之间的螺旋缝隙用作所述第一流动通道，和
所述第二蒸发器具有通过把不同的圆柱形管装配在不同的波纹状管的外圆周表面侧上形成的双管结构，所述不同的波纹状管具有形成在所述不同的波纹状管的外圆周表面中的螺旋形的突出和凹陷部分；形成在所述不同的波纹状管和所述不同的圆柱形管之间的螺旋缝隙用作所述第二流动通道。
11.根据权利要求3所述的重整设备，其特征在于，
所述低温CO变换催化剂层被圆柱形地设置在被设置在第二蒸发器的内侧上的第一圆柱形管和被设置在所述第一圆柱形管的内部的第二圆柱形管之间，
位于所述第一圆柱形管和所述第二蒸发器之间的圆柱形缝隙用作第一重整气体流动通道，
第二圆柱形管的内部用作第二重整气体流动通道，和
在从重整催化剂层流出的所述重整气体从所述低温CO变换催化剂层的第一端侧至第二端侧流过所述第一重整气体流动通道时，所述重整气体的温度通过与流过所述第二蒸发器的第二流动通道的水和混合物中的任一种的热交换而被降低；之后所述重整气体在位于所述低温CO变换催化剂层的第二端侧上的重整气体转向部分处转向；在所述重整气体从所述低温CO变换催化剂层的第二端侧至第一端侧流过所述第二重整气体流动通道时，所述重整气体的温度通过与低温CO变换催化剂层的热交换而被升高；此后，所述重整气体经由形成在所述第二圆柱形管中的循环孔流入到第一圆柱形管和第二圆柱形管之间的空隙中，之后流过所述低温CO变换催化剂层。
12.根据权利要求8所述的重整设备，其特征在于，
所述低温CO变换催化剂层被圆柱形地设置在被设置在第二蒸发器的内侧上的第一圆柱形管和被设置在所述第一圆柱形管的内部的第二圆柱形管之间，
位于所述第一圆柱形管和所述第二蒸发器之间的圆柱形缝隙用作第一重整气体流动通道， 
第二圆柱形管的内部用作第二重整气体流动通道，和
在从重整催化剂层流出的所述重整气体从所述低温CO变换催化剂层的第一端侧至第二端侧流过所述第一重整气体流动通道时，所述重整气体的温度通过与流过所述第二蒸发器的第二流动通道的水和混合物中的任一种的热交换而被降低；之后所述重整气体在位于所述低温CO变换催化剂层的第二端侧上的重整气体转向部分处转向；在所述重整气体从所述低温CO变换催化剂层的第二端侧至第一端侧流过所述第二重整气体流动通道时，所述重整气体的温度通过与低温CO变换催化剂层的热交换而被升高；此后，所述重整气体经由形成在所述第二圆柱形管中的循环孔流入到第一圆柱形管和第二圆柱形管之间的空隙中，且之后流过所述低温CO变换催化剂层。
13.根据权利要求4所述的重整设备，其特征在于，高温CO变换催化剂设置在位于所述重整催化剂层被安装在其中的所述重整管的内侧上且位于所述低温CO变换催化剂层的上方的区域中，所述区域是所述重整气体流入的地方。
14.根据权利要求3所述的重整设备，其特征在于，
所述低温CO变换催化剂层被圆柱形地设置在被设置在第二蒸发器的内侧上的第一圆柱形管和被设置在所述第一圆柱形管的内部的第二圆柱形管之间，
高温CO变换催化剂层被圆柱形地设置在第一圆柱形管和第二圆柱形管之间，且在所述低温CO变换催化剂层的上方，
位于所述第一圆柱形管和所述第二蒸发器之间的圆柱形缝隙用作第一重整气体流动通道，
第二圆柱形管的内部用作第二重整气体流动通道，和
在从重整催化剂层流出的所述重整气体从所述高温CO变换催化剂层的上端侧至低温CO变换催化剂层的下端侧向下流过所述第一重整气体流动通道时，所述重整气体的温度通过与流过所述第二蒸发器的第二流动通道的水和混合物中的任一种的热交换而被降低；之后所述重整气体在位于所述低温CO变换催化剂层的下端侧上的重整气体转向部分处转向；在所述重整气体从所述低温CO变换催化剂层的下端侧至高温CO变换催化 剂层的上端侧向上流过所述第二重整气体流动通道时，所述重整气体的温度通过与低温CO变换催化剂层和高温CO变换催化剂层的热交换而被升高；此后，所述重整气体在位于所述第二重整气体流动通道的上端侧上的重整气体转向部分处转向；所述重整气体流入到在第一圆柱形管和第二圆柱形管之间的空隙中，向下流过所述高温CO变换催化剂层，之后流过所述低温CO变换催化剂层。
