DK158385B - Katalytisk reaktor-anlaeg - Google Patents

Description

DK 158385B

KATALYTISK REAKTOR-ANLÆG

Denne opfindelse vedrører et katalytisk reaktor-anlæg af den i indledningen til krav 1 angivne slags.

5

Katalytiske reaktor-anlæg til omdannelse af kulbrinter til industrielt anvendelige gasarter, såsom brint, er velkendte. De er almindeligvis udformet til høj gasydelse. Apparaturets størrelse har som regel været af mindre betydning, da omkost-10 ningerne ved fremstillingen af gasprodukterne kun udgør en lille del af prisen på de produkter, der fremstilles af produkt-gassen. Den mest almindelige fremgangsmåde til fremstilling af brint er dampomdannelse eller "Steam-Reforming" af kulbrinter ved at lede disse gennem opvarmede reaktionsrør, 15 som er fyldt med en opvarmet katalysator, og som er anbragt i en ovn. Typiske reaktionsrør er 6,1-12,2 m lange, og den største del (ca. 70%) af varmeoverførsien sker ved udstråling fra ovnens vægge til reaktionsrørene. Dette kræver relativt stor afstand mellem rørene og anbringelse af rørene i nærheden af 20 ovnens vægge, således at hvert rør bliver ensartet opvarmet af væggenes udstråling. Disse kommercielle brint-fremstillingsanlæg har en meget høj varmeoverførselsgrad af størrelsesordenen 54260-67825 kcal/m 2 reaktionsrøroverflade og pr. time; men da denne systemtype primært afhænger af strålevarme, er reakto-25 rens termiske virkningsgrad kun 40-60%. Skønt der kan opnås en høj brint-omdannelse, forlader en stor del af den i ovnene producerede varmeenergi ovnen i form af spildgas med høj temperatur (det vil sige varmetab). Følgelig skal der bruges store mængder brændstof for at opnå en høj opvarmningsgrad. Hvis 30 varmeenergien ikke udnyttes til en sideløbende proces, såsom dampfremstilling, går den tabt. Selv om spildevarmen udnyttes, bruges den ikke til fremstilling af brint, og dermed reduceres reaktorens termiske virkningsgrad, og omkostningerne ved brintproduktionen stiger.

Sideløbende med udviklingen af brændstofcelle-kraftanlæg opstod behovet for billig brint som brændstof, såvel som behovet 35 2

DK 158385B

for lave anlægsomkostninger, således at brændstofcelle-kraft-anlægget økonomisk var i stand til at konkurrere med eksisterende elektriske kraftanlæg. Disse behov motiverede yderligere industrien til at nedbringe størrelsen af og omkostningerne 5 ved det brændstofbehandlings-apparatur, der anvendtes ved omdannelsen af kulbrinter til brint. US patent nr. 3 144 312 og US patent nr. 3 541 729 prøver begge at reducere reaktionsapparaturets størrelse og samtidig forøge den termiske virkningsgrad. I hvor høj grad dette er lykkedes, hvis det er lyk-10 kedes, er ikke nemt at fastslå, men i den efterfølgende beskrivelse vil ulemperne ved disse konstruktioner blive fremhævet i sammenligning med denne opfindelse.

US patent nr. 3 909 299 beskriver et katalytisk reaktor-anlæg 15 af den i indledningen til krav 1 beskrevne slags, som hverken kan arbejde med høje termiske reaktorvirkningsgrader eller har en kompakt opbygning.

Opgaven for opfindelsen er at udforme et katalytisk reaktor-20 anlæg af denne art, således at det er kompakt, har en høj termisk reaktorvirkningsgrad og kan arbejde med høje varmeydel-ser.

Denne opgave er ifølge opfindelsen løst med de i krav 1 angiv-25 ne kendetegn.

Ved det katalytiske reaktor-anlæg ifølge opfindelsen frembringes varme til reaktionen af 1) varm ovngas, som strømmer i modstrøm i forhold til strømmen gennem reaktionskammeret i den 30 snævre, ringformede ovngaskanal ved reaktionskammerets ydervæg og 2) ved regenerativ varme fra de reaktionsprodukter, der forlader reaktionskammeret og strømmer i modstrøm til strømmen gennem reaktionskammeret ind i regenerationskammeret langs reaktionskammerets indervæg og i det væsentlige er isoleret fra 35 varmeindflydeisen fra de varme ovngasser. Opfindelsen er især egnet til at anbringe et stort antal reaktorer i et kompakt ovnvolumen.

