CN110770525A - 具有热交换器的反应装置和其用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种反应装置(1)，其具有限定内部(3)的第一壁(2)，在所述内部(3)中设置有搅拌机构(4)。热交换器(5)至少部分地设置在第一外壁(2)的背向内部(3)的表面和/或设置在搅拌机构(4)上，其中热交换器(5)具有格栅结构，并且提供具有格栅结构的至少两个层。因此，在不同温度水平的吸热过程中，能够尤其通过热辐射以精确且有效的方式传递热，以及从而将余热用于其他过程，所述吸热过程特别是裂解、气化和重整过程。

Description

具有热交换器的反应装置和其用途

技术领域

本发明涉及一种反应装置，其具有限定了内部空间的外壁，所述内部空间容纳有搅拌机构，反应装置还包括具有格栅结构的热交换器。因此，能够在不同温度水平的吸热过程中，主要通过热辐射以精确且有效的方式传递热，以及从而使用来自其他过程的余热，所述吸热过程特别是裂解、气化和重整。

背景技术

在生物燃料和类似的有机原料的热转化和热-化学转化两者中，通过热交换器将热传递到待处理的材料。

使用的例子是用于生物燃料或塑料的降解和转化的裂解、气化和重整反应器。在这些过程中，技术上困难的是：在某种程度上尽可能快以及同时尽可能有效地将大量的热传递给待处理的材料。出于生态和经济原因，这里使用来自单个转化产物燃烧的余热是有益的。这种余热潜在地通常足以提供所需量的热。但是，特别地在圆柱形反应器的情况中，不能够从外部传递来自废气的足够大量的热到待处理的材料。原因是相对小的热交换表面积和气体的普遍低的热容。尽管热交换表面积可通过特定的热交换器设计(例如，带有翅片的主体)来增加，但是这些修改通常与高的压力损失相关。为此，经常是不能将多个热交换器级联串联连接。

对于加热介质，水作为热传递介质是具有较高热容的替代物，但是在高于100℃的温度下使用相同体积的水会伴随有强烈的压力增加。这会严格限制或至少复杂化作为热传递介质的使用，并且因此也会影响整个系统安全方面。另一方面，基于盐的液体热传递介质具有较高的沸点，但熔点通常也显著地高于0℃，使得当系统停止时，其可在热交换器内凝固。

当使用加压的热传递介质时，如果能接受额外的技术设备和安全费用，则除蒸汽之外，加压的热气体也是适当的。与使用液体和蒸汽热传递介质相比，这里的优点是显著较低的压力损失。

为了使热投入到裂解和气化反应器中，迄今为止已经使用了不同的方法或其结合：

从外部间接加热，特别是电加热或基于燃烧器加热，

从内部间接加热，特别是通过螺杆轴或中空的螺杆表面，例如中空的螺杆热交换器(尤其是DE4412536、US2335422、US3909958、US4930484、DE3503069)，

通过已受热的(惰性)气体的流入来使加热介质与待转化的材料直接接触(例如，DE60104724)，

通过已受热的热交换颗粒，例如球体来使加热介质与待转化的材料直接接触，所述热交换颗粒被添加到待处理的材料中(尤其是DE2345800、DE376791、DE508566、DE60104724、DE102009007176、US2877106、US4110193)。

将这些和其他概念进行部分修改或略微调整以适于通过热辐射进行有效的热传递。尤其是，一些例子为将带有翅片的主体黑色阳极化处理或涂覆在红外范围内发射大量辐射的油漆。

1931年的GB19310012139的专利说明书描述了一种热交换器，其使用了网状结构。在该文件中提到的二维纤维通过弯曲和折叠转变为三维体。

发明内容

因此，从现有技术出发，本发明的目的是提供一种反应装置，其具有带有改善性能的热交换器。

根据本发明，该目的通过根据权利要求1的热交换器和根据权利要求18到20的其用途而实现。

本发明提出了一种反应装置，其带有限定内部空间的第一壁，所述内部空间容纳有搅拌机构，热交换器至少部分地设置在第一壁的背向内部空间的表面上和/或设置在搅拌机构上，其中热交换器具有格栅结构，并且设置具有格栅结构的至少两个层。