15.根据权利要求14所述的重整设备，其特征在于包括：
第一O2吸附催化剂层和第二O2吸附催化剂层，上述两者被圆柱形地设置在第一圆柱形管和第二圆柱形管之间且上述两者设置在所述低温CO变换催化剂层和所述高温CO变换催化剂层之间，所述第一O2吸附催化剂层被设置在更靠近所述低温CO变换催化剂层的一侧上，所述第二O2吸附催化剂层被设置在更靠近高温CO变换催化剂层的一侧上；
加热气体导入管，穿透所述低温CO变换催化剂层和所述第一O2吸附催化剂层；
冷凝器，从所述加热气体移除湿气；和
泵，吸取所述加热气体，所述重整设备的特征在于，
在所述重整设备被停止时，所述加热气体被所述泵吸取；所述冷凝器移除所述湿气；通过所述加热气体导入管所述加热气体被引入到位于所述第一O2吸附催化剂层和第二O2吸附催化剂层之间的部分上，
此后，被引入到位于所述第一O2吸附催化剂层和第二O2吸附催化剂层之间的所述部分上的所述加热气体的一部分转向且流过所述第一O2吸附催化剂层，使得从所述加热气体中移除O2，从而产生O2稀少气体；所述O2稀少气体流过所述低温CO变换催化剂层，因此排放保留在所述低温CO变换催化剂层中的蒸汽，或所述O2稀少气体流过所述低温CO变换催化剂层，之后流过所述CO移除催化剂层，因此排放保留在所述低温CO变换催化剂层和CO移除催化剂层中的蒸汽，和
被引入到位于所述第一O2吸附催化剂层和第二O2吸附催化剂层之间的所述部分上的所述加热气体的剩余部分流过所述第二O2吸附催化剂层，使得从加热气体中移除O2，因此产生O2稀少气体；所述O2稀少气体流过所述高温CO变换催化剂层，之后通过位于所述第二重整气体流动通 道的端部上的重整气体转向部分流出；此后，所述加热气体流过所述重整催化剂层，从而排放保留在高温CO变换催化剂层和重整催化剂层中的蒸汽。
16.根据权利要求4所述的重整设备，其特征在于，
圆柱形总箱被设置在位于第二蒸发器的第二流动通道的出口和重整催化剂层的进口之间的部分上或在第一蒸发器的第一流动通道的出口和重整催化剂层的进口之间的位置上；多个喷射孔沿所述总箱的圆周方向被形成在所述总箱的顶表面或侧表面上，和
通过所述第二蒸发器的第二流动通道的出口或第一蒸发器的第一流动通道的出口流出的所述混合物流入到所述总箱中；此后，所述混合物通过所述喷射孔喷出，且通过重整催化剂层的进口流入到重整催化剂层中。
17.根据权利要求1所述的重整设备，其特征在于包括：
用于清洗的管道，连接第二蒸发器的第二流动通道的出口至所述重整催化剂层的进口，或连接第一蒸发器的第一流动通道的出口至所述重整催化剂层的进口；和
用于清洗的可移除部分，被可拆卸地连接至所述用于清洗的管道的某个点上，所述重整设备的特征在于，
在所述用于清洗的可移除部分被移除和通过所述用于清洗的管道的填充口注入化学液体时，所述化学液体流过第二蒸发器的第二流动通道，之后流过第一蒸发器的第一流动通道，或所述化学液体流过第一蒸发器的第一流动通道，之后流过第二蒸发器的第二流动通道。
18.根据权利要求1和2中任一项所述的重整设备，其特征在于，
所述原料混合部分具有包括外部喷嘴和设置在所述外部喷嘴内部的内部喷嘴的双喷嘴结构，和
从所述第一蒸发器的第一流动通道流出的蒸汽和从第二蒸发器的第二流动通道流出的蒸汽中的任一种流过所述外部喷嘴和所述内部喷嘴之间的空隙，所述原料流过所述内部喷嘴，或
所述原料流过在所述外部喷嘴和所述内部喷嘴之间的空隙，从所述第一蒸发器的第一流动通道流出的蒸汽和从第二蒸发器的第二流动通道 流出的蒸汽中的任一种流过所述内部喷嘴。
