CN103201002B - 用于交替流装置的原位汽化器和同流换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将液体进料流转换成气体蒸汽流的装置，该装置包括：（a）具有第一端和第二端的通道构件，所述通道构件具有多个连接所述第一端和第二端的通道，所述通道构件具有大致实体的区域和空隙区域，（b）进口构件，所述进口构件用于将所述液体进料流导引至所述多个通道的第一端，以及（c）出口构件，所述出口构件用于导引来自所述多个通道的气体蒸汽流，其中所述通道在所述进口与出口之间的任意距离d处具有垂直于所述进料流方向的几何结构，其特征在于：（1）空隙面积A′(x)，以及（2）通道总横截面积A(x)，其中作为所述总面积A(x)的一部分的空隙面积A′(x)是 以及沿着装置的长度L的平均空隙率 所述平均空隙率是约0.3至约0.95。

Description

用于交替流装置的原位汽化器和同流换热器

技术领域

本发明涉及一种用于交替流系统的原位汽化器和热量回收装置，其能够载于运输车辆上。

背景技术

包括蒸汽重整的许多工业过程通常需要在化学转换之前将液体进料流（例如汽油或其它液体烃类、或水）转换成蒸汽流。常规的汽化器和锅炉需要大量的热质量并且通常由于压力波动和温度改变而在瞬态操作下表现不佳。对于汽车应用，在宽的动态操作范围内（称作量程）操作的瞬态必要条件使得蒸汽流处理困难并且对在燃料与氧化剂之间的当量比控制提出挑战。许多应用需要这种汽化和混合过程在精确的质量流控制下发生，在大的动态范围内操作，原位存在于反应器体积内以使传热损失最小化，招致低的压降损失，并且抗工艺流体流的腐蚀。因此，在现有技术中存在对如下技术的需要：该技术能够提供精确的质量流控制，在大的动态温度和压力范围内操作，使传热损失最小化，招致低的压降损失，并且抗工艺流体流的腐蚀。

本发明描述了特别适合于交替流反应器系统的新型原位汽化器和热量回收装置，其中经过装置的料流在液体汽化模式与再加热模式之间交替。在优选实施方式中，它是如在例如US专利7,491,250中所描述的压力摆动重整装置（“PSR”）系统的一部分。它使得能够实现可以被布置在例如运输车辆中的小型合成气产生系统的设计。

本发明人已经发现了实现上文所描述优势所需的此种原位汽化器和热量回收装置的特定的设计标准。这些特征包括为了最小化装置的尺寸和重量而在几何结构、热容量和传热、流动通道尺寸、和空隙率以及空隙率梯度上的技术参数。这些设计标准的独特组合产生了如在对压力摆动重整的应用中所证明的高效率汽化器/同流换热器，所述压力摆动重整的应用如在上文提及的专利中所教导的。

发明内容

本发明涉及一种用于将液体进料流转换成气体蒸汽流的装置，该装置包括：（a）具有第一端和第二端的通道构件，所述通道构件具有多个连接所述第一端和第二端的通道，所述通道构件具有大致实体的区域和空隙区域，（b）进口构件，所述进口构件用于将所述液体进料流导引至所述多个通道的第一端，以及（c）出口构件，所述出口构件用于导引来自所述多个通道的气体蒸汽流，其中所述通道在所述进口与出口之间的任意距离x处具有垂直于所述进料流方向的几何结构，其特征在于（1）空隙面积A′(x)，以及（2）总横截面积A(x)，其中作为所述总面积A(x)的一部分的所述空隙面积A′(x)是

并且沿着装置的长度L的平均空隙率是

其中所述平均空隙率是约0.3至约0.95。

在一个实施方式中，所述空隙率沿着所述装置的长度而变化。

在另一个实施方式中，预计在该装置的全长上，所述空隙体积的平均变化是约0.01至约0.5。

在本发明的又一实施方式中，该装置具有连续恒定的空隙体积区域，所述区域沿着该装置的长度而变化。

附图说明

本文中的图1是本发明实施方式的示意图。

具体实施方式

本发明涉及用于将供应的一个或多个液体流转换成气体蒸汽流的装置。更具体地，本发明涉及在循环过程中运行的装置，凭借该循环过程，液烃以及任选地水混合物被转换成烃蒸汽和任选地蒸汽的混合物。对于液烃和水流的汽化的一个特定应用是在压力摆动蒸汽重整过程中的用途。