DK 158385B

3

For med lave omkostninger at opnå høje opvarmningsydelser (det vil sige den hastighed, med hvilken varmen bliver overført fra de varme ovngasser i ovnen til reaktionsstrømmen pr. enhed 5 vægflade, der adskiller de to strømme) kræves en kompakt anbringelse. Høj termisk reaktorvirkningsgrad kræver en høj hastighed for omdannelse af kulbrinter til brint sammen med et minimalt brændstofforbrug i ovnen. Indviklede og dyre konstruktioner med det formål at undgå ekstreme termiske belast-10 ninger opstået ved temperaturforskelle mellem de forbundne dele, skulle ikke være påkrævede.

Alt det ovenstående kan opnås med denne opfindelse, i hvilken to strømme bruges til at opvarme reaktionsstrømmen. Hovedvar-15 mekilden kommer fra den modstrømmende strøm af ovngasser gennem en snæver, ringformet del langs reaktionskammerets udvendige væg. Den anden varmekilde er regenerationsvarme fra de reaktionsprodukter, som forlader det ringformede reaktionskammer, og som strømmer i modstrøm gennem regenerationskammeret 20 langs reaktionskammerets indvendige væg. Anvendelsen af modsatte strømme og ovngas-kanalen såvel som regenerationskammeret er nødvendig for at opnå optimal opvarmningsydelse og optimal termisk reaktorvirkningsgrad. En høj overførsels-effektivitet af regenerationsvarme nedsætter den krævede ovnvarme-25 ydelse pr. enhed fødemateriale, som strømmer gennem reaktionskammeret. Derfor kan der behandles en større mængde fødemateriale med det samme brændstofforbrug i ovnen (det vil sige, at apparaturet fungerer med en samlet højere termisk virkningsgrad) .

30

Fordelagtige udformninger af opfindelsen fremgår af underkravene .

Størrelsen af ringspalterne ifølge krav 3 og 4, det vil sige 35 afstanden mellem ovngas-kanalens og regenerationskammerets vægge, hvilken ringspalte fører de varme gasser i varmevekslerforbindelse med reaktionskammeret, er en kritisk faktor 4

DK 158385 B

ved bestemmelsen af, hvor meget af den til rådighed værende varme i varmestrømmene der faktisk overføres til reaktionsgasstrømmen.

5 I beskrivelsen af opfindelsen er det hensigtsmæssigt at betragte den parameter, der hedder varmeoverførsels-effektivitet (G). Varmeoverførsels-effektiviteten svarer til varmestrømmens enthalpivariation divideret med den teoretisk maksimale en-thalpivariation. Med andre ord, hvis opvarmningsstrømmen har 10 enthalpien Ex ved dennes tilgangstemperatur Tx og enthalpien E2 ved afgangstemperaturen T2, og hvis den opvarmede strøm har en tilgangstemperatur T3, så er varmeoverførselses-effektivi-teten mellem de to strømme angivet ved følgende ligning: 15 E, - E2 e = ·_ Εχ - e3 hvor E3 er varmestrømmens enthalpi beregnet ved temperaturen 20 T3.

Det er også vigtigt at definere reaktorens termiske virkningsgrad (Π): 25 (Nh2 ' (LHVH2) n = _ (Fr(LHVr) + Ff(LHVf) hvor Nh2 er den samlede mængde af produceret brint, LHVh2 er 30 brints nedre opvarmningsværdi, Fr er mængden af kulbrinter, der er tilført reaktoren, F£ er den brændstof mængde, der er tilført ovnen, og LHVr og LHVf er de nedre opvarmningsværdier for henholdsvis processen og ovnbrændstoffet. Ovenstående forudsætter, at brint er det ønskede reaktionsprodukt. Ligningen 35 kan nemt ændres til andre reaktionsprodukter.

