CZ117696A3 - Catalytic reaction vessel for endothermic reactions - Google Patents

Catalytic reaction vessel for endothermic reactions Download PDF

Info

Publication number
CZ117696A3
CZ117696A3 CZ961176A CZ117696A CZ117696A3 CZ 117696 A3 CZ117696 A3 CZ 117696A3 CZ 961176 A CZ961176 A CZ 961176A CZ 117696 A CZ117696 A CZ 117696A CZ 117696 A3 CZ117696 A3 CZ 117696A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
catalyst
vessels
burners
reactor according
vessel
Prior art date
Application number
CZ961176A
Other languages
English (en)
Inventor
Francesco Giacobbe
Original Assignee
Mannesmann Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mannesmann Ag filed Critical Mannesmann Ag
Publication of CZ117696A3 publication Critical patent/CZ117696A3/cs

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/062—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes being installed in a furnace
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00477—Controlling the temperature by thermal insulation means
    • B01J2208/00495—Controlling the temperature by thermal insulation means using insulating materials or refractories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00157—Controlling the temperature by means of a burner
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0816—Heating by flames
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0838—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel
    • C01B2203/0844—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel the non-combustive exothermic reaction being another reforming reaction as defined in groups C01B2203/02 - C01B2203/0294
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0866—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combination of different heating methods

Description

Oblast techniky
Vynález se týká katalytického reaktoru pro endotermní reakce podle úvodní části patentového nároku číslo 1. Příklady takovýchto reakcí jsou např. výroba vodíku parním reformováním z uhlovodíků a procesy dehydrogenace, jaké jsou např. prováděny při výrobě styrenu z ethylbenzenu nebo propylenu z propanu nebo isobutylenu z isobutanu.
Dosavadní stav techniky
Z EP 0 380 192 Bl je znám katalytický reaktor, který má zvenku válcovitý tvar a zahrnuje reakční prostor prstencovitého průřezu. Materiál, který má reagovat, je přiveden zespodu do reakčního prostoru, naplněného katalyzující látkou, zatímco získaný katalyticky upravený produkt je odebírán na horním konci reakčního prostoru. Tento známý reaktor je vyhřívatelný hořákem, který je vytvořen pod oblastí základny reakčního prostoru, v oblasti spalovací zóny je obklopen ohnivzdorným obalem a je ve směru plamenů umístěn koaxiálně s podélnou osou reakčního prostoru. Vzhůru stoupající spalné plyny hořáku jsou vedeny po téměř celé délce reakčního prostoru tepelným rozdělovačem, který je vytvořen jako těleso trubkového tvaru z materiálu, který dobře vede teplo, a který bezprostředně navazuje na ohnivzdorné obložení oblasti spalování. Mezi trubkovým tepelným rozdělovačem a vnitřní hraniční stěnou prstencovitého reakčního prostoru zůstává prstencovitá štěrbina. Vznikající horké spalné plyny jsou tedy vedeny nejprve..........tepelným........rozdělovačem vzhůru.—a—r.a......horním konci tepelného rozdělovače jsou svedeny do prstencovité štěrbiny. Spalné plyny potom proudí shora dolů prstencovitou štěrbinou a odevzdávají přitom skrz vnitřní hraniční stěnu teplo do reakčního prostoru. Současně se však také od horkých spalných plynů, proudících vevnitř tepelného rozdělovače směrem vzhůru, ohřívají spalné plyny, proudící po stěně tepelného rozdělovače dolů, takže teplota plynů nacházejících se v prstencovité štěrbině zůstává téměř konstantní. V tomto ohledu může být známé zařízení provozováno jako prakticky izotermní reaktor.
V jednom jiném provedení vykazuje reaktor, známý z EP 0 380 192 Bl, namísto jednoho centrálně uspořádaného tepelného rozdělovače více paralelních tepelných rozdělovačů. Také u tohoto zařízení je vytvořen pouze jeden jediný hořák, který je svým prostorem spalování umístěn pod oblastí základny reakčního prostoru. Aby nebylo z vlastního prostoru spalování odevzdáváno ven prakticky žádné teplo, probíhá spalování každého použitého paliva za adiabatických podmínek, takže, podle druhu paliva, se dosahuje nežádoucí výše teploty plamene. Pro snížení teploty spalných plynů se sice může pracovat s podstatně zvýšeným přebytkem vzduchu, na např. 50 °%, namísto běžných asi 10 To vede ale nutně k odpovídajícímu nárůstu množství vznikajících odpadních plynů a ke ztrátám tepla, s tím spojeným, což je opět nežádoucí. Jako alternativa pro snižování teploty je podle EP 0 38 0 192 Bl navrženo zpětné vedení odpadních plynů do spalovací zóny. To je spojeno obzvláště s nevýhodou dodatečných stavebních úprav.
