DE60203018T2

DE60203018T2 - Katalytischer reaktor

Info

Publication number: DE60203018T2
Application number: DE60203018T
Authority: DE
Inventors: Michael Joseph Preston BOWE; Clive Derek Poole LEE-TUFFNELL
Original assignee: GTL Microsystems AG
Current assignee: CompactGTL PLC
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: US7201883B2; NO20041616L; AU2002331937B2; WO2003033131A1; TW575467B; EP1434652A1; BR0213170B1; EP1434652B1; BR0213170A; MY126177A; US20050013769A1; DE60203018D1; NO330499B1

Description

Diese Erfindung betrifft einen katalytischen Reaktor, geeignet für die Verwendung in der Durchführung von Gasphasenreaktionen und insbesondere, aber nicht ausschließlich, zur Durchführung hochexothermer und endothermer Reaktionen, und auch ein chemisches Verfahren, das den katalytischen Reaktor verwendet.
Die Verwendung von katalytischen Material, geträgert auf einem Metallsubstrat, ist wohl bekannt. Zum Beispiel beschreibt GB 1 490 977 einen Katalysator, umfassend ein Aluminium enthaltendes, ferritisches Legierungssubstrat, beschichtet mit einer Schicht eines refraktären Oxides wie Aluminiumoxid, Titanoxid oder Zirkonoxid und anschließend mit einem katalytischen Metall der Platingruppe. Wie in GB 1 531 134 und GB 1 546 097 beschrieben, kann ein Katalysatorkörper im Wesentlichen flache Bögen und gewellte Bögen eines solchen Materials alternierend angeordnet, aufweisen, um so Kanäle durch den Körper zu definieren, wobei entweder mehrere solcher Bögen in einem Stapel angeordnet werden oder zwei solcher Bögen zusammengewickelt werden, um eine Rolle zu bilden. In diesen Beispielen haben sowohl, die flachen Bögen als auch die gewellten Bögen, Wellen im kleinem Maßstab, die sie überlagern, um so die Bildung der Beschichtung zu unterstützen. Solche Katalysatorkörper werden als geeignet für die Verwendung in der Behandlung von Fahrzeugabgasen beschrieben. In diesem Kontext wird Wärmetransfer zwischen einem Kanal und einem gegenüberliegenden Kanal nicht in Betracht gezogen, da alle Kanäle dieselben Gase bei denselben Drücken beinhalten. EP 0 885 653 A (Friedrich et al.) beschreibt einen kompakten Wärmeaustauscher für katalytische Reaktionen, in dem Durchflusskanäle durch einen einzelnen langen Bogen definiert werden, welcher ziehharmonikaartig gefaltet ist, wobei gewellte Folien zwischen aufeinanderfolgenden Platten der Ziehharmonika angebracht sind; die gewellten Folien sind Katalysatorträger und verstärken den Wärmetransfer zwischen den Kanälen, und in einem Beispiel durchlaufen die Gase auf einer Seite des Bogens eine exotherme Reaktion, während die auf der anderen Seite eine endotherme Reaktion durchlaufen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein katalytischer Reaktor zur Verfügung gestellt, umfassend eine Vielzahl an Metallbögen, angeordnet als ein Stapel und miteinander verbunden, wobei die Bögen erste Durchflusskanäle zwischen benachbarten Bögen, abwechselnd mit zweiten Durchflusskanälen zwischen benachbarten Bögen definieren, um so einen guten thermischen Kontakt zwischen den Fluiden in den ersten und den zweiten Durchflusskanälen sicherzustellen, wobei die Ausrichtung der zweiten Durchflusskanäle sich von derjenigen der ersten Durchflusskanäle unterscheidet, fluiddurchlässige Katalysatorschichten mindestens innerhalb der zweiten Durchflusskanäle bereitgestellt werden; Kopfelemente, um die jeweiligen Fluide den Durchflusskanälen zuzuführen, jedes erste Kopfelement umfassend eine Kammer, die an der Außenseite des Stapels angebracht ist und mit einer Vielzahl erster Durchflusskanäle kommuniziert, und jedes zweite Kopfelement umfassend eine Kammer, die an der Außenseite des Stapels angebracht ist und mit einer Vielzahl an zweiten Durchflusskanälen kommuniziert und zwar derart, dass nach dem Entfernen eines Kopfelements die Katalysatorschichten in den entsprechenden Durchflusskanälen entnehmbar sind.
Die Fluide in den Kanälen können Gase oder Gasmischungen sein, obwohl sie auch Flüssigkeitstropfen als Aerosol umfassen können. Wenn eine gewünschte Reaktion exotherm ist, kann eine Wärmetransferflüssigkeit (statt eines Gases) durch den anderen Kanalsatz geleitet werden.
Vorzugsweise umfassen die Katalysatorschichten fluiddurchlässige, metallische Wärmetransferschichten mit einer Katalysatorbeschichtung. Solche metallischen Wärmetransferschichten werden vorzugsweise auch in den ersten Durchflusskanälen bereitgestellt. Dies verbessert den Wärmetransfer. In jedem Fall kann die metallische Wärmetransferschicht eine nicht planare, metallische Folie oder einen metallischen Schaum oder ein Wabenmuster, einen fasrigen Bogen oder Sieb oder eine ähnliche Struktur, die Keramik und Metall kombiniert, umfassen; zum Beispiel muss sie für den Gasfluss hoch durchlässig sein. Typischerweise wären eine oder mehrere gewellte oder gekräuselte Folien geeignet. Eine weitere Möglichkeit ist ein gesinterter Metallfaserbogen, z. B. mit einer Porosität oberhalb 50%, der mit einer Katalysatorbeschichtung versehen wird und der selbst gewellt sein kann. Das Entfernen eines Kopfelements exponiert die offenen Enden der entsprechenden Durchflusskanäle, so dass jede Katalysatorschicht (aus was sie auch besteht) entfernt werden kann, indem sie der Länge nach aus dem Durchflusskanal durch das offene Ende herausgezogen wird.
Um den benötigten guten thermischen Kontakt sicherzustellen, sind sowohl die ersten als auch die zweiten Durchflusskanäle, in der Richtung normal zu den Bögen vorzugsweise weniger als 8 mm tief. Stärker bevorzugt ist, dass sowohl die ersten als auch die zweiten Durchflusskanäle in dieser Richtung weniger als 5 mm tief sind (wenn die Kanäle durch Furchen in nur einem Bogen definiert werden, dann entsprechen diese den Tiefen der Furchen). Um es den Platten zu ermöglichen, großen Druckdifferenzen zwischen den Fluiden in den verschiedenen Durchflusskanälen zu widerstehen, sind die Kanäle vorzugsweise nicht breiter als 50 mm in der Richtung tangential zu den Bögen.