该装置被设计用于通过循环两阶段过程的连续运行。第一阶段是汽化模式，而第二阶段是再加热模式。我们已经发现了产生如下原位汽化器和热量回收装置的特定的设计标准或特征，其能够实现大的动态操作范围、最小压降、耐腐蚀、以及对于移动应用充分地小型化且轻质化。这些特征包括在汽化器内的几何结构、热容量和传热能力、流动通道尺寸、以及空隙率和空隙率梯度上的技术参数。

本发明的装置由具有包括一组特征尺寸和形状的空隙通道的部分多孔介质构成。在装置内的空隙区域形成一组连接的通路，流体（以液态或气态）能够通过所述通路而经过该装置。为了示例，图1中示出简化的概念上的装置几何结构。空隙率或部分孔隙率是在空间内给定点处所述装置的体积的敞开分数。流体可以进入装置的任一端部，并且在相对端离开。该装置的第一目的是使供应的液体流汽化成蒸汽。如图1中所示，待汽化的液体流将通过其进入装置（11）的表面在此处将被限定为标记为（10）的进口表面。汽化的料流通过其离开的表面被限定为出口表面（12）。在装置的再加热阶段中，高温再加热流可以通过进口或出口表面而进入，并且在相应的相对端离开。在图1中所示的示意图中，再加热流被示出为与汽化流（16）逆流流动。再加热流（14）在图1中示出为进入出口表面流（12）并且在进口表面（10）处作为料流（15）离开。在图1中，所述装置被示出为具有恒定横截面积的圆柱形装置。实际上，装置横截面形状并不限于圆柱形，而可以是矩形、正方形、三角形、或其它形状。所述横截面积也可以随轴向位置而变化。

一般规定，存在所述装置的两个运行周期或阶段，并且这些限制了本发明的设计特征。在运行时间t_汽化的第一周期中，液体或液体的混合物或包含液体的料流（16）在进口（10）处以给定的体积液体流率Q_液体进入所述装置。该液体流被汽化成气相流，该气相流能够根据标准气体体积流率Q_气体用其组分的密度和分子量的知识而进行表征。液相可以备选地通过预雾化液体流而供应，形成液滴喷雾。液体或液体喷雾进入，冲击（11）内的预加热表面，并且从液相改变成汽相，该汽相作为汽化的料流（17）离开装置。在其它实施方式中，气体流，作为液体流（16）的蒸汽或作为稀释剂，可以连同液体流（16）一起进入装置并且随汽化的料流（17）离开。在汽化周期期间进入装置之前已经为气体的任何材料不被视为Q_液体或Q_气体的一部分，尽管在计算露点中必须考虑该材料。在所述装置运行的第二周期中，可能在t_d的延迟周期之后开始，加热的料流（14）以体积流率Q_再生经过装置持续一段时间t_再生，进入装置的一端并且作为冷却流（15）在相对端离开。这是再加热或再生步骤。在图1的实施例中，该料流在出口端（12）处进入装置（11）并且在进口端（10）处离开。在其它实施方式中（未示出），该料流可以在进口端（10）处进入装置（11）并且在出口端（12）处离开。

本发明的一个要素在于，装置的汽化和再加热运行周期共享相同的流动路径。再生流将所述装置从初始温度（在一个实施方式中，近似约液体进料的露点）加热至最终较高的温度，该最终较高的温度在规定的操作压力下高于液体流的露点。在本文中被标识为T_露点的露点，在本领域中被称为蒸汽刚开始冷凝时的温度，并且取决于料流组成和压力。该料流以周期方式变化，在吸热汽化阶段（从固体材料到液相的能量转移）与放热再生传热阶段（从流体流到固体材料的能量转移）之间交替。根据料流条件（例如流率和速度）、诸如装置尺寸和设计的几何因素、以及流体和装置两者的热物理性质的结合，来确定装置的初始温度和最终温度。