Z EP O 369 566 BI je znám další endotermní reaktor, jehož reakční prostor, naplněný katalyzátorem, · je—vytvořen ve tvaru oplášťující trubky uzavřené na dolním konci, do níž je vzestupná trubka vsazena tak, že materiál určený' ke zpracování může proudit protiproudně na jedné straně prstencovitým prostorem mezi oplášťující trubkou a vzestupnou trubkou a na druhé straně vzestupnou trubkou tak, aby procházel reakčním prostorem. U tohoto přístroje jsou spalné plyny k vyhřívání reakčního prostoru vyráběny za adiabati-ckých podmínek v odděleném přídavném zařízení a následně přiváděny bočně v oblasti dolního konce reakčního prostoru do ohnivzdorného pláště, který reaktor zvenku s odstupem obklopuje. Aby se zabránilo tomu, že by horké spalné plyny přišly přímo na stěnu reakčního prostoru, kde by mohly kvůli své vysoké teplotě škodit, je přívod spalných plynů vytvořen tak, že horké plyny nejprve narazí na trubicovou bariéru z ohnivzdorného materiálu, jsou otočeny vzhůru a jsou od horního konce ohnivzdorné bariéry vedeny dolů podél druhé trubicové bariéry z materiálu s dobrou tepelnou vodivostí. Teprve na spodním konci druhé bariéry mohou spalné plyny proudit opět vzhůru a může dojít k tepelné výměně stěnou reakčního prostoru. Současně nastává také tepelná výměna protisměrnými proudy spalných plynů skrz stěnu druhé bariéry s dobrou tepelnou vodivostí. .Tímto předběžným opatřením je dosaženo zřetelného poklesu teploty spalných plynů, jako u zařízení známého z EP 0 380 192 Bl, takže je stěna reakčního prostoru chráněna před nepřípustným tepelným namáháním. Reakční prostor tohoto reaktoru je omezen na jedinou nádobu reaktoru, takže pro zařízení rozdílné výkonnosti musí být vždy použito jiných odpovídajících rozměrů. Kromě toho je nevýhodné, že bariéry, vystavené vysokým teplotám, se opotřebovávávají a musí být po jisté provozní době vyměněny.
Podstata vynálezu
Úkolem vynálezu je vylepšit katalytický reaktor pro endotermní reakce výše popsaného druhu takovým způsobem, aby se zabránilo tepelnému poškozování nádoby reaktoru, aniž by bylo zapotřebí nákladných stavebních opatření, a aby nedošlo k nežádoucímu nárůstu množství vznikajících odpadních plynů, rovněž se musí počítat i s nevýhodami při energetickém využívání použitých paliv.
Tento úkol je pro jeden z výše popsaných reaktorů řešen znaky z význakové části nároku 1. Další výhodná vytvoření vynálezu jsou uvedena ve vedlejších nárocích 2 až 14.
Řešení podle vynálezu stanovuje jako podstatný znak, že spalování probíhá za nikoliv adiabatických podmínek, tedy že teplo je odváděno již během spalování z prostoru plamenů, takže maximální vyskytující se teplota plamene podstatně poklesne. Toho je dosaženo tím, že není vytvořeno pouze větší množství hořáků, ale i větší množství nádob katalyzátoru, které se zanořují do prostoru plamenů hořáků. V oblasti prostoru plamenů jsou nádoby katalyzátoru obklopeny vždy jednou bariérou, která je dále označena jako tepelný rozdělovač, neboť je z materiálu dobře vedoucího teplo a teplo přijímá a co možná rovnoměrně rozděluje dále. Nádoby katalyzátoru jsou uspořádány vždy mezi hořáky.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález bude blíže objasněn na základě příkladu
provedení, představuj e zobrazeného na obr. 1 až 7.—nar........-výkre-s-ech..........
obr. 1 podélný řez reaktorem podle vynálezu,
obr. la detail X z obr. 1,
obr. 2 příčný řez A obr. 1,
obr. 3 příčný řez B obr. 1,
obr. 4 podélný řez obměněným reaktorem,
obr. 4a zvětšení spodního konce nádoby reaktoru z obr. 4,
obr. 5 podélný řez izotermním reaktorem podle vynálezu,
obr. 6 příčný řez C z obr. 5 a
obr. 7 zvětšený řez detailem reaktoru z obr. 5.