Vorzugsweise sind die Bögen flach, mit Furchen eingearbeitet oder eingeätzt über ihre Oberflächen, um die Durchflusskanäle zu definieren. Der Reaktor kann deswegen einen Stapel solcher flachen Platten umfassen, die ausreichend dick sind, um der nötigen Druckdifferenz zu widerstehen, wobei die Furchen in benachbarten Platten unterschiedlichen Wegen folgen (was auch strukturelle Steifigkeit zur Verfügung stellt). Die Furchen können z. B. 20 mm breit sein, diese Breite wird bestimmt durch die Druckdifferenz, der der Bogen ausgesetzt ist, wobei jede eine oder mehrere gewellte Folien mit Material beherbergt, das mit katalytischem Material beschichtet ist. Verbinden der Platten in einer integrierten Struktur stellt sicher, dass die Durchflusskanäle gasdicht sind.
Vorzugsweise weisen die zweiten Durchflusskanäle auf den gegenüberliegenden Seiten eines ersten Durchflusskanals spiegelbildliche Durchflusswege auf. Dies kann dadurch erreicht werden, dass gegenüberliegende erste Durchflusskanäle und zweite Durchflusskanäle schräg zueinander ausgerichtet sind. In einem Beispiel weist der Stapel hexagonale Form auf, und erstreckt sich jeder Durchflusskanal zwischen einem entgegengesetzten Seitenpaar. In einer alternativen Ausführungsform ist jeder Bogen im Stapel (und daher der Stapel) rechtwinklig, wobei sich die ersten Durchflusskanäle über die Länge der Böben erstrecken und das zweite Fluid mindestens zwei zueinander schrägen Wegen zwischen gegenüberliegenden Kopfelementen folgt.
In einer Verwendung des katalytischen Reaktors ist die Gasmischung, die jedem Kanal zugeleitet wird, unterschiedlich von der Gasmischung, die den benachbarten Kanälen zugeleitet wird, und die entsprechenden chemischen Reaktionen sind auch verschieden. Eine dieser Reaktionen kann endotherm sein, während die andere Reaktion exotherm ist. In diesem Fall wird Wärme durch die Wand des Bogens, das die benachbarten Kanäle trennt, von der exothermen Reaktion zur endothermen Reaktion übertragen.
Dieser Reaktor ist insbesondere für die Durchführung der Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen (dies ist eine endotherme Reaktion, bei der Wasserstoff und Kohlenmonoxid generiert werden) geeignet, und die alternierenden Kanäle können ein Kohlenwasserstoff/Luft-Gemisch enthalten, so dass eine exotherme Oxidationsreaktion die nötige Wärme für die endotherme Reformierungsreaktion bereitstellt. Für die Oxidationsreaktion können mehrere verschiedene Katalysatoren verwendet werden, z. B. Palladium, Platin oder Kupfer auf einem keramischen Träger; z. B. Kupfer oder Platin auf einem Aluminiumoxidträger, der mit Lanthan, Cer oder Barium stabilisiert ist, oder Palladium auf Zirkonoxid oder stärker bevorzugt Platin/Palladium auf einem Gamma-Aluminiumoxidträger. Für die Reformierungsreaktion können ebenfalls mehrere verschiedene Katalysatoren verwendet werden, z. B. Nickel, Platin, Palladium, Ruthenium oder Rhodium, die auf keramischen Beschichtungen verwendet werden; der bevorzugte Katalysator für die Reformierungsreaktion ist Platin/Rhodium auf Aluminiumoxid oder stabilisiertem Aluminiumoxid. Die Oxidationsreaktion kann bei im Wesentlichen atmosphärischem Druck oder bei einem erhöhten Druck durchgeführt werden, während die Reformierungsreaktion bei erhöhtem Druck durchgeführt werden kann, z. B. bis bei zu 2 MPa (20 Atmosphären), noch typischerweise bei 0 bis 200 kPa oberhalb atmosphärischem Druck.
Es wird anerkannt werden, dass die Materialien, aus denen der Reaktor gemacht ist, während der Verwendung einer stark korrosiven Atmosphäre ausgesetzt sein können, z. B. kann die Temperatur bis zu 900°C sein, obwohl eher typischerweise um 850°C. Der Reaktor kann aus einem Metall wie einem Aluminium enthaltenden, ferritischen Stahl gemacht sein, insbesondere aus dem als Fecralloy (Marke) bekannten Typ, der aus Eisen mit bis zu 20% Chrom, 0,5–12% Aluminium und 0,1–3% Yttrium besteht. Zum Bei spiel kann er Eisen mit 15% Chrom, 4% Aluminium und 0,3% Yttrium umfassen. Wenn dieses Metall in Luft erhitzt wird, bildet es eine anhaftende Oxidbeschichtung aus Aluminiumoxid, die die Legierung gegen weitere Oxidation schützt. Diese Oxidbeschichtung schützt die Legierung auch gegen Korrosion unter Bedingungen, wie sie z. B. innerhalb eines Methanoxidationsreaktors oder eines Dampf-/Methanreformierungsreaktors vorherrschen. Wenn dieses Metall als Katalysatorsubstrat verwendet wird und mit einer keramischen Schicht, in die ein Katalysatormaterial eingefügt ist, beschichtet wird, nimmt man von der Aluminiumoxidschicht auf dem Metall an, dass sie sich mit der keramischen Beschichtung verbindet und so sicherstellt, dass das katalytische Material auf dem metallischen Substrat haftet.
Ein Problem bei jedem katalytischen Reaktor ist, dass der Katalysator Aktivität verlieren kann und infolgedessen ersetzt werden muss. Da die Reaktoren für die Verwendung bei hohen Temperaturen und Drücken geeignet ausgelegt sind, sind die Platten durch ein Verfahren wie Diffusionsverbinden miteinander verbunden (das eine gasdichte Dichtung sicherstellt), es wäre aber wünschenswert, in der Lage zu sein, den Großteil der Struktur wieder zu verwenden, und gleichzeitig in der Lage zu sein, die Katalysatoren zu ersetzen. Außerdem kann Gleichstrom- oder Gegenstromfluss der beiden Gasströme gewünscht sein, statt Querfluss, um eine befriedigende Temperaturverteilung zu erreichen; zueinander schräge Flussrichtungen der beiden Durchflusskanäle nähern sich dem an.
Für einige Zwecke kann das Katalysatormetall stattdessen direkt auf die haftende Oxidbeschichtung des Metalls (ohne keramische Schicht) abgeschieden werden.