在本发明的意义中，反应装置理解为意味着在其中可进行反应的任何装置。这种反应装置的实施例是反应器，特别是圆柱形的反应器，例如管式炉。术语反应装置可指反应器、反应器的部分或多个(例如两个到四个)彼此连接的反应器。

在根据本发明的反应装置中，搅拌机构至少部分地包括热交换器。为此目的，搅拌机构可具有中空的搅拌叶片，在搅拌叶片的腔中设置有热交换器。

在一个实施方案中，反应装置具有由第一壁和第二壁制成的双壁，以使得在第一壁和第二壁之间形成容纳热交换器的中间空间。因此，热交换器可以特别有利的方式安装以实现改善性能。

在一个实施方案中，根据本发明的反应装置是管式炉。在另一个实施方案中，搅拌机构是螺杆输送机。通过这种设计，可以特别有利的方式实现根据本发明的待实现的改善性能。

在一个实施方案中，螺杆输送机具有带有不同斜度的部分。这样，限定了多个部分，在这些部分中成分可不同地混合，这些部分可以特定的方式单个地控制并且可具有不同的温度。

在另一个实施方案中，根据本发明的反应装置具有带有不同温度的多个反应区，以使得可根据要求以特定的方式控制反应过程。

在另一个实施方案中，多个部分存在于一个反应器中或者存在于相互连通的具有不同温度的反应器中。作为有利的结果，可有益地且特定地控制反应过程。

特别地，对于圆形或半圆形的反应器的热-化学转化，例如用于生物燃料、煤、塑料、含有聚合物的(金属)混合物或其混合物的热-化学转化，热交换器是有利的。此外，可用在用于处理聚合物和塑料等的挤出机上。

作为与使用相关的设计，热交换器可有利地用于对具有多个反应区的反应装置特定地提供热能或散出热能。这里，实施例是生物燃料转化中的级联设计，其中中间的反应器部分由于反应动力学而具有最高的热需求。借助于本发明，该需求可通过安装不同的温度区和具体控制和分布热交换器中的热气体流来达到。

根据本发明，提供热交换器，在反应装置中将热能从一种材料流传递到另一种材料流，热交换器具有格栅式结构(在下文中也称为格栅结构)并且热交换器包括或由具有格栅式结构的至少两个层或层板组成。

在本发明的意义中，格栅结构理解为意味着任何格栅结构，其中格栅是以特定等距布置的狭长部件。这里，狭长部件可与其他狭长部件交叉，因此形成具有特别是规则网眼或开口的结构。网眼/开口可具有任何几何形状，例如其可为菱形、正方形或六边形。格栅也可具有圆形边缘。格栅结构可为刚性的或柔性的。

这种格栅结构用作热交换器。特别地，这意味着格栅结构被调整成使其满足可用作为热交换器的要求。根据本发明的热交换器被特别调整成使得介质流过所有的层。

热交换器具有至少两个具有格栅结构的层，例如，在约3个到约50个之间或在约5个到约30个之间。这种多层结构可例如通过将具有格栅结构的层堆叠在彼此之上而产生。

从GB9310012139得知的热交换器与根据本发明所使用的热交换器的不同点如下：一方面，在GB9310012139中描述的网状物，尽管被弯曲和折叠，但是仅由介质能流动穿过的一个层组成；以及另一方面，介质仅在径向方向中流动穿过该层，类似于筛的通道。为了具有尽可能大的热传递表面积，网状物应具有非常细的网结构，但是这将导致高的压力损失。当GB9310012139的网状物的多个层以层式布置时，会产生类似的效果。相比而言，根据本发明所使用的热交换器具有多个层，这些层中的每一个具有格栅结构并且还被调整为使得介质流动穿过所有的层。