Íl j
Příklady provedení vynálezu j ' . Ί li
U katalytického reaktoru, zobrazeného na obr. 1 až 3 v S různých řezech, je uspořádáno celkem pět trubkových nádob 10 | katalyzátoru navzájem paralelně ve vertikálním podélném j směru. Jejich podélné osy leží v jedné společné rovině H. j
Nádoby 10 katalyzátoru mají vždy od bezprostředně j j
sousedících nádob 10 katalyzátoru s výhodou stejný odstup j (obr. 3) . Po obou stranách roviny H je v jisté vzdálenosti od nádob 10 katalyzátoru umístěna vždy jedna řada čtyř hořáků 15, které jsou navzájem uspořádány stejným způsobem jako nádoby 10 katalyzátoru. Podélné osy hořáků 15 jsou vzhledem k podélným osám nádob 10 katalyzátoru umístěny tak, že hořáky 15 obou řad hořáků 15 leží výhodným způsobem vždy v oblasti meziprostoru mezí dvěma nádobami 10 katalyzátoru naproti sobě. Namísto zrcadlově symetrického uspořádání mohou být volena i jiná uspořádání hořáků 15 a nádob 10 katalyzátorů. Například mohou být řady hořáků 15 umístěny koncentricky uvnitř a okolo prstencovitého uspořádání nádob 10 katalyzátoru, takže i potom vzniká symetrické uspořádání. V podstatě by bylo možné i méně pravidelné rozmístění hořáků 15 a nádob 10 katalyzátoru. V zájmu co možná nejrovnoměrnějšleh tepelně technických účinků má však symetrické uspořádání podstatné výhody.
Ve výhodném provedení jsou hořáky uspořádány vertikálně ve směru plamenů, a sice směřující shora dolů. V podstatě by bylo možné i uspořádání hořáků 15 šikmé k podélné ose nádob 10 katalyzátoru nebo dokonce k této. ose nasměrované kolmo ze stěny, ačkoliv paralelnímu uspořádání je kvůli rovnoměrnému rozdělení teploty dávána přednost. Místo jediné řady nádob 10 může být v dalších provedeních vynálezu vytvořeno více řad, které jsou uspořádané vždy střídavě navzájem paralelně s řadami hořáků 15. Tímto způsobem může být docíleno přizpůsobení na téměř libovolnou kapacitu reaktoru, aniž by se musela měnit stavba jednotlivých nádob 10 katalyzátoru.
Jak ukazuje podélný řez obr. 1, má reaktor podle vynálezu, zde uvedený jako příklad, plášť 13, který je v podstatě z ohnivzdorného materiálu. Plášť 13 je ve své spodní části rozšířen do sálací komory 14, do které otvory,
- 7 ·proraženými jejím stropem, ústí hořáky 15. Nádoby 10 jj katalyzátoru, ‘ z......nichž jedna je znázotněna.....v- podélném ře zu, -— ρ ΰ
se zanořují přibližně jednou třetinou své délky shora do y sálací komory 14. Každá nádoba 10 katalyzátoru má vždy jeden f * * s přívod 17 vznikajících plynů pro materiál, který má být ý j
I katalyticky přeměňován. Přívod 17 vznikajících plynů je v !
I €
tomto příkladě vytvořen po straně na horním konci pláště 13. j
Protože je v každé nádobě 10 katalyzátoru vytvořena koncentricky vždy jedna vzestupná trubice 18, která prochází prakticky celou délkou nádoby 10 katalyzátoru, může být j odvod 19 vznikajících: plynů, kterým jsou odváděny produkty | s
vzniklé katalytickou reakcí, uspořádán rovněž po straně v | i
horní části nádoby 10 katalyzátoru. To má tu výhodu, že j nádoby 10 katalyzátoru mohou být připevněny na svých horních koncích vždy volně visící v plášti 13. Aby bylo v klidovém g
H stavu dosaženo dostatečně velké vzdálenosti spodního konce j y
nádoby 10 katalyzátoru ode dna pláště 13, mohou se nádoby 10 j katalyzátoru při zahřátí při provozu volně roztahovat směrem | dolů. Kdyby odvod 19 vznikajících plynů navazoval na přívod ii procesních plynů na protilehlém konci nádoby 10 !