Insbesondere kann es dann, wenn der Reaktor für eine endotherme Reaktion verwendet werden soll, wünschenswert sein, die Temperatur des Reaktors auf eine gewünschte Betriebstemperatur durch direktes elektrisches Heizen zu erhöhen, indem elektrischer Strom durch die Bögen, die den Reaktor bilden, durchgeleitet wird. Dies würde typischerweise nur am Anfang gemacht werden, wobei die Wärme im Folgenden durch eine exotherme Reaktion, die in den zweiten Gasdurchflusskanälen durchgeführt wird, oder durch heiße Gase (z. B. Abgase aus einem externen Verbrennungsverfahren, wie einem Laminarflussbrenner) zur Verfügung gestellt wird.
Die Erfindung wird nun weiter und stärker im Besonderen nur durch Beispiele und durch Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine Querschnittansicht eines Reaktors zeigt;
2 eine Querschnittsansicht eines alternativen katalytischen Reaktors zeigt.
Reaktoren der Erfindung können in einem chemischen Verfahren für die Konversion von Methan zu längerkettigen Kohlenwasserstoffen verwendet werden. Die erste Stufe beinhaltet Dampf/Methan-Reformieren, d. h. die Reaktion: Wasserdampf + Methan ----> Kohlenmonoxid + Wasserstoff
Diese Reaktion ist endotherm und kann durch einen Platin/Rhodium-Katalysator in einem ersten Gasflusskanal katalysiert werden. Die benötigte Wärme, um diese Reaktion in Gang zu setzen, kann durch die Verbrennung von Methan bereitgestellt werden, das ist sozusagen: Methan + Sauerstoff ----> Kohlendioxid + Wasser, was eine exotherme Reaktion ist und durch einen Platin/Palladium-Katalysator in einem benachbarten zweiten Gasdurchflusskanal katalysiert werden kann. Beide dieser Reaktionen können bei atmosphärischem Druck stattfinden, obwohl alternativ die Reformierungsreaktion bei einem erhöhten Druck stattfinden kann. Die Wärme, die durch die Verbrennungsreaktion generiert wird, würde durch den Metallbogen, der die benachbarten Kanäle trennt, durchgeleitet werden.
Die Gasmischung, die durch die Dampf/Methan-Reformierung hergestellt wird, wird Synthesegas genannt. Der Wasserstoff an sich kann ein gewünschtes Produkt darstellen, z. B. für die Verwendung in einer Brennstoffzelle. Alternativ kann die Gasmischung dann verwendet werden, um eine Fischer-Tropsch-Synthese durchzuführen, das ist sozusagen: Kohlenmonoxid + Wasserstoff ----> Paraffin oder Olefin (z. B. C₁₀) + Wasser, was eine exotherme Reaktion ist, die bei einer erhöhten Temperatur, typischerweise zwischen 200 und 350°C, z. B. 280°C und bei einem erhöhten Druck, typischerweise zwischen 2 MPa und 4 MPa, z. B. 2,5 MPa stattfindet, in der Anwesenheit eines Katalysators wie Eisen, Kobalt oder geschmolzenem Magnetit, mit einem Kalium-, Rhenium-, Rhodium- oder Yttrium-Promotor. Die genaue Natur der organischen Verbindungen, die durch die Reaktion gebildet werden, hängt von der Temperatur und dem Katalysator sowie vom Kohlenmonoxid zu Wasserstoffverhältnis ab. Die von dieser Synthesereaktion abgegebene Wärme kann dazu verwendet werden, zumindest einen Teil der Wärme, die für die Dampf/Methan-Reformierungsreaktion benötigt wird, bereitzustellen, z. B. kann ein Wärmetransferfluid wie Helium oder Dowtherm A oder Syltherm (Dow-Chemical-Marken) dazu verwendet werden, die Wärme von einem Reaktor, in dem Fischer-Tropsch-Synthese durchgeführt wird, zu transferieren, wobei die Wärme dazu verwendet wird, mindestens einen der Gasströme, die dem Reformierungsreaktor zur Verfügung gestellt werden, vorzuheizen.
In dem Reformierungsschritt wird z. B. ein Beschickungsgas, das hauptsächlich aus Methan mit einem geringen Prozentsatz (etwa 10%) Ethan und Propan besteht auf etwa 400°C erhitzt, mit einem Dampfstrom mit ebenfalls etwa 400°C gemischt und anschließend einem katalytischen Reaktor zugeleitet. Beide Ströme können bei atmosphärischem Druck vorliegen oder z. B. bei einem Druck von etwa 100 kPa oberhalb des Atmosphärendrucks. Die Ströme sind vorzugsweise so, dass das Dampf : Methan-Molarverhältnis zwischen 1 : 1 und 2 : 1 ist. Der erste Teil des Reaktors ist ein Vorreformer, mit einem Nickelmethanierungskatalysator bei 400°C, in dem die höheren Alkane mit dem Dampf reagieren, um Methan (und Kohlenmonoxid) zu bilden; dieser Vorreformer wird nicht benötigt, wenn das Beschickungsgas im Wesentlichen keine höheren Alkane enthält. Der zweite Teil des Reaktors ist ein Reformer mit einem Platin/Rhodium-Katalysator, in dem das Methan und der Dampf reagieren, um Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu bilden. Diese Umsetzung kann bei 850°C durchgeführt werden. Die Wärme für die endothermen Reaktionen kann durch das Verbrennen von Methan (und/oder Wasserstoff) über einem Palladium- oder Platinkatalysator in benachbarten Gasdurchflusskanälen oder alternativ aus Abgasen aus einer externen Verbrennungseinheit wie einem Laminarflussbrenner zur Verfügung gestellt werden, wobei die Gase aus dem Brenner gegenläufig zum Gasfluss durch den Reformer fließen; dies kann es den Reaktionsgasen ermöglichen, im Reformer eine Endtemperatur von bis zu 1000°C zu erreichen. Wenn katalytische Verbrennung verwendet wird, kann der Katalysator ein Metallhexaaluminat (wie Magnesiumhexaaluminat) als Substrat enthalten, aber ein bevorzugter Katalysator ist Platin und Palladium (10 Gew.-%) auf Gamma-Aluminiumoxid. Die Methan/Sauerstoff-Mischung kann stufenweise entlang des Reaktors zugeleitet werden, um sicherzustellen, dass über seine Länge Verbrennung erfolgt.