通过热交换器，能够精确且有效地传递热(尤其是通过热辐射)到不同温度水平的吸热过程中，特别是裂解、气化和重整，并且这样做可使用来自其他过程的余热。甚至在相对低的500℃的温度下，由热交换器可实现使用通过热辐射的高效能量传递。特别地，热源是热气体，其来自于转化产物，例如裂解或气化产物的燃烧。在多个过程中，所需热的快速投入很大程度上由可使用的热交换表面积决定，与反应器装置的壁的表面相比，所述热交换表面积由特定的格栅结构显著地扩大。发生在类似系统(例如带有翅片的主体)中的压力损失被降低到最小值。

非常低的压力损失的原因是，伴随有低体积流量和低流速的层流足以使热交换器高效地工作。因此，可无需产生湍流，所述湍流的产生反过来又需要显著更大的单元。这可节省投资费用和能量费用。

在一个实施方案中，热交换器的层在其接触点或表面处彼此相连，术语“相连”是指可存在永久粘合，例如可通过焊接、焊合或胶粘来实现。对于在较低温度范围中的热传递，这是有益的。

在一个实施方案中，格栅结构包括或由筛网(即，具有可根据使用而各自设计的网眼的格栅)组成。在热交换器中，其每个层可具有或由这种筛网组成。这样，可以特别有利的方式实现根据本发明的优点。对于格栅结构，可涉及到特别是通过线材堆叠、构造格栅表面。通常，能够在任何三维结构中实现格栅结构。作为示例蜂窝结构可被命名为有序或对称结构。但是，格栅也可被用作为非有序的、非对称的结构。对于用作为用于热气体的热交换器，与其他类型的热传递相比，非常低的压力损失和高比例的热辐射是有利的。根据材料的选择，在相对低的温度(400到500℃)下，热辐射效果可起作用。

在一个实施方案中，筛网可具有下述参数中的至少一个，在一些实施方案中，也可具有所有的这些参数：网眼尺寸为从约3mm到约30mm或从约8mm到约25mm；间隙体积分数为约80％到约97％或约90％到约95％，或从气体到格栅的对流热传递的表面密度为约500m²/m³或更少。由于约30mm到约150mm或约50mm到约100mm的高的通道宽度、间隙体积分数和表面密度，最大约1.5m/s的异常低的热气体流速对于有效的热传递是足够的。无需产生伴随有压力损失的湍流气体流。

对于格栅结构的几何设计，具有多种选择。例如，设计可采用由线材彼此相连的多个层的形式，所述层为相对平坦的、近似为二维的格栅结构。格栅结构也可由以波状方式弯曲的线材构成，所述线材在适当的点处穿过多个平面而彼此相连。格栅结构可额外地具有纵向翅片，其增加了热传递面积并且可改善沿反应器壁的热传导。此外，翅片或板可用于在热传递系统内以定向方式引导气流。作为进一步可能，格栅结构可具有相互连接的线体，其可具有更多或更少的复杂几何结构。这些线体的设计例如可类似于拉西环或其变体的几何形状。格栅也可类似于蜂窝结构。其也可被设计为非有序的格栅结构，类似于钢丝绒。这里，线材厚度可根据过程参数(特别是温度和氧含量)来选择，以保证格子结构的稳定性。

在一个实施方案中，热交换器，即格栅结构可包括或由金属、金属合金、烧结的金属化合物或陶瓷材料组成。例如，金属，如铜、铁、铝和多种金属合金(例如，VA-钢)适于在低温范围内的热传递。其他可能的是，使用烧结的金属化合物(例如，钢基础上的烧结铜层)，以及以其他方式包覆的金属或材料。由于防腐和/或改善热传导和/或热辐射性能的原因，可制作不同材料的组合。对于高温范围，可尤其使用陶瓷材料(例如，氧化铝或碳化硅)。