’ (j katalyzátoru, musela by se učinit nákladná konstrukční J opatření, aby se kompenzovala tepelná roztažnost, aby | nevznikala žádná poškození potrubí. j
Jelikož přívod 17 procesních plynů a odvod 19 í vznikajících plynů nejsou uspořádány na nejkrajnějším horním > j íj konci nádoby 10 katalyzátoru, ale leží těsně pod ním, může I být horní svrchní plocha opatřena dobře přístupným, odnímatelným víkem 12, kterým je zaváděn a v případě potřeby vyměňován katalytický materiál. Po celé délce, kterou se | nádoby 10 katalyzátoru zanořují do sálací komory 14, jsou obklopeny vždy s odstupem trubkovým tepelným rozdělovačem 16 z materiálu dobře vedoucího teplo, s výhodou ze žáruvzdorné oceli, takže mezi stěnou nádoby 10 katalyzátoru a tepelným rozdělovačem 16 je.......vytvořena......prstencovitá štěrbina 21. Toto je blíže zobrazeno na obr. Ia, který zobrazuje zvětšený a podrobnější detail X z obr. 1. Je patrné, že nádoba 10 katalyzátoru je na svém spodním čelním konci těsně uzavřena dnem. Vznikající plyny, proudící shora dolů hmotou katalyzátoru, nacházející se v prstencovitém prostoru 11, jsou v oblasti čelní stěny obráceny a mohou vnikat prstencovitou průchozí štěrbinou do vzestupné trubice 18 a mohou být odváděny směrem vzhůru. Tato prstencovitá štěrbina je vytvořena tak, že vzestupná trubice 18 končí v malé vzdálenosti ode dna nádoby 10 katalyzátoru. Odvod 19 vznikajících plynů je spojen s vzestupnou trubicí 18 (obr. 1) a vyveden stěnou nádoby 10 katalyzátoru. Trubkový tepelný rozdělovač 16 je připevněn v horní části sálací komory 14. Délka tepelného rozdělovače 16 je dimenzována tak, že mezi dnem pláště 13 a čelní plochou tepelného rozdělovače 16 je s ohledem na tepelnou délkovou roztažnost za provozu udržován vždy ještě dostatečně velký odstup, aby horký spalný plyn mohl zespoda propustnou štěrbinou vnikat do prstencovité štěrbiny 21 mezi tepelným rozdělovačem 16 a nádobou 10 katalyzátoru. V mnoha případech se doporučuje vyrobit pro vstup spalných plynů do štěrbiny 21 ve stěně tepelného rozdělovače 16 otvory. To má tu výhodu, že žádané podmínky proudění spalných plynů mohou být nastaveny pouhou volbou počtu a velikostí těchto otvorů, aniž by se musela měnit vnější geometrie tepelného rozdělovače 16 a nádoby 10 katalyzátoru.
Teplo, potřebné pro endotermní reakci se procesnímu plynu, proudícímu nádobou 10 katalyzátoru, předává dílčím proudem spalných plynů, který prochází štěrbinou 21. Protože tepelný rozdělovač 16 dobře vede teplo, ohřívá se tento proud spalných plynů zároveň při odevzdávání svého tepla teplem ze sálací komory 14 stěnou tepelného rozdělovače 16,~ takže si udrží téměř tutéž teplotu i při dosažení výšky horní části sálací komory 14. Tato teplota leží ale značně pod adiabatickou teplotou plamenů, neboť již během spalování je procesnímu plynu pro endotermní katalytickou přeměnu předáváno stále teplo.
Nad horní částí sálací komory 14 jsou nádoby 10 katalyzátoru obklopeny pláštěm 13 ze žáruvzdorného materiálu stejným způsobem s malým odstupem, jako od tepelného rozdělovače 16, takže štěrbina 21 dále pokračuje směrem vzhůru. Samozřejmě by také bylo možné protáhnout tepelný rozdělovač 16 až k hornímu konci pláště 13 a stěnu pláště vytvořit teprve kolem horní části tepelného rozdělovače. V horní části nádoby 10 katalyzátoru, tzn. na příkladu obr. 1 asi ve 2/3 její délky, poklesne teplota spalných plynů v důsledku stálého předávání tepla a chybějící možnosti nepřetržitého přijímání tepla. Zchlazené spalné plyny opouštějí reaktor odvodem 22 spalin a mohou být dále využity v konvekční části nezobrazeného komplexního zařízení.