Die heiße Kohlenmonoxid- und Wasserstoffmischung, die aus dem Reformer herauskommt, kann dazu verwendet werden, dem Dampf und dem Beschickungsgas Wärme zur Verfügung zu stellen. Sie kann dann weiter verarbeitet werden, z. B. komprimiert und einem katalytischen Reaktor, in dem sie reagieren, zugeleitet werden, wobei sie Fischer-Tropsch-Synthese durchläuft, um ein Paraffin oder eine ähnliche Verbindung zu bilden. Das Gesamtergebnis der Verfahren besteht darin, dass Methan in höhermolekulare Kohlenwasserstoffe umgesetzt wird, die typischerweise bei Raumtemperaturen Flüssigkeiten sind. Die gewünschten Kohlenwasserstoffe können daher von den verbleibenden Gasen durch Kühlen abgetrennt werden, so dass die Flüssigkeiten kondensieren. Die Verfahren können an einer Öl- oder Gasquelle verwendet werden, um Methangas in einen flüssigen Kohlenwasserstoff umzuwandeln, der leichter zu transportieren ist.
Bezugnehmend auf 1, ein Reaktor 10 (z. B. geeignet zum Dampf/Methan-Reformieren) umfasst einen Plattenstapel 12, jeweils aus Fecralloy-Stahl, jeweils hexagonal mit einer Seitenlänge von 250 mm und 3 mm Dicke. Furchen 14 mit 20 mm Breite und 2,5 mm Tiefe werden in jede Platte eingearbeitet, sie erstrecken sich über jede Platte 12 von einer Seite zur gegenüberliegenden Seite, getrennt durch Flächen 15 mit 3 mm Breite (der Einfachheit halber werden in der Figur nur vier solcher Furchen 14 und drei solcher Flächen 15 gezeigt). Eine Trägerfolie 16 aus Fecralloy-Stahl, 50 μm dick, beschichtet mit einer keramischen Beschichtung, enthaltend ein Katalysatormaterial und mit 2,5 mm hohen Wellen, kann in jede dieser Furchen 14 hineingeleitet werden (es ist nur eine gezeigt). Ein Stapel solcher Platten 12 wird zusammengebaut, wobei sich die Orientierung der Furchen 14 um 60° in aufeinanderfolgenden Platten 12 unterscheidet, und ist mit einer Platte mit flachem Ende aus Fecralloy-Stahl bedeckt; der Stapel wird dann Diffusionsverbunden. Die gewellten Folien 16 werden anschließend eingefügt. Die Kopfelemente 18 werden anschließend mit den Flächen des zusammengesetzten Stapels verbunden. Somit werden die Gasdurchflusskanäle durch die Furchen 14 definiert; und die Orientierung der Platten 12 ist so, dass die Durchflussrichtungen in den Platten 12 oberhalb oder unterhalb einer jeden Platte 12 in einem Winkel von 120° zueinander liegen (diese Furchen werden jeweils durch die gestrichelten Linien bzw. die strichpunktierten Linien angegeben).
Die Dampf/Methan-Mischung wird dem Kopfelement 18a zugeleitet und die resultierende Wasserstoff- und Kohlenmonoxidmischung kommt am Kopfelement 18d heraus. Eine Methan/Luft-Mischung wird durch die Kopfelemente 18c und 18e zugeleitet (das heißt die Kopfelemente auf jeder Seite des Kopfelements 18d), so dass Abgase aus dem Verbrennungsprozess durch die Kopfelemente 18b und 18f herauskommen. Somit sind die Gasflüsse mindestens teilweise gegenläufig, so dass die heißeste Region in den Verbrennungskanälen, was nah am Einlass dieser Kanäle ist, am nächsten am Auslass der Dampf/Methan-Reformierungsreaktion liegt.
Die Kopfelemente 18 umfassen jeweils eine einfache rechtwinklige Kappe, die an ihrem Rand gegenüber dem Äußeren des Stapels abgedichtet ist, so dass sie eine Fläche des Stapels abdeckt. Sie können auf der Aussenseite des Stapels angeschweißt sein. Alternativ, wenn keiner der Gasflüsse bei erhöhten Drücken vorliegt, kann es angebracht sein, die Kopfelementkammern 18 auf der Aussenseite des Stapels anzuklammern. In jedem Fall ist ersichtlich, dass nach einer Verwendungszeitspanne, wenn der Katalysator in einem oder beiden der Kanäle verbraucht ist, die Kopfelemente 18 entfernt oder abgeschnitten und die entsprechenden Katalysatorträgerfolien 16 entnommen und ersetzt werden können. Die Kopfelemente 18 können anschließend wieder angebracht werden.
Es wird verstanden werden, dass die Keramikart, die auf den gewellten Folien 16 aufgebracht wird, in den Gasdurchflusskanälen in aufeinanderfolgenden Platten 12 in dem Stapel unterschiedlich sein kann und dass die Katalysatormaterialien sich auch unterscheiden können. Zum Beispiel kann die Keramik in einem der Gasdurchflusskanäle Aluminiumoxid umfassen und Zirkonoxid in den anderen Gasdurchflusskanälen. Der Reaktor 10, der aus den Platten 12 gebildet wird, kann ebenfalls für die Durchführung der Fischer-Tropsch-Synthese geeignet sein. Da die Platten 12, die den Stapel bilden, miteinander verbunden sind, sind die Gasdurchflusskanäle gasdicht (mit Ausnahme der Verbindung mit den Kopfelementen 18 an jedem Ende), und die Dimensionen der Platten 12 und Furchen 14 sind so, dass sich die Drücke in den alternierenden Gasdurchflusskanälen wesentlich unterscheiden können. Des Weiteren kann die Neigung oder das Muster der gewellten Folien 16 längs eines Reaktorskanals 14 variieren, um die katalytische Aktivität einzustellen und somit eine Kontrolle über die Temperaturen oder Reaktionsraten an verschiedenen Punkten des Reaktors 10 bereitzustellen. Die gewellten Folien 16 können z. B. auch mit Perforationen geformt sein, um das Mischen der Fluide innerhalb der Kanäle 14 zu fördern. Außerdem können Teile der Folie 16 frei von Katalysator sein. In jedem Fall erstrecken sich die Wellen vorzugsweise parallel zur Gasdurchflussrichtung.
In einer Modifikation des Reaktors 10 sind die Folien 16 wieder aus Fecralloy-Material, wird aber das Katalysatormaterial direkt auf der Oxidschicht des Fecralloy abgesetzt.
Bezugnehmend auf 2, ein alternativer Reaktor 20 umfasst einen Stapel Fecralloy-Stahlplatten 21, jede Platte ist im Allgemeinen rechteckig, 450 mm lang und 150 mm breit und 3 mm dick.