在一个实施方案中，热交换器可具有催化剂。通过格栅结构的特定涂层，例如金属或陶瓷涂层，除了作为热交换器的功能外，可实现催化效果。这种效果会促进所使用的热交换器介质内的所需要的反应。一个实施例是在使用燃料气体的余热中，减少有害燃料气体成分(例如，NO_x、二恶英/呋喃，等)。

在一个实施方案中，热交换器可设计为反射器(例如，抛光的线材)；特别地，反应装置的壁设计为黑体(例如，涂铝钢)。这使得能够实现辐射热的均匀分布。

在一个实施方案中，热交换器可具有翅片，特别是纵向翅片。特别地，在相对低的燃料气体温度下，在格栅结构中安装翅片/纵向翅片是有利的，所述翅片/纵向翅片可牢固地与反应器壁相连。这额外地增加了热传递表面积。此外，也会发生到反应器壁内的改善的热传导。根据本发明的热交换器可提供为加热固定床反应器。为了进一步提高热传递表面积，延伸进入到床体积内的翅片可安装在反应器的内部。这样，从外部穿过格栅而提供的热的增加量可被有效地引入反应床内。

在一个实施方案中，热交换器可与隔热材料一起应用。这可用于，例如阻止反应装置在热气体引入点处被过加热或防止在反应装置的起始端件和末端件处的轴承和密封件被过加热。隔热层的材料厚度的变化也可用作为隔热或缓冲，以及用于使温度分布均匀化。这样，在外部区域(即，在这种情况中，在热交换器中)中，趋向于太热的温度可被均匀地引入到特定的反应区域并且处于适于反应的水平。热交换器可以夹持设计与隔热材料结合，其也可被设计为楔形。对于具有纵向流的热交换器以及对于交叉流热交换器而言，这是特别有利的。

在一个实施方案中，根据本发明的反应装置可用于碳化、裂化和/或重整生物燃料和/或生物残留物。为此目的，可使用至少两个可在不同温度下操作的反应装置，其中至少两个反应装置可以类似于级联的方式布置。特别地，在无氧情况下，可在两个反应器级中将生物燃料或生物残留物碳化、裂化和重整。这些过程产生的固体转化产物可被气化，以及随后在气体燃烧器中燃烧，由此产生热气体。

为了有效且在过程中使用热气体，使用热交换器基于热交换器的特定的、堆叠/层叠的和因此三维的格栅结构，热气体会流动穿过所述热交换器，来将能量传递到反应装置。由于这种格栅的特定结构，可通过增加的热传递面积将热气体内的热能的量有效地引入到反应装置中，而在系统中没有高的压力损失。具有不同温度的反应装置的类似于级联的串联连接使得能够使用在每个步骤后可获得的剩余量的能量。这样，总能量源或热源中的次级能量源的份额被显著减小，并且因此对于热能平衡而言，一旦已经达到操作温度，整个系统可独立地操作。

在一个实施方案中，根据本发明的反应装置可用于散出来自放热过程的热，以及用于热回收。例如，热交换器可用于从外部间接冷却反应装置。由于非常低的压力损失，也能够有效地冷却热气体流并且通过将热交换器直接引入到废气流中以允许热回收。

与通过基于电或燃烧器系统的加热相比，在高效热传递到待转化的材料方面有明确的改进，其特征是高比例的热辐射。在传统的热交换器，来自转化产物的燃烧的热气体的使用受限，这是由于受限的热传递表面积以及尤其是由于高的压力损失的低效率。

在一个实施方案中，根据本发明的装置可用于由温度控制的(批量)反应器系统的动态控制，其中反应动力学使得能够首先将热提供给发生在反应装置内的过程，以及在超过预定的阈值后，再将热散出。这种过程的实施例可以是化学反应和酶反应。由于能够动态的开始、停止和改变，因此在紧急情况也中能够将应用过程关停。