Det er en fordel at huske, at Π tilnærmelsesvis er ligefrem

DK 158385B

5 proportional med e, hvorfor høj virkningsgrad kræver høj var-meoverførsels-effektivitet.

Hovedfordelen ved reaktor-anlægget konstrueret ifølge denne 5 opfindelse er, at det er i stand til at yde en høj termisk reaktorvirkningsgrad over et bredt område af opvarmningsgrader (inklusive meget høje opvarmningsgrader) samtidig med, at apparaturets størrelse er kompakt. Resultatet er et holdbart, kompakt, økonomisk og effektivt design, som er i stand til at 10 klare høje gennemstrømninger af fødemateriale.

På dette sted er det interessant at sammenligne opfindelsen med de anlæg, der kendes fra de ovennævnte US-PS 35 41 729 og 31 44 312. Ved det fra US-PS 35 41 729 kendte anlæg strømmer 15 ovngassen i samme retning som strømmen gennem det ringformede katalysatorbed langs dettes indervæg. Denne løsning er klart mindre virksom og adskiller sig fra den modstrøm, som ifølge opfindelsen går langs katalysatorbedets ydervæg. Ved det fra US-PS 35 41 729 kendte anlæg hersker de højeste ovngastempera-20 turer ved katalysatorbedets indgangsende, som er den køligste ende, og varmeoverførsien i dette område er sandsynligvis så stor, at en betragtelig mængde af varmen fra ovngasserne overføres til de øverste dele af regenerationsstrømmen. Denne varme forlader ovnen sammen med reaktionsprodukterne, hvorved den 25 samlede termiske reaktorvirkningsgrad forringes. Dette er ikke tilfældet ved nærværende opfindelse, fordi ovngassen som følge af modstrømmen er koldest ved reaktionskammertilgangen.

Det fra US-PS 31 44 312 kendte anlæg adskiller sig fra anlæg-30 get ifølge opfindelsen derved, at ovngasserne befinder sig ved det indre ringformede katalysatorbed. Desuden strømmer ovngasserne både ved siden af den indre og ved siden af den ydre reaktionsstrøm, hvad der står i modsætning til opfindelsen, ved hvilken regenerationsstrømmen i det væsentlige er isoleret fra 35 de varme ovngasser, hvad der ifølge opfindelsen er et vigtigt krav. Desuden skal det bemærkes, at en relativt kold cylindrisk ydervæg er stift forbundet til en relativt varm cylin- 6

DK 158385 B

drisk indervæg. Spændinger, som forårsages mellem disse to vægge på grund af forskellige varmeudvidelser, er sandsynligvis utilladeligt høje og kan forårsage vanskeligheder. Endvidere er ingen af de fra de to US patentskrifter kendte anlæg 5 egnede til anvendelse med flere reaktorer i en ovn.

Et udførelseseksempel på opfindelsen beskrives i det følgende med henvisning til tegningerne, hvor: 10 Fig. 1 viser et delvis lodret tværsnit af et katalytisk reaktor-anlæg ifølge denne opfindelse, og fig. 2 viser et tværsnit af anlægget ifølge fig. 1, hovedsagelig set langs linien 2-2.

15

Det katalytiske reaktor-anlæg 10 ifølge fig. 1 og 2 tjener til dampomdannelse af kulbrinter i nærværelse af en katalysator for at frembringe brint. Anlægget 10 indeholder en ovn 12 med brænderdyser 14, med en brændstoffordeler 16 og en luftforde-20 ler 18. Inden i ovnen 12 er anbragt flere rørformede reaktorer 20.

Hver reaktor 20 består af en ydre cylindrisk væg 22 og en indre cylindrisk væg eller indre rør 24, hvorimellem dannes et* 25 ringformet reaktionskammer 26. Reaktionskammeret er fyldt med dampomdannelses-katalysatorpartikler 28, som hviler på et gitter 30, der er anbragt ved reaktionskammerets indgang 32. En hvilken som helst passende dampomdannelses-katalysator, såsom nikkel, kan anvendes til at fylde reaktionskammeret fra dets 30 indgang 32 til dets udgang 36. Cylinderen, som er dannet af den ydre væg 22, er i den øverste ende 38 lukket af et dæksel 40. Det indre rør 24' har en "øvre indgangsende 42 og en nedre udgangsende 44. Indgangsenden 42 udmunder under dækslet 40, således at det indre rør er i gasforbindelse med reaktionskam-35 merets 26 udgang 36.