本发明提供关于传导流经汽化器的几何通道的技术参数。此种通道被限定为由实体壁隔开的敞开或“空隙”空间。在本发明的一些实施方式中，壁本身可以包括通常具有远小于0.1mm的孔径的一些孔隙率。此种孔隙率不被视为在本说明书中所使用的“空隙”，而是仅被视为实体壁的表观密度的减小。

本发明的装置的几何特征与空隙率的大小、空隙率的空间变化、包括空隙率的小通道特征的尺寸和形状有关。沿着如图1中所示的单个假想的空间平面（19），局部空隙率被限定为：

${\mathrm{\φ}}_x=\frac{A^{\′}\left(x\right)}{A\left(x\right)}.$

在此处，是在给定的空间位置处的空隙率，由下标x指示，所述装置在该平面处的总横截面积是A(x)，且在所述平面中不包含实体材料的“敞开”或“空隙面积”由A′(x)给定。为了本发明的目的，我们采取如下惯例，存在从进口表面（10）到出口表面（12）的流动轴线，并且“x”是沿着该轴线的距离。因此，x沿着汽化流（16）的方向，并且在装置进口（10）处具有零值，并且在装置出口（12）处具有L_总值，其中L_总是沿着流体流的轴线从进口到出口的装置长度。我们还采用如下惯例：平面（19）垂直于该流动轴线。此种平面在本领域中也被称为“轴向平面”。沿着装置的某一长度L的平均孔隙率或平均空隙率被限定为：

${\mathrm{\φ}}_a=\frac{\underset{0}{\overset{L}{\∫}}{A}^{\′}\left(x\right)\mathrm{dx}}{\underset{0}{\overset{L}{\∫}}A\left(x\right)\mathrm{dx}}.$

如果平均长度L被当作所述装置的全长L_总，则代表整个装置的平均空隙率，被标记为如果整个装置占据总体积V_总（实体体积和多孔体积），则在装置内的总的敞开或空隙体积是并且在所述装置内的实体材料的总体积则是

我们已经发现，所述装置的平均空隙率是使得该装置成功运行的参数。我们已经发现，本发明装置的容许平均空隙率为0.3至0.95。优选地，该装置的平均空隙率为0.4至0.7。

在优选的实施方式中，所述空隙率沿着装置的长度轴向地变化。关于装置的长度，我们是指主要沿着其发生蒸汽流动的维度。在图1中，该维度或方向是轴向的，在此处由维度或方向“x”指示。在装置的进口表面（10）处的表面空隙率已经被发现优选地是0.5至0.995。在该位置处的最优选的范围是0.65至0.995。在装置的出口表面（12）处的空隙率优选是0.2至0.7。出口空隙率的最优选的范围是0.35至0.6。

对于其中空隙率从进口到出口表面轴向地变化的优选实施方式，该变化可以通过空隙率的连续改变或通过一系列连续的恒定空隙率区域而产生。然而，空隙率是变化的，空隙率的变化能够被表征为在装置整个长度上的平均变化。例如，从进口（10）到出口（12）的一组值能够通过在本领域中已知的最小二乘法来分析以计算对x的最小二乘线性斜率。该平均变化可以被表达为斜率或梯度（即，每长度的空隙率变化），或表达为平均总空隙率变化，后者被计算为最小二乘斜率乘以总装置长度（L_总）。在本发明的许多实施方式中，平均总空隙率的变化在0.01与0.5之间。优选的平均总空隙率变化是0.15至0.35。我们已经发现，容许范围的轴向装置平均空隙率梯度变化是每线性英寸长度0.01至0.5空隙率下降。平均空隙率梯度的优选的变化是每线性英寸长度0.15至0.35空隙率下降。我们还已经发现，在其中使用一系列连续的恒定孔隙率区域的实施方式中，优选的区域的数量大于一且小于二十。更加优选的区域数量是二至十，并且最优选的数量是二至五。

所述空隙体积由很多结构化的小型空隙区域构成，其中所述结构化的小型空隙区域在下文中被标识为通道或通道区域。这些通道由简单的形状并且以一定范围的尺寸形成。用于通道尺寸空隙区域的截面的优选形状是高度结构化的规则的形状，例如圆形、半圆形、环形、周期波壁波纹，或矩形通道和槽。