除了有效的加热，热交换器也适合于冷却反应器。一些实施例为放热转化过程(例如，气化或燃烧)，这里存在过加热的风险。热交换器允许特定地移除过量的热，尤其是这种热局部地发生在特定的反应区内。通过挡板或彼此分开的单独热交换器级联来特定地控制冷却介质，可实现这种热。

此外，可将热交换器与各种加热系统(例如电阻加热或感应加热)结合。对于所提及的实施例，如果选择适当的材料，格栅也可用作为电导体，以不但用作热交换器而且也用作主动加热元件。除了已经提及的这些，所有的流体，包括空气或纯净气体例如氮气或氧气，通常适合作为热传递介质。也可考虑例如热油的介质，其在较高温度下为液体。

相较于其他热交换器系统，本热交换器提供了如下一些优点。一个优点是，热传递表面积提高，这意味着需要显著较低的流速或体积流量。结果，与仅在湍流条件下实现充分热传递性能的热交换器(例如，板式或管束式热交换器)相比，压力损失更低。因此，使用格栅结构也不同于用于增加热传递表面的其他技术方案，例如使用球床或钢丝绒。与具有格栅结构的热交换器相比，该两个技术方案会导致高的压力损失。其他优点是，根据本发明的热交换器由于其低的压降而能在很大程度上耐受垢渣，与根据现有技术的热交换器相比，这降低了故障风险和维护成本。这使得热交换器特别适于含粉尘和/或含盐的燃料气体。

由于具有格栅结构的热交换器的低的压力损失，如果这些反应器要求不同温度水平的热，则能够以类似于级联的方式设置多个反应器。存在于热气体内的热能被逐级地引入到转化过程中。在最后一级之后仍剩余的热可用来加热用于气体燃烧器的助燃空气和/或用来干燥整个过程的可能的潮湿原料。

可将不同类型的热交换器结合以创建特定产品的热投入设计。例如，第一反应器可在逆流中操作，第二反应器在交叉流中操作以及第三和第四反应器在并流中操作。如果投入的材料被缓慢加热，接着被均匀地提供恒定温度的热，以及随后应被快速升到更高温度的话，这是非常有利的。

附图说明

下文将通过附图和示例性的实施方案来更详细地解释本发明，而不限定本发明的一般性概念。这里，

图1显示了根据本发明的反应装置；

图2显示了热交换器；

图3显示了反应器布置，在其中使用了热交换器；

图4显示了在第一实施方案中，在具有螺杆输送机的管式炉中热交换器与隔热材料的结合，所述具有螺杆输送机的管式炉作为根据本发明的反应装置；

图5显示了在第二实施方案中，在具有螺杆输送机的管式炉中热交换器与隔热材料的结合，所述具有螺杆输送机的管式炉作为根据本发明的反应装置；

图6显示了具有螺杆输送机的管式炉的螺杆叶片的三维视图，所述螺杆输送机填装有热交换器以及用于加热各自的螺杆部分的管路；

图7显示了图6的管式炉的侧视图，所述管式炉具有三个各自可热控制和机械控制的螺杆部分；

图8a和8b显示了对图6的管式炉的各自的螺杆部分进行加热的转换件的三维视图。

具体实施方式

图1显示了根据本发明的反应装置1。该装置具有限定内部空间3的第一壁2，所述内部空间3容纳有搅拌机构4。此外，根据本发明的反应装置具有第二壁6，所述第二壁在第一壁2和第二壁6之间限定中间空间7。在该中间空间7中，具有热交换器5。搅拌机构4具有中空的螺杆叶片4a，其以与在第一壁2和第二壁6之间在中间空间7内容纳热交换器5相同的方式容纳热交换器5。

图2显示了热交换器5。格栅结构涉及具有线材8的堆叠的、构造的格栅，所述线材8在接触点9处接触相邻格栅的线材8并且被直接焊到接触点9处，这对于在较低温度范围内的热传递是特别有用的。格栅结构具有网眼10并且因此其为筛网。此外，格栅结构具有肋11。