I det indre rør er anbragt en cylindrisk prop 46, hvis ydre 7

DK 158385 B

diameter er noget mindre end det indre rørs indre diameter, hvorved der dannes et ringformet regenerationskammer 48 med en indgang 49. Proppen 46 kan være en massiv stang, men i denne udførelse er den et rør, som i den ene ende er lukket med et 5 endedæksel 50, således at de reaktionsprodukter, der forlader reaktionskammeret 26, skal strømme rundt om proppen 46 gennem regenerationskammeret 48. Afstanden mellem proppen 46 og det indre rør 24 er dannet ved hjælp af fremspringene 52 på proppens væg.

10

Det er regenerationskammerets 48 opgave at returnere varme fra de reaktionsprodukter, som forlader udgangen 36, til reaktionskammerets 26 katalysatorbed. Derfor skal regenerationskammerets 48 udgang 54 helst være anbragt i umiddelbar nærhed 15 af katalysatorbedets indgang 32 i stedet for ved det indre rørs udgangsende 44, til trods for den kendsgerning at det faktiske mellemrum, der er dannet mellem proppen 46 og det indre rør 24, strækker sig til udgangsenden 44. I den konstruktion, der er vist i fig. 1, er der en vis forvarmning af pro-20 cesbrændstoffet, før det ledes ind i katalysatorbedet, men den er ikke kritisk for denne opfindelse. Endvidere strækker proppen 46 sig i denne udførelse i reaktionskammerets 26 fulde længde, således at regenerationskammerets 48 indgang 49 er anbragt i umiddelbar nærhed af reaktionskammerets 26 udgang 36.

25 Skønt dette er at foretrække for at opnå maksimal regeneration, kan regenerationskammerets indgang 49 anbringes hvor som helst mellem reaktionskammerets indgang 32 og udgang 36 ved anvendelse af en kortere prop 46. 1 2 3 4 5 6

Bemærk at regenerationskammeret 48 i det væsentlige er isole 2 ret fra de varme ovngasser. For at opnå maksimal reaktorvirk 3 ningsgrad er det vigtigt at forhindre, at reaktionsprodukterne 4 i regenerationskammeret 48 opvarmes af ovngassens varmeenergi.

5

Det er også vigtigt at undgå forbrænding af yderligere brænd- 6 stof eller brint i regenerationskammeret 48. Kun egenvarme, som findes i reaktionsprodukterne allerede ved udgangen 36, bliver overført til reaktionskammeret 26.

8

DK 158385 B

Hver reaktor 20 kan betragtes som bestående af en øvre del 56 og en nedre del 58. Den øvre del 56 er anbragt i, hvad der herefter kaldes brændrummet 60. Brændrummet 60 er den del af 5 ovnen 12, i hvilken den faktiske forbrænding af brændstoffet og lufttilførslen til ovnen finder sted. Denne del af ovnen er karakteriseret ved meget høje temperaturer, betydelig stråleopvarmning såvel som konvektionsopvarmning af reaktorerne 20, og aksial (det vil sige i reaktorernes 20 aksiale retning) så-10 vel som radial blanding af de indeholdte gasser.

Den nedre del 58 af hver reaktor er omgivet af en cylindrisk væg 62 med afstand fra væggen 22, hvorved der dannes en ringformet ovngas-kanal 64, som har en indgang 66 og en udgang 67.

15 Udgangen 67 er anbragt i umiddelbar nærhed af reaktionskammme-rets 26 indgang. Kanalen 64 er fyldt med et varmeledende materiale, såsom kugler 70 af aluminium, som hviler på et gitter 68. Mellemrummet 72 mellem de tilstødende cylindriske vægge 62 er fyldt med et varmeisolerende materiale, såsom keramisk fi-20 ber-isoleringsmateriale, der er anbragt på en plade 74, som strækker sig tværs gennem ovnen, og som har huller, gennem hvilke reaktorerne 20 passerer. Pladen 74 og materialet i mellemrummet 72 forhindrer ovngasserne i at strømme rundt om y-dersiden af de cylindriske vægge 62.