所述装置的一个实施方式是在整个装置体积中具有在尺寸和形状上几乎相同的通道几何形状。该装置的优选实施方式是在装置内具有几乎相同的通道形状，在不同的轴向位置处具有变化的尺寸（即，具有不同直径的圆形通道组）。该装置的甚至更加优选的实施方式具有通道形状和尺寸两者的轴向变化。换句话说，改变形状和/或尺寸可以增加可用于传热并因此可用于汽化的表面积。

可选实施方式使用了由数百万不规则通道形状构成的虫孔网络的杂乱通道，所述不规则通道形状例如为陶瓷或金属泡沫的材料特征。另外的实施方式使用了由诸如通过堆叠或编织金属丝制成的线材的交织网络产生的结构通道。

构成装置的空隙区域的通道形状能够以一组空间维度来表征。一个维度被称为水力直径。对于由简单的封闭连接表面（即，圆柱形、正方形、矩形、三角形、或弯曲通道）组成的流动通道，水力直径被定义为d_h=4A/P，其中A是通道的载流空隙的横截面积，而P是围绕封闭表面的周长。对于不是由简单的连接形状构成的复杂通道构造，可根据与图1相关所描述的轴平面（19）而定义通道水力直径。在任何轴平面内，d_h′(x)=4A′(x)/P′(x)，其中A′(x)代表在给定的轴向位置处装置的总空隙面积，而P′(x)是在实体区域与空隙区域之间的相交表面的全长。

所述装置的特征水平尺寸h_特征通过取装置体积比总轴长的平方根来粗略估计，或

我们还已经发现，某些通道性质在装置的进口区域内是优选的。该进口区域的范围优选地在装置长度的约5%与约40%之间。换言之，进口区域可以从x=0（进口表面（10））延伸至至少x=0.05L_总或延伸至至多x=0.4L_总。优选地，进口区域是在装置长度的10%与30%之间。在进口区域内的通道的方向优选地被布置成使得引入的进口流动流的移动可垂直于其平均流动方向。这允许分散混合组分和配送组分流动。优选的设计具有与特征水平尺寸（h_特征）成比例的垂直于流动轴线与轴向方向顺流的流动路径。优选的设计在进口区域内具有垂直于流动轴线的连续流动路径，该连续流动路径是所述装置的特征水平尺寸（h_{特 征}）的至少10%至至多50%。其它优选的设计在所述装置的进口区域内在所有轴向平面内具有至少L_总长度的连续流动路径。

我们已经发现，在所述装置进口区域中的容许特征通道水力直径大小d_h(x)是0.1至10mm，具有0.3至5mm的优选的范围以及0.7至2mm的甚至更加优选的范围。在该装置出口处的特征通道尺寸是0.2至5mm，具有0.4至2mm的优选的范围以及0.5至1.5mm的甚至更加优选的范围。

在优选的实施方式中，通道水力直径与通道长度的比在0.5与10,000之间，具有在10与5000之间的优选比以及在40与200之间的甚至更加优选的比。

所述装置的其它特征参数是可用于引入流的汽化和用于同流换热器体积的再加热的内表面积。我们将在装置内局部地测量的每单位体积的表面积限定为S_v=S/V，或每单位体积的表面积，其中S是包含在规定的总体积V（空隙体积+实体体积）内的内部表面积。本发明的一个实施方式使用S_v的一致值。本发明的可选实施方式将在该装置的任何不同区域上使用S_v的非一致值。该装置的平均S_v仅仅是装置总表面积除以装置总体积，或S_v，平均=S_总/V_总。我们已经发现，装置的每单位体积的内表面积容许平均范围在10in²/in³与2000in²/in³之间。每单位体积的内表面积的平均范围的优选值在20in²/in³与1000in²/in³之间。每单位体积的内表面积的平均范围的甚至更加优选的值在50in²/in³与250in²/in³之间。

可用的传热面积和装置体积仅描述了在流体与固体之间的表面接触。已经发现，在再加热能力、储能和能量传递方面，所述装置的固体材料的组成和物理性质对其成功操作及其有效运行能力将是有帮助的。因此，我们已经发现，包括该装置的材料的组成使得热容量的值是至少100J/kg-K，优选的值大于500J/kg，并且甚至更加优选的热容量值大于1000J/kg。