19.根据权利要求8所述的重整设备，其特征在于，圆柱形的热绝缘材料被设置，以便围绕所述重整部分圆柱形管。
20.根据权利要求4所述的重整设备，其特征在于包括：
用于清洗的管道，连接所述第二蒸发器的第二流动通道的出口至所述重整催化剂层的进口，或连接所述第一蒸发器的第一流动通道的出口至所述重整催化剂层的进口；和
用于清洗的可移除部分，被可拆卸地连接至所述用于清洗的管道的某个点上，所述重整设备的特征在于，
在所述用于清洗的可移除部分被移除且通过所述用于清洗的管道的填充口注入化学液体时，所述化学液体流过所述第二蒸发器的第二流动通道，之后流过第一蒸发器的第一流动通道，或所述化学液体流过所述第一蒸发器的第一流动通道，之后流过第二蒸发器的第二流动通道。
21.一种操作根据权利要求8所述的重整设备的方法，其特征在于，在用于启动所述重整设备的用于升温的加热操作中，不供给水或原料，所述燃烧器的加热气体沿所述重整管的内圆柱形管的内圆周表面向上流动，之后在加热气体转向部分处转向，之后向下流过位于所述重整管外面的加热气体流动通道；此后，所述加热气体向下流过在所述第一蒸发器和第二蒸发器之间形成的加热气体流动通道；因此，所述加热气体，通过加热，相继使所述重整管和所述重整催化剂层的温度、第一蒸发器和第二蒸发器的温度、以及之后低温CO变换催化剂层的温度升高。
22.一种操作根据权利要求12所述的重整设备的方法，其特征在于，
在用于启动所述重整设备的用于升温的加热操作中，不供给水或原料，所述燃烧器的加热气体沿所述重整管的内圆柱形管的内圆周表面向上流动，之后在加热气体转向部分处转向，之后向下流过位于所述重整管外面的加热气体流动通道；此后，所述加热气体向下流过在所述第一蒸发器和第二蒸发器之间形成的加热气体流动通道；因此，所述加热气体，通过加热，相继使所述重整管和所述重整催化剂层的温度、第一蒸发器和第二蒸发器的温度、以及之后低温CO变换催化剂层的温度升高，和 
随后，水被供给，但不供给原料，之后水流过所述第一蒸发器的第一流动通道且之后流过第二蒸发器的第二流动通道，或流过所述第二蒸发器的第二流动通道且之后流过第一蒸发器的第一流动通道；因此所述水被流过在第一蒸发器和第二蒸发器之间形成的加热气体流动通道的加热气体加热，从而产生蒸汽；在所述蒸汽流过所述重整催化剂层之后且在所述蒸汽流过所述第一重整气体流动通道且接着流过所述第二重整气体流动通道时，所述蒸汽被在第一圆柱形管的外表面和在第二圆柱形管的内表面上冷凝，之后如此发生的冷凝加热所述低温CO变换催化剂层且使其温度升高。
23.一种操作根据权利要求5所述的重整设备的方法，其特征在于，
在所述重整设备处于稳定操作中时，在所述重整催化剂层的出口处的所述重整气体的温度被测量；被供给至所述燃烧器的燃料的量被控制，使得所述重整气体的温度的测量值被保持在预定温度上，和
另外，在低温CO变换催化剂层的进口处的重整气体的温度被测量；被供给至所述燃烧器的空气量被控制，使得所述重整气体的温度的测量值被保持在预定温度上。
24.一种操作根据权利要求5所述的重整设备的方法，其特征在于，
在所述重整设备处于稳定操作中时，在所述重整催化剂层的出口处的所述重整气体的温度被测量；被供给至所述燃烧器的燃料的量被控制使得重整气体的温度的测量值被保持在预定温度上，和
另外，在所述第二蒸发器的第二流动通道的出口处的混合物的温度和在第一蒸发器的第一流动通道的出口处的混合物的温度中的任一个被测量；被供给至所述燃烧器的空气量被控制，使得所述混合物的温度测量值被保持在预定温度上。 
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