25

Foruden pladen 74 strækker også pladerne 76, 78 og 80 sig på tværs gennem ovnen og danner kanaler mellem sig. Pladen 80 hviler på ovnens 12 bundvæg 82. Mellem pladerne 78 og 80 dannes en reaktionsprodukt-fordeler 84. Mellem pladerne 74 og 76 30 dannes en fordeler af fødemateriale 86; og pladerne 74 og 76 danner en ovngas-udgangsfordeler 88. Propperne 46 og de indre vægge 24 støder ned til bundpladen 80; reaktorernes ydre vægge 22 støder til pladen 78; og rørene 62 støder til pladen 74. 1

Under drift ledes en blandet strøm af damp og kulbrinter fra fordeleren 86 til reaktionskammerets 26 indgang 32 gennem hullerne 90 i ydervæggen 22, idet fordeleren 86 bliver tilført

DK 158385B

9 blandingen fra et rør 93. Blandingen begynder straks at blive opvarmet af de varme ovngasser, som strømmer i modsat retning gennem ovngas-kanalen 64 og begynder at reagere under indflydelse af katalysatorpartiklerne 28. Efterhånden som kulbrin-5 terne, dampen og reaktionsprodukterne bevæger sig op gennem reaktionskammeret 26, fortsætter de med at reagere og optager yderligere varme. Ved udgangen 36 når reaktionsprodukternes temperatur et maksimum. De varme reaktionsprodukter passerer gennem regenerationskammerets 48 indgang 49. Efterhånden som 10 reaktionsprodukterne bevæger sig gennem det ringformede regenerationskammers 48 længde, overføres varmen herfra tilbage til reaktionskammeret 26. Derefter ledes reaktionsprodukterne til fordeleren 84 gennem hullerne 94 i den indvendige væg 24, og ledes ud fra reaktoren 20 via røret 96 enten til videre be-15 arbejdning, oplagring eller forbrug.

Brændstof til ovnen tilføres fordeleren 16 via et rør 98 og passerer derefter ind i brændrummet 60 gennem dyserne 14. Luft tilføres fordeleren 18 via et rør 100 og kommer ind i brænd-20 rummet 60 via ringformede passager 102, som omgiver hver dyse 14. Brændstof- og luftforbrændingen finder sted i brændrummet 60. De varme gasser fra brændrummet 60 passerer gennem kanalerne 64 til fordeleren 88 og sendes ud via røret 103. Inde i brændrummet er temperaturen sædvanligvis tilstrækkeligt høj 25 til, at der kan opnås høje opvarmningsgrader over reaktorernes 20 øvre dele 56 til trods for den forholdsvis lave varmeover-førsels-koefficient i dette område. Efterhånden som ovngassernes temperatur falder, mens de bevæger sig yderligere væk fra dyserne 14, vil opvarmningsgraden normalt blive uacceptabelt 30 lav, men i denne opfindelse bliver dette imødegået ved brugen af ringformede ovngas-kanaler 64 over reaktorernes 20 nedre dele 58. Disse kanaler forøger, når de har den rigtige størrelse, de lokale varmeoverførsels-koefficienter og dermed var-meoverførsels-effektivitetsværdierne. Dette resulterer i høje 35 opvarmningsgrader over såvel de øvre dele 56 som de nedre dele 58 til trods for ovngassernes lavere temperaturer over de nedre dele 58.