Auf der oberen Oberfläche jeder Platte 21 gibt es rechtwinklige Furchen 22 mit einer Tiefe von 2 mm, getrennt durch Flächen 23 (acht solcher Furchen werden gezeigt), aber es gibt drei verschiedene Anordnungen der Furchen 22. In der Platte 21, die in der Zeichnung gezeigt wird, erstrecken sich die Furchen 22 diagonal mit einem Winkel von 45° bezüglich der longitudinalen Achse der Platte 21 von oben links nach unten rechts, wie gezeigt. In einem zweiten Plattentyp 21 folgen die Furchen 22a (angezeigt durch durchbrochene Linien) einem spiegelbildlichen Muster, das sich diagonal mit 45° von links unten bis rechts oben, wie gezeigt, erstreckt. In einem dritten Typ der Platte 21 erstrecken sich die Furchen 22b (wie durch gepunktete Linien angezeigt) parallel zur longitudinalen Achse.
Die Platten 21 werden in einem Stapel zusammengebaut, wobei jeweils der dritte Typ der Platte 21 (mit den longitudinalen Furchen 22b), zwischen einer Platte mit diagonalen Furchen 22 und einer Platte mit spiegelbildlichen diagonalen Furchen 22a befindet und nach dem Zusammenbauen vieler Platten 21 wird der Stapel mit einer blanken rechteckigen Platte abgeschlossen. Die Platten 21 werden zusammengepresst und mit Diffusionsbindung verbunden, so dass sie miteinander versiegelt sind. Gewellte Fecralloy-Legierungsfolien 24 (es wird nur eine gezeigt), 50 μm dick, beschichtet mit einer keramischen Beschichtung, enthaltend ein Katalysatormaterial, geeigneter Formen und mit Wellen, die 2 mm hoch sind, können in jede solcher Furchen 22, 22a und 22b hineingeleitet werden.
Kopfelementkammern 26 werden entlang jeder Seite an den Stapel geschweißt, wobei jedes Kopfelement 26 drei Fächer durch zwei Lamellen 27 definiert, die ebenfalls an den Stapel angeschweißt sind. Die Lamellen 27 entsprechen einem Drittel der Länge entlang des Stapels von jedem Ende und treffen mit einer Fläche 23 (oder einem Teil der Platten ohne Furchen) in jeder Platte 21 mit diagonalen Furchen 22 oder 22a zusammen. Die Gasdurchflussköpfe 28 in der Form rechteckiger Kappen werden dann auf den Stapel an jedem Ende angeschweißt und sind mit den longitudinalen Furchen 21b verbunden. In einer Modifizierung (nicht gezeigt) können statt jedes Kopfelementes 26 mit drei Fächern, drei gegenüberliegende Kopfelementkammern anwesend sein, wobei jedes eine rechteckige Kappe wie die Kopfelemente 28 ist.
Bei Verwendung des Reaktors 20 zur Dampf/Methan-Reformierung wird dem Kopfelement 28 eine Dampf/Methan-Mischung an einem Ende (dem rechten Ende, wie gezeigt) zugeführt und die resultierende Wasserstoff- und Kohlenmonoxidmischung tritt durch das Kopfelement 28 am anderen Ende wieder aus. Die Methan/Luft-Mischung wird den Fächern beider Kopfelemente 26 am anderen Ende (dem Ende auf der linken Seite, wie gezeigt) zugeführt und so tritt das Abgas aus dem Verbrennungsprozess durch die Fächer beider Kopfelemente 26 am rechten Ende, wie gezeigt, wieder hervor. Der Durchflussweg für die Mischung, die dem Fach des Kopfelements oben links zugeführt wird (wie gezeigt), verläuft durch die diagonalen Furchen 22 in das Kopfelementfach unten mitte und dann durch die diagonalen Furchen 22a, um dann in anderen Platten in dem Stapel in das Kopfelementfach oben rechts zu fließen. Infolgedessen sind die Gasflüsse mindestens näherungsweise gegenläufig, so dass die heißeste Region in den Verbrennungskanälen, die nahe dem Einlass dieser Kanäle liegt, am nächsten am Auslass für die Dampf/Methan-Reformierungsreaktion liegt.
In einer alternativen Verwendungsart ist der Gasfluss in den longitudinalen Furchen 22b in entgegengesetzter Richtung, so dass die Flüsse mindestens näherungsweise gleichlaufend sind. In jedem Fall sind die Flusswege auf beiden Seiten einer Platte mit longitudinalen Furchen 22b in spiegelbildlich schräg, was den Vorteil einer besseren Temperaturverteilung bereitstellt, unter Verhinderung von Hot-Spots.
Wenn es nötig wird den Katalysator zu ersetzen, kann dies durch das Abschneiden der Kopfelemente 26 und 28 und dem anschließenden Extrahieren der Folien 24 aus allen Kanälen, die durch die Furchen 22 definiert werden, und dem Ersetzen der Folien 24 erfolgen. Die Kopfelemente 26 und 28 können dann wieder verbunden werden. Ein weiterer Vorteil dieses Durchflussarrangements ist es, dass Treibstoff zur Verbrennung auch Fächern der Kopfelemente 26 entlang der Länge des Reaktors 20 zur Verfügung gestellt werden kann, was das Erhalten einer einheitlicheren Treibstoff/Sauerstoff-Mischung ermöglichen kann.
Die Platten, die den Stapel bilden, können unterschiedlicher Größe und Form sein, und die Furchen 22 und 22a können eine unterschiedliche Orientierung aufweisen. Zum Beispiel können die Platten 800 mm auf 400 mm aufweisen und die Furchen können bei etwa 56° zur longitudinalen Achse (wenn es drei Kopfelementfächer entlang jeder Seite gibt), bei etwa 63° (wenn es vier Fächer gibt) oder bei etwa 68° (wenn es fünf Fächer gibt) sein.
In einer weiteren Alternative gibt es nur zwei Plattentypen, wobei Platten mit longitudinalen Furchen 22b mit Platten mit querlaufenden Furchen alternieren und die Leitbleche 27 in den beiden Kopfelementen 26 gestaffelt sind, wobei die Leitbleche 27 auf einer Seite sind gegenüberliegend der Positionen auf halbem Weg zwischen folgenden Leitblechen 27 auf der anderen Seite. Die Leitbleche 27 stellen daher eine Annäherung an Gegenstrom (oder Gleichstrom) sicher, obwohl sie nicht die Vorteile spiegelbildliche schräger Durchflusswege oberhalb und unterhalb jeder longitudinal gefurchten Platte bereitstellen.