Obr. 4 a 4a zobrazují pozměněné provedení reaktoru podle vynálezu. Funkčně shodné díly jsou opatřeny shodnými vztahovými značkami, jako na obr. 1 až 3, takže dále nemusí být znovu uvedeny. Na rozdíl od prvního příkladu provedení vykazuje tento reaktor uvnitř prstencovité štěrbiny 21 šroubovicový vodící plech 24, který udělí procházejícímu proudu spalných plynů přídavný rotační pohyb kolem podélné osy nádoby 10 katalyzátoru, takže pak v důsledku takto vzniklého šroubovitého celkového proudění proudu spalných plynů je dosaženo obzvláště rovnoměrného rozdělení teplot vzhledem k reaktoru.
Spodní..... konec nádoby 10 katalyzátoru.....š tepelným rozdělovačem 16 je zobrazen na obr. 4a jako zvětšená jednotka. Rovněž na obr. 4 je uvnitř vzestupné trubice 18 patrná vestavba, působící jako prostředek 23 pro zlepšení výměny tepla, která je vytvořena ve tvaru s výhodou trubkového tělesa usměrňujícího proudění a probíhá koaxiálně v podstatě po celé délce vzestupné trubice 18 . Její vnější průměr je menší než vnitřní průměr vzestupné trubice 18, takže mezi nimi vznikne prstencovitý prostor 25. Trubkové těleso prostředku 23 pro zlepšení výměny tepla je vevnitř těsně uzavřeno (např. v dolní části), takže katalytickou reakcí vznikající plyn může po opuštění prstencovítého prostoru 11 naplněného katalytickým materiálem proudit vzhůru k odvodu 19 vznikajících plynů pouze tímto prstencovitým prostorem 25. Tímto způsobem je vznikající plyn nucen k výměně tepla s procesním plynem proudícím směrem dolů, která se uskutečňuje skrz stěnu vzestupné trubice 18 . Místo trubkového prostředku 23 pro zlepšení výměny tepla by samozřejmě mohlo být použito také těleso usměrňující proudění z plného materiálu.
Na obr. 5 až 7 je zobrazeno další provedení vynálezu, přičemž obr. 5 a 6 opět schematicky nabízejí vytvoření pláště 13 jakož i uspořádání hořáků 15 a nádob 10 katalyzátoru, zatímco obr. 7 přesněji zobrazuje nádobu 10 katalyzátoru. Opět jsou pro funkčně shodné díly použity tytéž vztahové značky, jako předtím. Rozdíl od prvního příkladu provedení spočívá v tomto případě v tom, že sálací komora 14 vyplňuje prakticky celý plášť 13 a tepelný rozdělovač 16 se nalézá v podstatě vždy po celé axiální délce nádoby 10 katalyzátoru. Tímto způsobem mohou spalné plyny proudící štěrbinou 21 vzhůru předávat teplo procesnímu plynu během celé cesty vzhůru a současně přijímat teplo stěnou tepelného rozdělovače 16, t a kže je......teplota po této cestě udržována prakticky konstantní. Tímto způsobem je vytvořen izotermní katalytický reaktor. Tomu odpovídajícím způsobem má vznikající plyn, proudící vzestupnou trubicí 18 směrem vzhůru, stejnou teplotu jako procesní plyn proudící prstencovitým prostorem 11 směrem dolů, takže nedochází k výměně tepla mezi těmito dvěma proudy plynů. Od vestavby tělesa usměrňujícího proudění do vzestupné trubice může být tedy upuštěno.
Obzvláštní výhoda vynálezu spočívá v tom, že výkon katalytického reaktoru může být plánovitě ve velkém rozsahu měněn, beze změn jednotlivých nádob 10 katalyzátoru samých, pouhou změnou počtu nádob 10 katalyzátoru a hořáků 15. V důsledku neadiabatického spalování teplota plamene podstatně klesne, takže nejsou zapotřebí žádné komplikované a příslušně drahé žáruvzdorné konstrukce. Přesto přese všechno zůstává tepelné namáhání trubkového tepelného rozdělovače poměrně malé.