10

DK 158385 B

Af primær betydning ved opnåelse af høje varmeydelser er ringspaltestørrelsen, det vil sige afstanden mellem væggene i ovn-gas-kanalen 64, reaktionskammeret 26 og regenerationskammeret 5 48. Denne spalte er ved det her beskrevne reaktor-anlæg dimen sioneret således, at der fremkommer den størst mulige varme-overførsels-effektivitetsgrad, som er forenelig med de ønskede afgangstemperaturer for ovngasserne og reaktionsprodukterne. Skønt varmeoverførsels-effektiviteten teoretisk stiger med 10 snævrere ovngas-kanaler 64 og snævrere regenerationskammerspaltestørrelse, vil for et særligt anvendelsesområde, praktiske begrænsninger såsom maksimalt tilladelige vægtemperaturer og trykfald i ring-spalten blive vigtige faktorer i fastsættelsen af tilladelige minimale spaltestørrelser. Reaktions-15 kammerets 26 ring-spaltestørrelse er valgt til sammen med størrelsen af ovngas-kanalens og regenerationskammerets spaltestørrelse at tilvejebringe tilstrækkeligt høje temperaturer over hele katalysatorbedet, uden at ovngasserne i ovngas-kana-len 64 opvarmer reaktionsprodukterne i regenerationskammeret 20 48 på den anden side af katalysatorbedet. Som tidligere omtalt skal regenerationskammeret 48 med andre ord være i det væsentlige isoleret fra ovngassernes opvarmningspåvirkning.

Det er blevet fastslået, at et relativt snævert område af 25 spaltestørrelser yder gode reaktor-termiske virkningsgrader ved såvel høj som lav gennemstrømning af fødemateriale. Det varmeledende materiale 70 anbragt inde i kanalerne 64 forøger yderligere varmeoverførsels-effektiviteten og en ensartet varmefordeling i sammenligning med et ringformet mellemrum på 30 samme størrelse men uden varmeledende materiale. Da varmeover-førsels-effektiviteten forøges med mindre ringformet spalte-størrelse, kunne det varmeledende materiale 70 i den foreliggende udførelse undværes, hvis størrelsen af den ringformede ovngas-kanal 64 blev reduceret. Denne ændring er betragtet som 35 værende inden for denne opfindelses rammer, men en større, ringformet ovngas-kanal med varmeledende materiale foretrækkes, fordi det er vanskeligere og dyrere at bevare acceptable

DK 158385 B

IX

dimensionale tolerancer, når spaltestørrelserne bliver mindre. Acceptable områder for spaltestørrelser med og uden varmele-dende materiale angives i Tabel 1; de bedste resultater opnås, når man bruger de foretrukne områder, der angives i Tabel 2.

5 De angivne områder er skønsmæssige vurderinger, som hovedsagelig er baseret på prøveresultater. Det skal bemærkes, at for reaktorer med meget stor eller meget lille diameter kan de angivne områder udvides.

12 DK 158385 B

Tabel 1

Acceptable ringspalte-størrelser 5 Reaktionskammer 7,6 - 50,8 mm

Regenerationskammer 2,5 - 25,4 mm

Ovngas-kanal 2,5 - 25,4 mm (uden varmeledende materiale) 10 Ovngas-kanal 12,7 - 76,2 mm (med varmeledende materiale) 15 Tabel 2

Foretrukne ringspalte-størrelser

Reaktionskammer 12,7 - 38,1 mm 20 Regenerationskammer 3,2 - 12,7 mm

Ovngas-kanal 6,4 - 12,7 mm (uden varmeledende materiale)

Ovngas-kanal 12,7 - 50,8 mm 25 (med varmledende materiale)

Nogle andre faktorer, som vil være bestemmende for valget af 30 spaltestørrelse, er: gassernes og katalysatorpartiklemes 28 egenskaber, tykkelse og den termiske ledeevne af de vægge, der adskiller den opvarmende og den opvarmede gas, samt de forskellige strømmes Reynold-tal. Med hensyn til væggene, der adskiller de modløbende strømme, er disse sædvanligvis lavet så 35 tynde som muligt, forenet med strukturel bestandighed og af materialer, som ikke er voldsomt dyre, men som har god termisk ledeevne. Katalysatoren bliver normalt valgt på grund af god 13

DK 158385 B

reaktionsevne og stor holdbarhed. Katalysatorpartikelstørrelsen bliver normalt valgt så lille som muligt for at give maksimalt katalysator-overfladeareal, men ikke så lille, at der opstår et uacceptabelt trykfald gennem reaktionskammeret 26.

5

Selv om det ikke er vist på nogen af tegningerne, skal der tilvejebringes midler til at forhindre, at katalysatorbedet fluidiseres på grund af den opadstrømmende proces-gas.