In einer alternativen Verwendungsart findet die Verbrennung in einem externen Brenner statt (wie einem Laminarflussbrenner), wobei die sehr heißen Abgase bei etwa 900 oder 1000°C durch die Durchflusskanäle des Reaktors 10 oder 20 geleitet werden, durch die die Methan/Luft-Mischung im Gegenstrom zum Methan-/Dampffluss durchfließend beschrieben wurde. In diesem Fall ist es nicht notwendig, die Folien in diesen Kanälen mit keramischer Beschichtung oder Katalysator zur Verfügung zu stellen, sondern die Folien verstärken den Wärmetransfer zwischen dem zweiten Gasdurchflusskanal, der das heiße Abgas leitet, und den Reaktanten im Vorreformer und den Reformerkanälen, indem Wärme zu den trennenden Platten 12 oder 21 transferiert wird.
In einer weiteren Modifikation sind die Platten, die der Druckdifferenz zwischen den Durchflusskanälen widerstehen, z. B. die Platten 12 im Reaktor 10 oder die Platten 21 im Reaktor 20, aus Metall wie Titan oder Incalloy 800 HT, das den hohen Temperaturen und Drücken widerstehen kann und das ohne weiteres diffusionsverbunden werden kann, während Folien, z. B. 16 und 24, aus Fecralloy-Stahl gemacht sein können, wenn eine keramische Beschichtung (als Katalysatorsubstrat) benötigt wird.
In den Verbrennungskanälen des katalytischen Reaktors 14, wenn die katalytische Verbrennung verwendet wird, um Hitze zu generieren (wie angegeben), kann der Verbrennungskatalysator selber mit einer dünnen porösen inerten keramischen Schicht beschichtet sein, um so den Kontakt der Gasmischung mit dem Katalysator einzuschränken und so die Reaktionsrate, insbesondere am Beginn des Kanals, einzuschränken.
Wie vorhergehend erwähnt, kann elektrisches Heizen durch die Durchleitung eines elektrischen Stroms direkt durch die Platten, die den Reaktor bilden, anfangs verwendet werden, um die Temperatur des katalytischen Reaktors auf etwa 400°C vor dem Zuleiten von Gasen zu erhöhen, um sicherzustellen, dass eine katalytische Verbrennung stattfindet. Derartiges elektrisches Heizen kann auch während des Betriebes verwendet werden, um die Reaktortemperatur einzustellen. Elektrisches Heizen kann auch in der Nähe des Auslasses verwendet werden, um sicherzustellen, dass eine Temperatur von etwa 900°C durch die Gase, die die Reformierungsreaktion durchlaufen, erreicht wird.
In einer Modifizierung des Reaktors aus 2 sind die Platten 21 3,5 mm dick und die Durchflusskanäle 22 sind 3 mm tief und 40 mm breit. Anstatt einer einzelnen Folie 24 gibt es eine Folienanordnung, bestehend aus zwei Schichten gewellter Fecralloy-Legierungsfolie,jede mit einer Dicke von 50 μm und einer Amplitude von 1,4 mm, getrennt durch eine flache Folie. Diese Folien werden punktverschweißt, die Anordnung ist ausreichend lang, sich über die gesamte Länge der entsprechenden Furche 22 zu erstrecken (obwohl alternativ möglicherweise zwei solcher Anordnungen von Ende zu Ende in einer Furche 22 angeordnet sein können).
Nach dem Punktschweißen solch einer Anordnung würde sie einer oxidierenden Behandlung bei 900°C ausgesetzt. Eine wässrige Gamma-Aluminiumoxid-Suspension oder -sol (etwa 200 g/Liter) mit einer Oberfläche im Bereich von 50 bis 200 m²/g wird dann auf die Oberflächen der Anordnung durch Aufsprühen (oder Eintauchen) und Trocknen aufgetragen. Dieses Verfahren kann mehrmals wiederholt werden, um eine Dicke des Aluminiumoxids im Bereich von 50 bis 300 μm zu erreichen. Das Aluminiumoxid wird dann kalziniert. Eine verdünnte wässrige Platin-Rhodium-Salz-Mischung wird anschließend durch Sprühen und Trocknen aufgebracht, und dies wird wiederholt, bis die benötigte Gewichtsbeladung des Metallsalzes erreicht worden ist. Das Salz wird anschließend reduziert, um ein fein dispergiertes Katalysatormetall auf der Aluminiumoxidbeschichtung zu ergeben (alternativ hierzu kann das Aluminiumoxid in einer Lösung des Katalysatormetallsalzes dispergiert werden, so dass beide Komponenten zusammen aufgetragen werden). Die Katalysatorträgeranordnung kann dann in einen Durchflusskanal 22 einge führt werden. Typische Metallbeladungen sind im Bereich von 5% bis 25 Gew.-%, vorzugsweise etwa 10%.
Solch eine Folienanordnung als Katalysatorsubstrat stellt einen guten Metall-zu-Metall-Kontakt zur Verfügung, um Wärmetransfer zu oder von den Wänden des Kanals zu fördern. Gute Bedingungen für Wärme und Massentransfer liegen auch innerhalb der Folienanordnung vor, wenn die Weglänge für die Reaktionsgase zur Katalysatoroberfläche typischerweise weniger als 1 mm ist. Im Fall der Dampfreformierungsreaktion ist die Kinetik der Reaktion intrinsisch schnell, und die Kinetik wird oftmals durch den Wärmetransfer limitiert, da die Reaktion stark endotherm ist. Die Verwendung einer solchen Katalysatorfolienanordnung erlaubt es deshalb, die Reaktion mit einer hohen Umsetzungseffizienz (> 95%) bei Kontaktzeiten von weniger als 50 ms durchzuführen.
Die Katalysatorfolien zur Verwendung in den Verbrennungskanälen werden in ähnlicher Weise zusammengebaut und verarbeitet wie oben beschrieben, obwohl der bevorzugte Katalysator Palladium oder eine Mischung aus Platin und Palladium ist. Das Metallsubstrat für den Katalysator ermöglicht, dass der Verbrennungskatalysator mit einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung arbeitet und Hot-Spots auf der Katalysatoroberfläche eliminiert werden. Daher kann der Katalysator bei 900°C arbeiten, ohne bedeutende Verschlechterung der Aktivität mit der Zeit. Die aluminiumoxidreiche Oberfläche des oxidierten Metalls bildet eine hochintegere Bindung mit der keramischen Beschichtung.