Provedení, po stavební stránce odpovídající provedením obr. 1 až 4 jsou vhodná především pro parní reformování uhlovodíků, zatímco izotermní reaktor, jak je zobrazen na obr. 5 až 7, nabízí výhody obzvláště pro dehydrogenační procesy, jak je uvedeno výše.
advokái
Í2OA0 PRAHA / ?
H Ji Λ 0' 3 ;,W C'dc: cvy o

Claims (13)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY •f-3
    1. Katalytický reaktor pro endotermní reakbe_„_s ‘.—1pláštěm (13) vytvořeným ze žáruvzdorného materiálu, jehož vnitřek je vyhřívatelný horkými spalnými plyny, které jsou ven odváděny odvodem (22) spalin, přičemž ve vnitřku pláště (13) je uspořádáno vždy se vzájemným odstupem více nádob (10) katalyzátoru, které jsou alespoň v oblasti blízko své vnější stěny naplněny katalytickým materiálem a vykazují přívod (17) procesního plynu, pro materiál ke katalytickému zpracování, a odvod (19) vznikajících plynů, pro produkty vznikající katalytickou reakcí, a přičemž v plášti (13) je uspořádán větší počet hořáků (15) takovým způsobem, že nádoby (10) katalyzátoru leží mezi hořáky (15) a oblast plamenů hořáků (15) leží pro zajištění neadiabatického spalování vždy v oblasti nádoby (10) katalyzátoru vyznačující se tím, že nádoby (10) katalyzátoru alespoň částí své axiální délky, při ponechání úzké prstencovité štěrbiny (21) pro průchod horkých spalných plynů, jsou obklopeny vždy jedním trubkovým tepelným rozdělovačem (16) z materiálu dobře vedoucího teplo, obzvláště z kovu, že nádoby (10) katalyzátoru, které jsou na svých spodních koncích těsně uzavřeny dnem, jsou opatřeny vzestupnou trubicí (18), rozprostírající se po v podstatě celé jejich axiální délce, uspořádanou koaxiálně k podélné ose, končící v nepatrné vzdálenosti ode dna nádoby (10) katalyzátoru při zachování průchozí štěrbiny, přičemž mezi vzestupnou trubicí (18) a vnější stěnou nádoby (10) katalyzátoru je vytvořen prstencovitý prostor (11), který je pro procesní plyn průchodný po délce odshora dolů a je naplněn katalytickým materiálem, přičemž na vzestupnou trubici (18) je nahoře napojen odvod (19) vznikajících plynů.
  2. 2. Reaktor podle nároku 1, vyznačující se tím, že nádoby (10) katalyzátoru jsou uspořádány vertikálně a v podstatě navzájem paralelně, že vzájemná vzdálenost bezprostředně sousedních nádob (10) katalyzátoru je vždy stejná a že hořáky (15) jsou uspořádány symetricky k nádobám (10) katalyzátoru.
  3. 3. Reaktor podle nároku 2, vyznačující se tím, že alespoň části nádob (10) katalyzátoru leží svými podélnými osami ve společné rovině a že hořáky náležející těmto nádobám (10) katalyzátoru jsou uspořádány ve dvou řadách vedle sebe, zrcadlově symetricky vzhledem k rovině podélných os nádob (10) katalyzátoru.
  4. 4. Reaktor podle některého z nároků 2 nebo 3, vyznačující se tím, že hořáky (15) jsou uspořádány směrem svých plamenů vertikálně, zejména se směrem plamenů shora dolů.
  5. 5. Reaktor podle některého z nároků 3 až 4, vyznačující se tím, že je vytvořeno střídavě více paralelně vedle sebe uspořádaných řad nádob (10) katalyzátoru a hořáků (15).
  6. 6. Reaktor podle vyznačující se tím, že přiřazené hořáky (15) jsou (10) katalyzátoru posazeny řady hořáků leží naproti některého z nároků 2 až 5, řadě nádob (10) katalyzátoru vzhledem k podélným osám nádob tak, že vždy hořák (15) jedné nořáku (15) jiné řady hořáků v oblasti meziprostoru vzniklého mezi nádobami (10) katalyzátoru.