筛网包括以下参数：网眼尺寸约8mm，间隙体积分数为约90％，或从气体到格栅的对流热传递的表面密度高达500m²/m³。由于高的通道宽度(约100mm)、间隙体积分数和表面密度，最大值为1.5m/s的异常低的热气体流速对于有效的热传递是足够的。不需要产生伴随有压力损失的湍流气体流。

接下来的应用和计算实施例显示了图2的热交换器5在用于反应装置1中时的优点。在热方法中，在无氧情况下，生物燃料，例如来自沼气系统的污水污泥、基质或马粪被在两级反应器中碳化、裂化和重整。通常，会形成三部分，根据其聚集状态被分为固体(煤)、液体(油)和气体产物。对于液体和气体产物，例如存在有将其用在双燃料街区型热电站(BHKW)中，以便例如以特定需求的方式产生电和热，这在经济上和生态上是非常令人感兴趣的选择。另一方面，所产生的富碳煤被气化，然后在气体燃烧器中燃烧以提供过程所要求的热。具有约1200℃的初始温度的燃烧气体被用于在具有不同温度水平的全部4个区上加热反应器，以便燃烧气体顺次经过四个反应区(参阅图3)。

图3显示了反应器布置，在其中使用了热交换器。该布置具有四个反应区，13a、13b、13c和13d，其可为独立的、分开且彼此分离的反应器或也可为反应器的不同部分。为了简单起见，以下在这两种情况中使用了术语反应区。反应区13a与热源12相连，以便热气体通过管道15a进入到反应区13a内。热气体从反应区13a经管道15b到达反应区13c，以及从反应区13c经管道15b到达反应区13b。热气体从反应区13b穿过管道15c到达反应区13d，热气体从此处经管道15e被排放。待转化的材料从反应区13d出发，穿过管道14c、14b和14a经过反应区13c和13b进入到反应区13a。这里，反应区13a具有最高的温度。热气体管道15a、15b、15c和15d装配有上文描述的带有格栅结构的热交换器5。

此实施例所基于的反应器系统是工业规模的并且具有300kg/h的容量。系统具有表1给出的基础数据。

表1：反应器系统的几何数据

对于表1中列出的几何结构，应注意的是，从10到200mm的宽度被认为是代表性的。

但是，实验工厂或甚至实验室规模的小反应器也可使用小于10mm的宽度。

使用如表1所描述的这种系统，可得到大于20kW/m²的热流同时具有低的压力损失，这取决于反应器内部的热流、热气体温度和壁的温度。

在具体的实施例中，考虑到4个反应区13a、13b、13c和13d，在1200℃(入口)到523℃(出口)的热气体温度下，经15.6m²的总的壁面积实现了总共156.9kW的热流。同时，产生仅129.2hPa的适当的压力损失。

使用余热来最佳地预加热燃烧空气，通过忽略管道(14a-e)中的热损失且通过反应器表面的辐射，可实现高达86.9％的热传递机构的热效率。

表2显示了关于热能数据的示例性的实施方案的结果。

表2

对于在690kg/h、1200℃的热气体的实施例下热能的量的提供，每小时需要48.3kg所生产的(生物)煤，其碳具有16.6MJ/kg的热值和38Ma％的灰含量。在具有最大不同投入材料的多个实施方案中，显示出在过程中可提供这种量(平均，400kg/h的投入产出120kg/h的生物碳)。

为了产生热气体，首先将煤在逆流气化炉中气化，然后在压力腔室中在略微超压下燃烧。这里，可达到在80-90％范围内的冷气体效率，以使得该加热系统的整体热效率为约70-80％。