Ein katalytischer Reaktor 20 wäre für die Durchführung von Fischer-Tropsch-Synthesen ebenfalls geeignet. In diesem Fall würde die Fischer-Tropsch-Reaktion typischerweise in den diagonalen Durchflusskanälen 22 und 22a durchgeführt werden, während das Kühlmittel durch die longitudinalen Kanäle 22b durchgeleitet würde. Für die Fischer-Tropsch-Reaktion muss die spezifische Katalysatoroberfläche (Oberfläche pro Volumeneinheit des Kanals) maximiert werden, um näherungsweise 90% Umsatz des Kohlenmonoxids in einem einfachen Durchgang durch den Reaktor und bei einer ökonomischen Kontaktzeit sicherzustellen, die typischerweise im Bereich von 1 bis 5 Sekunden sein würde. Zum Beispiel wäre eine spezifische Oberfläche im Bereich von 4000 bis 6000 m²/m³ erwünscht. Für diesen Zweck wäre jeder diagonale Durchflusskanal 22 und 22a wün schenswerterweise 4 mm tief und 20 mm breit und typischerweise im Bereich von 0,1 bis 1,0 m lang. In diesem Fall kann eine Folienanordnung daher aus etwa 5 Schichten gewellter Folien mit einer Amplitude von 0,75 mm bestehen, mit vier flachen dazwischenliegenden Folien, und, wie oben beschrieben, könnte solch eine Anordnung zusammen punktverschweißt werden, bevor sie mit Keramik und Katalysator beschichtet wird.
Zum Beispiel kann die Folienanordnung, wie oben beschrieben, oxidiert werden und mit Titanoxid mit einer spezifischen Oberfläche im Bereich von 60–300 m²/g beschichtet werden, in der Weise, wie es oben beschrieben ist, um eine Beschichtung von 50 bis 200 μm Dicke nach dem Sintern zu erreichen. Ein geeigneter Katalysator für diese Umsetzung wäre Kobalt (etwa 12% bis 40%) mit einem geringen Anteil eines Promotors wie Ruthenium (0,1 bis 1,0%), wobei diese Ziffern in Gewichtsprozent der katalytischen Beschichtung (das heißt Keramik plus Katalysatormetalls) angegeben sind. Andere Promotoren schließen Rhenium, Palladium oder Platin oder Zirkonoxid, Lanthanoxid oder Thoriumoxid ein. Zum Beispiel könnte eine wässrige Lösung eines gemischten Kobalt-Ruthenium-Salzes wiederholt auf die kalzinierte Keramik aufgebracht, getrocknet und dann reduziert werden, um die gewünschte Metallbeladung zu erreichen.
Es wird anerkannt werden, dass sich das Katalysatormetall, weil das Katalysatormetall innerhalb der dünnen keramischen Beschichtung (etwa 100 μm dick) auf einem metallischen Substrat aufgebracht wird, innerhalb dieser Distanz von der Oberfläche befinden muss, und daher ist es ohne weiteres durch die Reaktanten zu erreichen. (Im Gegensatz dazu könnte das Katalysatorsalz bei einem festen keramischen Substrat noch viel tiefer in die Keramik diffundieren). Da die chemische Reaktion ein flüssiges Produkt erzeugt, tendiert diese Flüssigkeit dazu, die Poren in der keramischen Schicht zu besetzen; diese Flüssigkeit beschränkt den Zugriff der Gase durch Diffusion auf die Katalysatorzentren, so dass dann, wenn die keramische Schicht mehr als etwa 300 μm dick wäre, es eine größere Tendenz für die Erzeugung von Methan (statt der bevorzugten längerkettigen Kohlenwasserstoffe) gäbe, weil Wasserstoff schneller als Kohlenmonoxid diffundiert. Ein weiterer Vorteil des Metallfoliensubstrats liegt im Unterstützen des Entfernens der Reaktionswärme, die dazu tendieren würde, Hot-Spots zu verursachen. Dies reduziert die Bildung von Methan ebenfalls, da die Methanbildung dazu tendiert, mit steigender Temperatur anzusteigen. Der Katalysator wird somit weniger anfällig für Desaktivierung durch Coking.
Die Anwesenheit der flüssigen Phase auf der Katalysatoroberfläche reduziert auch die Gesamtproduktivität des Reaktors. Wenn, wie oben erwähnt, die Fischer-Tropsch-Synthese in diagonalen Kanälen 22 und 22a durchgeführt wird, können die Flüssigkeit und die Gasphasen in den Kopfelementen 26, die die Kanäle verbinden, getrennt werden. Dieser Effekt kann verstärkt werden, indem eine Entnebelungspackung innerhalb der Fächer der Kopfelemente 26 näher am Auslass zur Verfügung gestellt wird. Das flüssige Produkt würde dann auf der Basis dieser Fächer drainiert werden. Innerhalb jedes Kanals sind die Gasflüsse parallel zu den Wellen, so dass Flüssigkeit dazu tendiert, mitgerissen zu werden, wodurch die Anreicherung von Flüssigkeit auf der Oberfläche des Katalysators minimiert wird.
Die Dimensionen der diagonalen Kanäle 22, 22a können auch entlang der Länge des Reaktors 20 variiert werden, wie auch die Form der Katalysator tragenden Folienanordnung 24. Zum Beispiel könnten die Kanäle in der Nähe des Auslasses des Reaktors schmäler sein, um so die lineare Geschwindigkeit im Kanal zu erhöhen.
Die Katalysatorschichten können andere Materialien als Metallfolie enthalten. Insbesondere können sich Vorteile aus der Verwendung eines gesinterten Fecralloy-Faserbogens ergeben, wie es z. B. von Microfiltrex erhältlich ist. In diesem Bogen weisen die Fasern einen Durchmesser von etwa 5 bis 10 μm auf, wobei die Struktur ausreichend offen ist, so dass die Porosität im Bereich von 70 bis 90% ist und der Bogen eine Dicke von etwa 0,5 mm aufweist. Solch ein Bogen kann gewellt oder gefaltet sein für die Verwendung in einem Durchflusskanal.
Solch ein Bogen kann, wie oben beschrieben, oxidiert werden und dann in ein Aluminiumoxid-Sol eingetaucht werden. In solch einem Sol, z. B. aus Gamma-Aluminiumoxid, bilden die Nanopartikel Agglomerate und können eine Größe unterhalb von 5 μm aufweisen und werden daher in den Bogen eindringen, wobei alle Zwi schenräume aufgefüllt werden. Die Suspension kann dazu gezwungen werden, durch den Bogen durchzufließen, um sicherzustellen, dass es in die gesamte Metallstruktur eindringt; die Anreicherung des Aluminiumoxids innerhalb der Struktur kann unterstützt werden durch das anfängliche Laminieren des Metallfaserbogens mit einem feinen Papierfiltermedium, bevor das Durchfließen der Suspension durch den Bogen verursacht wird, wobei das Papier das Heraustreten der Partikel aus dem fasrigen Metallbogen unterbindet. Der Materialbogen wird dann getrocknet, gewogen und kalziniert. Dieses Verfahren kann wenn nötig, wiederholt werden, um ein gewünschtes Aluminiumoxidgewicht zu erreichen. Der Katalysator (wie z. B. Kobalt) würde dann angewandt werden, so dass er durch die Hauptmenge des Materials diffundiert. Das Kobalt kann auch mit einem Promotor wie Ruthenium, wie oben beschrieben, kombiniert werden. Somit wird eine katalytisch aktive, Kobalt enthaltende katalytische Struktur zur Verfügung gestellt, mit einer Dicke von etwa 0,5 mm einer signifikanten Makroporosität, resultierend aus den Zwischenräumen zwischen den Metallfasern. Diese Räume können auch Aluminiumoxidpartikel enthalten, aber dennoch erlaubt die Struktur hohe Fluiddiffusionsraten durch dieselben.