  7. 7. Reaktor podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že tepelný rozdělovač (16) se nalézá pro vytvoření izotermniho reaktoru vždy podél v podstatě celé axiální délky nádoby (10) katalyzátoru.
  8. 8. Reaktor podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že tepelný rozdělovač (16) se nalézá vždy jen podél části axiální délky, obzvláště pouze přes spodní díl nádoby (10) katalyzátoru a že nádoby (10) katalyzátoru jsou podél zbývající části jejich axiální délky při zachování vždy úzké prstencovité štěrbiny (21) obklopeny pláštěm (13) ze žáruvzdorného materiálu.
  9. 9. Reaktor podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že v prstencovité štěrbině (21) je vytvořen šroubovicový vodící plech (24), který spalné plyny, proudící vždy štěrbinou (21), uvede do šroubovicového rotačního proudění po vnější straně nádoby (10) katalyzátoru.
  10. 10. Reaktor podle nároku 1 až 9, vyznačující se tím, že ve vzestupné trubici (18) je vytvořen vždy jeden prostředek (23) pro zlepšení výměny tepla ve tvaru s výhodou trubkovitě vytvořeného tělesa usměrňujícího proudění, který při zachování druhého prstencovitého prostoru (25), pro vznikající plyn průchodného zdola nahoru, probíhá koaxiálně po v podstatě celé axiální délce vzestupné trubice (18) .
  11. 11. Reaktor podle některého z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že nádoba (10) katalyzátoru je na svém horním konci čelně opatřena těsně uzavíratelným víkem (12), které leží vně pláště a lze jím plnit katalytický materiál, a že přívod (17) procesního plynu a odvod (19) vznikajícího plynu jsou z horní části nádoby (10) katalyzátoru vyvedeny vždy po straně pod víkem (12).
  12. 12. Reaktor podle některého z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že nádoby (10) katalyzátoru a tepelné rozdělovače (16) jsou upevněny volně visící v horní části pláště (13), přičemž jejich dolní konce končí vždy alespoň v takové vzdálenosti ode dna pláště (13), že při zohlednění teplotní délkové roztažnosti za provozu je stále zajištěno volné visení a že zůstává zachována vstupní štěrbina (20) pro vnikání spalných plynů do prstencovité štěrbiny (21).
  13. 13. Reaktor podle některého z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že tepelný rozdělovač (16) má vždy na svém dolním konci ve své stěně vytvořeny otvory, kterými je dosaženo vnikání spalných plynů. do prstencovité štěrbiny (21).
CZ961176A 1993-10-29 1994-10-26 Catalytic reaction vessel for endothermic reactions CZ117696A3 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ITRM930719A IT1261857B (it) 1993-10-29 1993-10-29 Perfezionamento nei reattori catalitici per reazioni endotermiche, in particolare per la produzione di idrogeno.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ117696A3 true CZ117696A3 (en) 1996-09-11

Family

ID=11402031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ961176A CZ117696A3 (en) 1993-10-29 1994-10-26 Catalytic reaction vessel for endothermic reactions

Country Status (16)

Country Link
EP (1) EP0725675B1 (cs)
JP (1) JPH09503961A (cs)
CN (1) CN1133570A (cs)
AT (1) ATE152003T1 (cs)
AU (1) AU8057094A (cs)
BR (1) BR9407895A (cs)
CA (1) CA2175236A1 (cs)
CZ (1) CZ117696A3 (cs)
DE (1) DE59402559D1 (cs)
DK (1) DK0725675T3 (cs)
ES (1) ES2100745T3 (cs)
FI (1) FI961746A (cs)
GR (1) GR3023315T3 (cs)
IT (1) IT1261857B (cs)
NO (1) NO961114L (cs)
WO (1) WO1995011745A1 (cs)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1283877B1 (it) * 1996-01-12 1998-05-07 Kinetics Technology Reattore catalitico isotermo per reazioni endotermiche ad alta temperatura
ES2248207T3 (es) * 2000-09-20 2006-03-16 Air Products And Chemicals, Inc. Dispositivo y procedimiento para la reformacion de hidrocarburos.