为了在气体力学上有效克服加热系统的压力损失，可使用压力风扇和吸力风扇的结合，这使得由于材料选择而废气热交换器是有利的。

一般地，这种加热系统的整体效率会随着燃烧气体的入口温度的增加而增加。

图4和5显示了热交换器5与隔热材料16如何结合。例如，对于避免反应器在热气体引入点处的过加热或防止在反应器的起始端件和末端件处的轴承和密封件避免过加热，这是有利的。热交换器5和隔热材料16的结合是具有楔形形状的夹持设计。对于具有纵向流的热交换器和交叉流热交换器，如下面图4和5所示，这是特别有用的。

图4显示了图3的可能的反应区13a、13b、13c和13d中的一个。这里所描述的反应装置1示例性地显示为管式炉1a，这里管道壁17限定容纳螺杆输送机18的内部空间3，所述螺杆输送机18具有螺杆轴19和螺杆叶片20。热交换器5和隔热材料16设置在背向内部空间的表面上。两者大体为楔形并且堆叠在彼此的顶部上。热气体流21沿管道壁17纵向流动并且流动穿过楔形的热交换器5和类似的楔形的隔热材料16。

图5显示了在交叉式热交换器1b内的热交器5和隔热材料16的结合。交叉式热交换器1b包括限定内部空间3的管道壁17，所述内部空间3容纳有具有螺杆轴19和螺杆叶片20的螺杆输送机18。交叉流热交换器1b具有特征为螺杆叶片的相反倾斜方向的两个部分，如图5所示。在两个部分中，热交换器5和隔热材料16位于管道壁17的与内部空间3相对的表面上，并且两者堆叠在彼此的顶部上且为楔形。图5显示了以箭头标出的热气体流21。热气体流21分开并且流到两个部分中。

具有内部空间搅拌单元(例如螺杆件18)和大的反应器直径的反应器从外部加热以及另外通过螺杆轴19(变体1)和/或螺杆叶片20(变体2)加热也是可以的。在变体2的情况中，还具有两个变体(2a和2b)：

变体1)：螺杆轴19(额外地)用于加热目的：螺杆轴19为中空并且填装有具有格栅结构的热交换器5。热气体则以适当的温度流动穿过螺杆轴并且热能从反应器的内部传导到待转化的材料中。

变体2)：作为螺杆轴19的替代或附加，螺杆叶片20也填装有具有格栅结构的热交换器5并且热气体流动穿过螺杆叶片：

2a)：热气体从开始处到末端处流动穿过填装有具有格栅结构的热交换器5的螺杆叶片20。如果可使用内部温度梯度，例如DC热交换器，以使待转化的介质具有与热气体相同的温度，则这种设计是特别令人感兴趣的。

2b)：螺杆轴19将各个管道22内不同或相等温度的热气体引导到螺杆的不同部分25A、25B、25C。管道端部则将热气体引导到螺杆叶片20的部分中，这可精确地将热能引入待转化的材料中。这种变体可用于将材料逐步地或沿类似于反应器级联布置的回火。在后者的情况中，各个反应器不可单独地安装在一个系统中。这节省了空间并且可降低热损失。

下面的图6到8说明了在上文特别描述的变体2b。

图6以三维视图显示了管式炉1a，在其中螺杆叶片20填装有热交换器5。此外，热交换器5位于由管道壁17和外壁24形成的空间内。具有管道22的盖子23闭合螺杆轴19，管道22延伸进入到螺杆轴19内以在其中输送热气体。

图7显示了图6的装置的侧视图，其具有可通过管线22a、22b和22c各自热控制和机械控制的三个螺杆部分25a、25b和25c。这里，管线22a延伸到螺杆部分25a的端部，以及管线22b延伸到螺杆部分25b的端部。第三管线22c延伸到第三螺杆部分25c的端部。因此，通过具有不同长度的管线22a、22b和22c可实现螺杆部分25a、25b和25c的上述各自热可控性和机械可控性。如图7所示，螺杆叶片20在不同的螺杆部分25a和25b和25c中具有不同的螺距。螺杆轴19的内部可通过盖子23闭合。热气体可在管线22a、22b和22c内传输。