Solch eine Katalysatorschicht wäre insbesondere für die Fischer-Tropsch-Synthese geeignet, da die hohe Porosität es ermöglicht, dass das Kohlenmonoxid im Wesentlichen so leicht wie Wasserstoff diffundiert; trotz der Dicke der Schicht, gäbe es daher keine Selektivität gegenüber Methanbildung. Die Metallfasern stellen sicher, dass die Katalysatorschicht Wärme leiten kann, um so die Bildung von Hot-Spots zu unterdrücken. Die Metallfasern stellen auch sicher, dass die Katalysatorschicht mechanisch widerstandsfähig ist. Diese Katalysatorstruktur könnte auch eine höhere Katalysatorbeladung pro Volumeneinheit ermöglichen, als die oben beschriebenen Metallfolien.
Daher stellt die vorliegende Erfindung auch die Verwendung einer solchen porösen Katalysatorschicht in einem chemischen Reaktor für die Durchführung einer Reaktion, insbesondere für die Durchführung einer Fischer-Tropsch-Synthese zur Verfügung.

Claims

Katalytischer Reaktor, umfassend eine Vielzahl an Metallblättern, angeordnet als ein Stapel und miteinander verbunden, wobei die Blätter erste Durchflusskanäle zwischen benachbarten Blättern, abwechselnd mit zweiten Durchflusskanälen zwischen benachbarten Blättern definieren, um so einen guten thermischen Kontakt zwischen den Fluiden in den ersten und den zweiten Durchflusskanälen sicherzustellen, wobei die Ausrichtung der zweiten Durchflusskanäle sich von derjenigen der ersten Durchflusskanäle unterscheidet, fluiddurchlässige Katalysatorschichten mindestens innerhalb der zweiten Durchflusskanäle bereitgestellt werden, Kopfelemente, um die jeweiligen Fluide den Durchflusskanälen zuzuführen, jedes erste Kopfelement umfassend eine Kammer, die an der Außenseite des Stapels angebracht ist und mit einer Vielzahl erster Durchflusskanäle kommuniziert, und jedes zweite Kopfelement umfassend eine Kammer, die an der Außenseite des Stapels angebracht ist und mit einer Vielzahl an zweiten Durchflusskanälen kommuniziert, und zwar derart, dass nach dem Entfernen eines Kopfelements die Katalysatorschichten in den entsprechenden Durchflusskanälen entnehmbar sind.
Katalytischer Reaktor, wie er in Anspruch 1 beansprucht ist, worin die Katalysatorschichten fluiddurchlässige, metallische Wärmeübertragungsschichten mit einer Katalysatorbeschichtung umfassen.
Katalytischer Reaktor, wie er in Anspruch 2 beansprucht ist, worin die Katalysatorbeschichtung eine keramische Beschichtung ist, die einen Katalysator umfasst.
Katalytischer Reaktor, wie er in Anspruch 2 beansprucht ist, worin die Katalysatorschicht mindestens eine gewellte Metallfolie, mit einer keramischen Beschichtung, umfassend einen Katalysator, umfasst.
Katalytischer Reaktor, wie er in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht ist, worin die benachbarten ersten und zweiten Durchflusskanäle schräg zueinander sind.
Katalytischer Reaktor, wie er in Anspruch 5 beansprucht ist, worin die zweiten Durchflusskanäle auf gegenüberliegenden Seiten eines ersten Durchflusskanals spiegelbildliche Orientierungen aufweisen.
Katalytischer Reaktor, wie er in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht ist, worin jedes Blatt im Stapel hexagonale Form aufweist, und sich jeder Durchflusskanal zwischen einem gegenüberliegenden Flächenpaar erstreckt.
Katalytischer Reaktor, wie er in einem der Ansprüche 1 bis 6 beansprucht ist, worin jedes Blatt im Stapel rechtwinklig ist, sich die ersten Durchflusskanäle über die Länge der Blätter erstrecken und die zweiten Durchflusskanäle sich schräg kreuzweise über die jeweiligen Blätter so erstrecken, dass der zweite Fluidfluss mindestens zwei schrägen Wegen zwischen gegenüberliegenden Kopfelementen folgt.
Verfahren für die Dampfreformierung eines Kohlenwasserstoffs, worin eine Mischung aus Dampf und dem Kohlenwasserstoff zweiten Durchflusskanälen eines Reaktors, wie er in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht worden ist, zur Verfügung gestellt wird und eine Wärmequelle wird den ersten Durchflusskanälen zur Verfügung gestellt.
Verfahren, wie es in Anspruch 9 beansprucht ist, worin die Wärmequelle eine brennbare Gasmischung ist und fluiddurchlässige Katalysatorschichten innerhalb der ersten Durchflusskanäle zur Verfügung gestellt werden, die einen Katalysator zur Verbrennung beinhalten.
Anlage zur Verarbeitung von Methan, um längerkettige Kohlenwasserstoffe zu produzieren, die Anlage umfassend einen ersten katalytischen Reaktor zur Durchführung von Dampf-/Methanreformierung und einen zweiten katalytischen Reaktor zur Durchführung von Fisher-Tropsch-Synthesen, worin jeder katalytische Reaktor ein katalytischer Reaktor, wie er in einem der Ansprüche 1 bis 8 beansprucht wird, ist; Mittel zum Überführen der Produkte des ersten katalytischen Reaktors zum zweiten katalytischen Reaktor, wobei die Mittel zur Übertragung mindestens einen Wärmeaustauscher, um Wärme aus den besagten Produkten zu entnehmen, und mindestens ein Kompressionsmittel zur Erhöhung des Drucks der Produkte beinhalten; und Mittel zur Kondensierung flüssiger Komponenten der Fluidmischung, die aus der Fisher-Tropsch-Synthese resultieren.