从在装置内的热管理方面考虑，在装置的各个区域之间的热接触应被最大化。我们已经发现，所述材料的热导率的容许值是至少10W/m-K，优选的值大于50W/m-K，并且更加优选的值大于200W/m-K。我们还已经发现，包括所述装置的材料的组成使得固体材料的密度应是至少2500kg/m³，优选的值大于5000kg/m³，并且甚至更加优选的值大于7000kg/m³。

所述装置的特定设计将取决于完成所述汽化过程所需要的液体注入条件和时间。使流动特定时间段的液体流汽化所需的能量H由下式

给出：

单位：

在这些表达式中，是液体的质量流率，λ_液是以质量单位计的液体的汽化潜热，τ_汽化是注入的时间段，Q_汽化是汽化的液体的标准体积气体流率，而λ_汽化是以标准气体体积单位计的液体的汽化潜热。所需的能量与液体供应的速率、流体的每单位质量（或体积）的汽化能及该过程的时长成比例。在此处，液体基础和转换的气态基础表达式两者都被显示为包括它们的转换因子。标准气体条件在本领域中是已知的并且通常取0℃和1个绝对大气压。

所述装置的汽化能力与其可用的储能成正比例。该装置的最高温度将是在液体注入步骤开始时的温度。该装置在此时的平均温度是T_{装 置始}。在液体被注入并且被汽化时，装置温度将下降至最终平均温度T_{装 置终}，此时，操作循环的汽化部分完成。在此处，我们将ΔT_装置定义为在装置中的液体注入过程从开始到结束的平均温差（T_装置始-T_装置终）。高、低温度的绝对值将取决于装置性质、以及热平衡、以及该过程的操作条件。该装置的最大汽化容量H′由下式给出：

单位：

在此处，ρ_装置是装置的固体材料的平均密度，φ是装置的平均孔隙率，C_p，装置是以质量单位计的装置的平均比热容量，而是以体积单位计的装置的平均比热容量汽化容量与比热容量、固体材料体积、以及装置的材料密度成比例，并且还与在过程期间的温度差成正比例。

系统的空速能够被表达为进料的标准体积每小时气体流速除以装置的体积，被称为气时空速，或GHSV。气体进料速率被计算为进料的摩尔率，并且将所述物质视为气体种类，以标准体积速率进行计算。例如，对于液体注入步骤，以1g/秒的速率流动进入0.5升装置的液体水进料具有由下式给定的气时空速：

在此处，Q_汽化是标准体积气体流速（单位：NL/hr）并且V_总是装置总体积。一般而言，依据每单位体积汽化容量速率，所述装置的小型化和产生的效率与空速成正比例。对于利用经历后续化学或催化反应的烃进料的集成系统，系统的整体空速与系统的生产力成比例。期望空速具有尽可能高的值。

在本发明的优选的实施方式中，空速GHSV优选地大于500，并且甚至更优选地大于1000。

对于以循环形式运行的装置，在汽化步骤中消耗的热量由在循环的再加热（再生）部分期间在装置中贮存的热量来平衡。如果液体进料以高速率（高GHSV）被供给，则热量被迅速地耗尽，并且循环时间必定短。如果液体进料以低速率（低的GHSV）被供给，则热量被缓慢地耗尽，并且循环时间较长。结合上文中H和H′的表达式并且将它们设置成相等，给出下列表达式

改写在等式两侧的无量纲的项并且用该GHSV表达式代替上文中的表达式，给出如下关系

在此处，所有变量采用它们先前的定义。

所述装置的传热要求能够被表达为液体进料的体积汽化热与进料流的GHSV的乘积。汽化的体积传热要求是：

这是对于液体汽化的每单位时间每单位体积所需的能量传递。提及的表达式是因为小时而非秒的时间依赖性。这些表达式限定了对于汽化液体流存在充分能量所必需的能量平衡。

在液体进入装置时间段τ_汽化之后，使热的再加热流经过装置以将温度升高返回至在液体注入循环开始时的初始高温。在该再加热阶段期间升高装置的温度的能力与装置的几何特征密切相关，如较早提到的。变量包括孔隙率、液压通道尺寸、以及所构造装置的热性质。在本领域中已知，由固体材料构成的具有特征通道通路形状的多孔介质能够以传热系数（h）和特征传热表面积（A）进行表征。上文限定了每单位体积特征的表面积的优选的值。基于气体和固体性质的传热系数的相关性在本领域中也是已知的。这些传热系数是流率和气相组成的函数。随着多孔材料的特征通道尺寸减小，系数通常增加。所述体积传热系数能够被限定并且以如下单位给出