10 Eksempel 1.

I et dampomdannelses-reaktor-anlæg med 19 rør, som ligner det, der vist i fig. 1 og 2, var hver reaktor 1524 mm lang målt fra indgangen 32 og havde en ydre væg med diameteren 229 mm. Halv-15 delen af reaktorens længde (762 mm) .strakte sig ind i brænd-rummet. Afstanden mellem de tilstødende reaktorers ydre vægge 22 var 76 mm; reaktorerne ved siden af ovnvæggen var anbragt mellem 102 og 127 mm fra denne. Spalten mellem den ydre væg 22 og den indre væg 24 var 27,9 mm, mellem den indre væg 24 og 20 proppen 46 6,4 mm; og mellem røret 62 og den ydre væg 22 31,8 mm. Ovngas-kanalen var fyldt med raschig-ringe af aluminiumoxyd med diameteren 12,7 mm; katalysatoren anvendtes i form af cylindriske partikler. Fødematerialet var nafta, som blev ledt ind i katalysatorbedet i form af en dampblanding med omkring 25 4,5 mm dele vanddamp pr. vægtenhed. Fødematerialets hastighed var ca. 11,3 kg/time pr. reaktor med en total hastighed af fø-demateriale på ca. 215 kg/time. Der blev opnået en omdannelsesgrad på 95%, og reaktorernes samlede termiske virkningsgrad var 90%.

30

Eksempel 2.

I et dampomdannelses-reaktor-anlæg med kun et rør ifølge denne opfindelse var reaktoren 1524 mm lang målt fra indgangen 32 og 35 havde en ydre vægdiameter på 229 mm. Halvdelen (762 mm) af reaktorens ydre væg og ovnens væg var hele vejen rundt 76 mm. Spalten mellem den ydre væg 22 og den indre væg 24 var 27,9

DK 158385B

14 mm; mellem den indre væg 24 og proppen 46 6,4 mm og mellem røret 62 og den ydre væg 22 31,8 mm. Ovngas-kanalen var fyldt med aluminiumoxyd-kugler med en diameter på 12,7 mm; katalysatoren anvendtes i form af cylindriske partikler. Fødemateria-5 let var nafta, som ledtes ind i bunden som en dampblanding med ca. 4,5 dele vanddamp pr. vægtenhed. Fødematerialets hastighed var 12,7 kg/time. Der blev opnået en omdannelsesgrad på 88%, og reaktorens samlede termiske virkningsgrad var 87%.

10 Det skulle stå klart, at fordelerrørs-arrangementet og brænderkonstruktionen, som er vist på tegningen, kun er et eksempel og ikke kritisk for opfindelsen eller en del af denne, i-det opfindelsen kan anvendes ved såvel en enkelt reaktor inde i ovnen som mange reaktorer, som det fremgår af de foregående 15 eksempler. Imidlertid er denne opfindelse særligt fordelagtig, når flere reaktorer er anbragt i en enkelt ovn, eftersom den tillader tæt anbringelse af reaktorerne, fordi den sikrer både ensartet og højeffektiv opvarmning af reaktorernes nedre dele. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Tæt anbragte reaktorer betyder et ikke-lineært arrangement af 2 mindst tre reaktorer, hvor arrangementet i det væsentlige skal 3 udfylde brændrummets indre, og hvor reaktorerne i det væsent 4 lige er ensartet fordelt og anbragt med ensartede og ret små 5 mellemrum inde i nævnte brændrum. Eksempelvis kan, forudsat at 6 brændrummet er cylindrisk, et arrangement med tre tæt anbragte 7 reaktorer består af en ligesidet trekant med en reaktor an 8 bragt i hvert hjørne; et arrangement af fire tæt anbragte rør 9 kan have form af et kvadrat med en reaktor i hvert hjørne; et 10 arrangement med fem rør kan bestå af en centralt anbragt reak- 11 tor omgivet af fire reaktorer, som er anbragt i en firkant. Ni 12 reaktorer kan anbringes i et firkant-arrangement bestående af 13 tre parallelle rækker med tre reaktorer i hver. Et arrangement 14 af hexagonal type med 19 reaktorer er vist i fig. 2. I alle 15 tilfælde modtager i det mindste en del af hver reaktor en be- 16 tydeligt nedsat mængde af udstrålingen fra brændrummets væg.