JP2002274807A (ja) * 2001-03-14 2002-09-25 Osaka Gas Co Ltd 多管式反応装置
JP2007091584A (ja) 2005-09-27 2007-04-12 Samsung Sdi Co Ltd 燃料改質装置
FR2961117B1 (fr) * 2010-06-11 2012-06-08 Inst Francais Du Petrole Reacteur echangeur a tubes baionnettes et a tubes de fumees suspendus a la voute superieure du reacteur
ES2738389T3 (es) * 2016-08-02 2020-01-22 Air Liquide Aparato para proceso endotérmico con disposición mejorada de los tubos
CN109996760B (zh) 2016-10-25 2022-09-02 法国德西尼布 用于重整的催化剂管
KR101898788B1 (ko) * 2016-12-30 2018-09-13 주식회사 두산 연료처리장치
EP3990164A1 (en) 2019-06-28 2022-05-04 Technip Energies France Method of loading a tubular reactor with a catalyst tube assembly, and a catalyst tube assembly for a tubular reactor
EP4244182A1 (en) 2020-11-13 2023-09-20 Technip Energies France A process for producing a hydrogen-comprising product gas from a hydrocarbon
EP4105170A1 (en) 2021-06-18 2022-12-21 Technip Energies France Process and plant for flexible production of syngas from hydrocarbons
EP4279446B1 (en) 2022-05-17 2024-04-17 Technip Energies France Plant and process for producing hydrogen from hydrocarbons
EP4279445B1 (en) 2022-05-17 2024-04-17 Technip Energies France Plant and process for producing and separating syngas
CN116199185B (zh) * 2023-05-06 2023-07-18 浙江百能科技有限公司 一种煤炭分级利用废水高温催化制氢反应系统和方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4847051A (en) * 1988-03-21 1989-07-11 International Fuel Cells Corporation Reformer tube heat transfer device
JPH0631323B2 (ja) * 1988-09-30 1994-04-27 三井造船株式会社 分解炉
IT1224600B (it) * 1988-11-10 1990-10-04 Kinetics Technology Apparato per la produzione di idrogeno e gas di sintesi mediante reforming di idrocarburi che utilizza una barriera metallica per il controllo della temperatura di pelle del tubo catalitico

Also Published As

Publication number Publication date
ITRM930719A0 (it) 1993-10-29
NO961114D0 (no) 1996-03-19
NO961114L (no) 1996-03-19
EP0725675B1 (de) 1997-04-23
CA2175236A1 (en) 1995-05-04
IT1261857B (it) 1996-06-03
FI961746A0 (fi) 1996-04-23
DE59402559D1 (de) 1997-05-28
BR9407895A (pt) 1996-11-19
WO1995011745A1 (de) 1995-05-04
ITRM930719A1 (it) 1995-04-29
JPH09503961A (ja) 1997-04-22
ATE152003T1 (de) 1997-05-15
AU8057094A (en) 1995-05-22
GR3023315T3 (en) 1997-08-29
DK0725675T3 (da) 1997-08-25
EP0725675A1 (de) 1996-08-14
CN1133570A (zh) 1996-10-16
FI961746A (fi) 1996-04-23
ES2100745T3 (es) 1997-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3583780B2 (ja) 吸熱反応装置および方法
RU2234975C2 (ru) Проточный реактор с радиальным потоком и способ обработки жидкого потока реагентов
US8834586B2 (en) Compact exchanger-reactor using a plurality of porous burners
CZ117696A3 (en) Catalytic reaction vessel for endothermic reactions
EP2173469B1 (en) Process for performing an endothermic reaction
US20050158678A1 (en) Reformer process with variable heat flux side-fired burner system
US20080247942A1 (en) Method and Reactor for Carrying Out Endothermic Catalytic Reactions
EA028765B1 (ru) Печь и способ парового риформинга
EP1361919B1 (en) Reactor for conducting endothermic reactions
EA025292B1 (ru) Реактор для проведения автотермического газофазного дегидрирования
US5935531A (en) Catalytic reactor for endothermic reactions
US4412975A (en) Fired process heater
KR100855045B1 (ko) 탈수소화 방법
US5162104A (en) Apparatus and method for indirectly heating a gas
US2660519A (en) Fluid heater
EP0157463B1 (en) Method for dehydrogenating a hydrocarbon, an apparatus and method for conducting chemical reactions therein
JP2003521371A (ja) 熱交換反応装置
US2541548A (en) Pebble heating chamber for pebble heaters
GB2314853A (en) Reformer comprising finned reactant tubes
US10518236B2 (en) Systems for heating multi-tubular reactors
EP0169227A1 (en) Combustion heating apparatus for steam reforming