图8a和8b从两个不同的视角显示了用于加热如图7详细描述的各个的螺杆部分25a、25b和25c的转换件的三维视图。管线22a、22b和22c可通过连接管线26彼此相连以从一个部分的回流变成另一部分的前向流。

除了上述通过在本发明中描述的热交换器类型来引入热量设计之外，也可以在放热过程情况中将过程反转。因此。在一个或多个反应器中释放热，并且热可通过该新颖的热交换器散出以及提供给随后的过程。

由于在每个示例性的实施方案中，热气体在分离的(气体-)紧密密封的流道内流到待处理的材料，通常也可以使用由于其成分而不能与待处理的材料接触的热气体。

Claims (20)

1.一种反应装置(1)，具有限定内部空间(3)的第一壁(2)，所述内部空间(3)容纳有搅拌机构(4)，

其特征在于，

热交换器(5)至少部分地设置在所述第一壁(2)的背向所述内部空间(3)的表面上和/或设置在所述搅拌机构(4)上，所述热交换器(5)具有格栅结构，并且设置具有格栅结构的至少两个层。

2.根据权利要求1所述的反应装置(1)，其特征在于，其具有包括所述第一壁(2)和第二壁(6)的双壁，以使得在所述第一壁(2)和所述第二壁(6)之间形成容纳所述热交换器(5)的中间空间(7)。

3.根据权利要求2所述的反应装置(1)，其特征在于，所述反应装置(1)是管式炉(1a)。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的反应装置(1)，其特征在于，所述搅拌机构(4)是螺杆输送机(18)。

5.根据权利要求4所述的反应装置(1)，其特征在于，所述螺杆输送机(18)包括具有不同螺距的螺杆部分(25a、25b、25c)。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的反应装置(1)，其特征在于，所述反应装置(1)具有至少两个反应区(13a、13b、13c、13d)，所述至少两个反应区具有不同的温度。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的反应装置(1)，其特征在于，所述热交换器(5)的层在其接触点(8)或接触表面处彼此相连。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的反应装置(1)，其特征在于，所述格栅结构包括筛网或由筛网构成。

9.根据权利要求8所述的反应装置(1)，其特征在于，所述筛网具有3mm到30mm的网眼尺寸。

10.根据权利要求8或9所述的反应装置(1)，其特征在于，所述筛网的间隙体积分数为90％到95％。

11.根据权利要求8到10中任一项所述的反应装置(1)，其特征在于，所述筛网的从气体到格栅的对流热传递的表面密度在200m²/m³到500m²/m³之间。

12.根据权利要求8到11中任一项所述的反应装置(1)，其特征在于，所述筛网的通道宽度在30mm到150mm之间。

13.根据权利要求1到12中任一项所述的反应装置(1)，其特征在于，所述热交换器(5)包括金属、金属合金、烧结的金属化合物或陶瓷材料或由金属、金属合金、烧结的金属化合物或陶瓷材料构成。

14.根据权利要求1到13中任一项所述的反应装置(1)，其特征在于，所述热交换器(5)包括催化剂。

15.根据权利要求1到14中任一项所述的反应装置(1)，其特征在于，所述热交换器(5)设计为反射器。

16.根据权利要求1到15中任一项所述的反应装置(1)，其特征在于，所述热交换器(5)具有翅片(10)。

17.根据权利要求1到16中任一项所述的反应装置(1)，其特征在于，所述热交换器(5)与隔热材料(16)一起存在。

18.一种根据权利要求1到17中任一项所述的反应装置(1)的用途，用于碳化、裂化或重整生物燃料和/或生物残留物。

19.一种根据权利要求1到17中任一项所述的反应装置(1)的用途，用于从放热过程移除热和用于热回收。

20.一种根据权利要求1到17中任一项所述的反应装置(1)的用途，用于由控制温度的反应器系统的动态控制，其中首先将热提供给发生在所述反应器内的过程，以及在超过预定的阈值后，将热散出。

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