以一致的时间单位改写的汽化的体积传热要求能够被写为

本发明的特征传热温度随体积汽化要求与用于装置再生的体积传热系数的比而变化。该特征温度差被表达为

ΔT_HT＝H_v/h_v

该温度差描述了在装置的循环操作期间在传热供求之间的平衡。如在此处所使用的，这基于在循环的再加热部分中所使用的传热系数，所述再加热部分通常是该循环较低传热系数的部分并且用作限制的设计条件。该温度差是装置的基本设计参数。选择满足本发明要求的装置设计和材料性质。

在本发明的实践中，特征ΔT_HT优选地在约0.1℃与600℃之间。更优选地，特征ΔT_HT应在0.5℃与300℃之间。

所述装置的特征能量可用率被限定为

这是用于评估所述装置的有效性的优选参数。较接近一的值意味着对在汽化器中可用能量的理想使用，而小于1.0的值反映迅速地转移热量所需的温度梯度的实际情况。我们已经发现，所需的能量可用率R的范围是0.05至0.7。发现优选的比R范围在0.1与0.5之间。最优选的范围是在0.2与0.4之间。

所述装置的其它特征是低轴向流动阻力以便最小化在蒸汽产生和再加热再生过程期间的压降。对于正交各向异性阻力，例如通过小通道的层流，轴向流动阻力可限定为：

单位：Δp＝[N/m²(Pa)] ρ_c＝[孔槽/m²] μ＝[N秒/m²] GHSV＝[hr^-1]L＝[m] d_c＝[m] φ_x＝[无]

在此处，Δp是由于摩擦阻力的压降，L是平均空间长度，dx是局部增加的轴向距离，φ_x是局部空隙率，GHSV是气时空速（单位：hr^-1），μ是流体粘度，而ρ_c是每单位面积的孔槽（cell）数目浓度（所述装置每单位横截面积的通道的数量）。所有的值被视为局部坐标的函数，以使得整体压降是来自装置的所有轴向部的整体贡献。

所述压降受到装置的通道尺寸、每单位面积的孔槽的数量密度、孔隙率、以及GHSV（每单位体积流量）的限制。孔隙率与通道尺寸有关，其表达式如下：

$d_c^2=\frac{4{\mathrm{\φ}}_x}{\mathrm{\π}{\mathrm{\ρ}}_c}$

以满足系统运行的设计限制的方式来选择装置的物理参数。对于本领域普通技术人员，对于被设计用于操作条件的宽的动态范围的装置，基于在具有最小流动通道的装置的区域中的最大流量条件来选择设计条件。

成功运行的装置特征在于，它以低的轴向流动阻力运行，以使得所述装置每单位长度的总平均值Δp小于5psi/英寸。所述装置容许的参数范围允许压降在0.01至5psi/英寸之间，压降优选的范围在0.03与1psi/英寸之间。

在一个实施方式中，可以使用轧入到紧同心环或堆叠到紧密隔开层中的多种金属组合物的薄波纹片的布置来构造所述装置。该波纹几何结构产生一系列小的环形槽孔。通过改变轧制材料片的厚度和波状同心环或片的密度以及通过沿其轴长改变封装紧密性，可以改变槽孔的直径。

在这种实施方式的一个实施例中，所述材料由Fecralloy金属的片构成。对于低的空隙体积出口区域截面，选择这种设计的波纹和片厚度以产生近似40%的整体孔隙率（敞开体积）。低的设计孔隙率被用来满足最大金属质量的设计要求（对于在最高流率条件下的热容量和储能）。高孔隙率进口区域具有近似80%的孔隙率。该高孔隙率使得能够实现显著更高程度的液体渗透到装置的内部体积中。该装置的内部包括具有约60%孔隙率的中间值的整体材料，该整体材料被用作在装置的低孔隙率进口与高孔隙率出口区域之间的过渡部。如较早提到的，所述片在轴向方向上由连续的材料件制成，并且具有改变的长度。