For eksempel modtager reaktorer nærmest væggen betydeligt nedsat stråling på den side, der vender bort fra væggen; endvide- 15

DK 158385 B

re vil en del af reaktorerne modtage betydeligt nedsat stråling som et resultat af, at andre reaktorer i arrangementet spærrer for udstrålingen.

5 Opfindelsen er ikke begrænset til dampomdannelse af kulbrinter til fremstilling af brint. Varmeoverførselsprincipperne, som denne opfindelse er baseret på, kunne lige så godt anvendes til andre endotermiske, katalytiske reaktioner.

Claims (8)

1. Katalytisk reaktor-anlæg med et brændrum (60) til forbrænding af brændstof til frembringelse af varme ovngasser og med 5 mindst en rørformet reaktor (20), der med sin første del (56) strækker sig ind i brændrummet (60) og har en ydervæg (22) og i en afstand fra denne en indervæg (24), som begrænser et ringformet reaktionskammer (26), der optager en reaktionskatalysator (28), reaktionskammerets (26) afgang (36) er anbragt i 10 den første del (56) af reaktoren (20), hvorved reaktoren (20) har en anden del (58), som befinder sig udenfor det egentlige brændrum (60) i en anden ovndel, der slutter sig til brændrummet (60), og ligeledes er fyldt med ovngas, kendetegnet ved en omkring den anden del (58) af hver reaktor med 15 afstand koaksialt anbragt væg (62), som sammen med reaktorens (20) ydervæg (22) afgrænser en smal, ringformet ovngas-kanal (64), hvis tilgang (66) er i forbindelse med brændrummet (60), og hvis afgang (67) er indrettet ved siden af reaktionskammerets (26) tilgang (32), og ved en indsats (46), der med en af-20 stand indadtil er anbragt koaksialt med reaktorens (20) indervæg (24) og sammen med denne afgrænser et smalt, ringformet ved siden af reaktionskammeret (26) indrettet regenerationskammer (48), hvis tilgang (49) står i forbindelse med reaktionskammerets (26) afgang (36). 25

2. Reaktor-anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at indsatsen (46) er en cylindrisk prop.

3. Reaktor-anlæg ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet 30 ved, at afstanden mellem regenerationskammerets (48) vægge ligger mellem 2,5 mm og 25,4 mm, at afstanden mellem ovngas-kanalens (64) vægge ligger mellem 2,5 mm og 76,2 mm, og at afstanden mellem reaktionskammerets (26) vægge (22, 24) ligger mellem 7,6 mm og 50,8 mm. 35

4. Reaktor-anlæg ifølge et af kravene 1-3, kendetegnet ved, at afstanden mellem regenerationskammerets (48) DK 158385B vægge ligger mellem 3,2 mm og 12,7 mm, at afstanden mellem ovngas-kanalens (64) vægge ligger mellem 12,7 mm og 50,8 mm, og at afstanden mellem reaktionskammerets (26) vægge (22, 24) ligger mellem 12,7 mm og 38,1 mm. 5

5. Reaktor-anlæg ifølge et af kravene 1-4, kendetegnet ved, at ovngas-kanalen (64) er fyldt med et varmele-dende pakmateriale (70).

6. Reaktor-anlæg ifølge et af kravene 1-5, ved hvilket reakto ren (20) er anbragt lodret, kendetegnet ved, at reaktionskammerets (26) afgang (36) befinder sig ved dets ø-verste ende.

7. Reaktor-anlæg ifølge et af kravene 1-6, kendeteg net ved, at regenerationskammeret (48) strækker sig over reaktionskammerets (26) fulde længde.

8. Reaktor-anlæg ifølge et af kravene 1-7, ved hvilket der 20 findes flere reaktorer (20), kendetegnet ved, at mellemrummene (72) mellem hinanden tilstødende vægge på ovn-gas-kanalerne (64) er lukket i forhold til brændrummet (60).