所述装置的多孔设计使得能够在任一方向上提供来自供应的流体流的最小压降。低压降运行特别适用于如下应用，即，该应用涉及通过将招致大幅压降损失的高速、高温气体流而对装置进行再加热。

用循环吸热蒸汽重整过程连同放热再生过程，该装置对于产生合成气是特别有用的。在反应器床构造中，使用电子燃料注入器将液体烃燃料和液体水的混合物注入到顶部（进口）表面上并且注入到汽化器的内体积中。然后，汽化的混合流向下流经气体混合器并且随后流入反应区中，在该反应区中，进料是通过使用先前从循环的再加热部分贮存在床中的能量而重整至合成气的蒸汽。该合成气在底部处从装置流出，并且能够在外部被利用。

在该循环的再加热部分中，一氧化碳、氢、以及还可能燃料混合物被燃烧。然后，使用该高温流来再加热反应区的催化剂床。在该过程的再生阶段结束时，循环返回至液体注入模式。这两个循环过程在该构造中相当于较早提到的本发明注入阶段和再加热阶段。

Claims (13)

1.一种用于将液体进料流转换成气体蒸汽流的装置，所述装置包括：

(a)具有第一端和第二端的通道构件，所述通道构件具有多个连接所述第一端和第二端的通道，所述通道构件具有大致实体的区域和空隙区域，

(b)进口构件，所述进口构件用于将所述液体进料流导引至所述多个通道的第一端，以及

(c)出口构件，所述出口构件用于导引来自所述多个通道的气体蒸汽流，其中所述通道在所述进口与出口之间的任意距离x处具有垂直于初始进料流方向沿着空间平面的几何结构，其特征在于：1.空隙面积A'(x)以及，2.总横截面积A(x)，其中空隙率定义为

以及沿着装置的长度L的平均空隙率定义为

所述平均空隙率是0.4至0.7，

所述空隙率沿着所述装置长度L从在所述进口构件处的0.5至0.995的空隙率变化至在所述出口构件处的0.2至0.7的空隙率，其中沿着所述装置长度的空隙率变化是每线性英寸长度0.01至0.5空隙率下降，

所述通道的特征还在于，具有20in²/in³至1000in²/in³的平均单位体积表面积S_v，平均，其中所述通道由热容量至少100J/Kg-K、热导率至少10W/m-K、并且密度至少2500Kg/m³的材料制成。

2.根据权利要求1所述的装置，其中沿着所述装置长度的空隙率变化是每线性英寸长度0.15至0.35空隙率下降。

3.根据权利要求1所述的装置，其中在数量为大于一且小于二十的连续恒定的空隙率区域中的所述空隙率从所述进口构件到所述出口构件而下降。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述通道的特征还在于具有如下的通道水力直径d_H，所述通道水力直径d_H是从在所述进口处的0.1至10.0毫米至在所述出口处的0.2至0.5毫米。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述通道水力直径是从在所述进口处的0.3至5.0毫米至在所述出口处的0.4至2.0毫米。

6.根据权利要求4所述的装置，其中所述通道水力直径与通道长度的比是0.5至10,000。

7.根据权利要求4所述的装置，其中所述通道水力直径与通道长度的比是10至5000。

8.根据权利要求4所述的装置，其中所述通道水力直径与通道长度的比是40至200。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述通道具有50in²/in³至250in²/in³的平均单位体积表面积S_v，平均。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述通道由热容量为至少500J/Kg，热导率为至少50W/m-K，并且密度为至少5000Kg/m³的材料制成。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述通道由热容量为至少1000J/Kg，热导率为至少200W/m-K，并且密度为至少7000Kg/m³的材料制成。

12.根据权利要求1所述的装置，其中所述通道具有小于5psi/英寸的压降，Δp。

13.根据权利要求12所述的装置，其中Δp小于1psi/英寸。