EA001900B1 - Теплообменный аппарат и способ его использования - Google Patents

Abstract

В изобретении описан теплообменник, содержащий множество проходящих через него первых теплообменных трубок (2), которые проходят через множество поперечных теплообменных камер, каждая из которых (23-27) имеет, по меньшей мере, один вход из первой камеры и, по меньшей мере, один выход во вторую смежную с ней по оси камеру, и каждая камера состоит из множества взаимосвязанных в поперечном направлении зон, каждая из которых ограничена, по меньшей мере, двумя трубками, при этом, по меньшей мере, одна первая зона имеет вход в эту первую камеру, а по меньшей мере, одна вторая зона, отличающаяся от первой зоны, имеет выход во вторую камеру. В теплообменнике предусмотрен также аппарат для смешивания или распределения потоков первой текучей среды, проходящей через него в осевом направлении сверху вниз по направлению течения, причем в этом аппарате имеются поперечные перегородки 28, расположенные, по меньшей мере, в двух последовательных рядах с разным пространственным расположением, которые образуют в аппарате открытую поперечную камеру (22). Предпочтительно предлагаемый аппарат выполнить в виде теплообменника с расположенным на выходе из него распределителем, который можно использовать в качестве компактной печи для реформинга.

Description

Настоящее изобретение относится к аппарату для теплообмена между текучими средами и/или текучими средами для их смешивания, причем эти текучие среды могут быть разными и/или иметь разную температуру.

Во многих технологических процессах используются теплообменники, в которых происходит передача тепла от одной текучей среды к другой. Теплообмен можно использовать для охлаждения отходящих газов, образующихся при сгорании, и/или для подогрева вступающих в реакцию газов. Движение двух текучих сред может происходить в противотоке или в прямотоке, при этом одна текучая среда может двигаться в центральном канале, а другая - в окружающей его оболочке, или одна текучая среда может протекать через трубу или трубы, проходящие через камеру, в которой находится другая текучая среда. В описанной в ЕР-А 450872 компактной печи для реформинга имеются реакционные трубки, в которых протекает экзотермическая реакция и которые расположены внутри камеры, заполненной катализатором эндотермической реакции. Отходящие продукты протекающей в камере эндотермической реакции подогревают экзотермические реагенты, проходящие через расположенный внутри камеры центральный канал и окружающий его кольцевой канал. Согласно ЕР-А 643618 и ЕР-А 703823 эндотермическая реакция протекает в трубках, а экзотермическая реакция - в камере, при этом экзотермические реагенты подогреваются при прохождении через кольцевой канал, расположенный вокруг выходных эндотермических трубок. Согласно ЕР-А 703823 один подогреваемый экзотермический реагент, обычно воздух, поступает в реакционную камеру через перфорированную распределительную пластину, образующую стенку канала, из которого движущийся вверх воздух попадает в каналы для выхода подогретого топлива, в которых происходит самовоспламенение топлива с образованием пламени, распространяющегося вокруг и вдоль эндотермических трубок, в которых протекает эндотермическая реакции. При этом отходящие газообразные продукты горения экзотермической реакции подогревают поступающие в реактор эндотермические реагенты.

Известный из 8И 1231366 теплообменник включает корпус с размещенным в нем пучком трубок. Поперечные перегородки располагаются в пространстве между трубками и имеют сегментные вырезы для прохождения теплообменной среды, обращенные у соседних перегородок в противоположные стороны.

Теплообменник по И8 5291944 содержит кожух и множество находящихся в нем теплообменных трубок. Трубки расположены параллельно одна другой в основном по длине кожуха и располагаются так, что образуют центральную сердцевину не соприкасающихся между собой трубок, внутренний слой трубок, окружающий центральную сердцевину, и наружный слой трубок, окружающий внутренний слой трубок, при этом каждый слой трубок разделен на множество аркообразных сегментов, причем трубки в одном сегменте располагаются различным образом от трубок в смежных периферийных и радиальных сегментах, соответствующее расположение трубок таким образом, что среда, входящая или выходящая из центральной сердцевины через оба слоя трубок, равноотстоит от пути текучей среды и обеспечивает постоянное сопротивление, независимо от направления движения текучей среды.

Вышеописанные схемы не обеспечивают ни необходимого равномерного подогрева экзотермических реагентов, ни необходимого равномерного распределения температур в поступающем в реакционную камеру воздухе.

Настоящее изобретение относится к устройству и способам получения более равномерного подогрева и/или равномерного распределения температур.

В настоящем изобретении предлагается теплообменник, который содержит множество первых теплообменных трубок, проходящих через него и через множество теплообменных камер, расположенных поперечно трубкам, при этом каждая камера имеет, по крайней мере, один вход из первой камеры и, по крайней мере, один выход во вторую смежную по оси камеру, и каждая камера состоит из множества взаимосвязанных в поперечном направлении зон, каждая из которых образована, по крайней мере, двумя указанными трубками, причем, по крайней мере, одна первая зона имеет вход в первую камеру, а, по крайней мере, одна вторая, отличная от первой зона, имеет выход во вторую камеру.

В настоящем изобретении предлагается теплообменник, который содержит множество первых теплообменных трубок, проходящих через теплообменник и через множество расположенных в поперечном направлении теплообменных камер, состоящих из первой, второй и третьей смежных соосных камер, расположенных с каждой стороны трубки, при этом каждая камера отделена от соседней камеры перегородкой, в которой имеется множество отдельных отверстий, и каждая камера имеет множество взаимосвязанных в поперечном направлении зон, каждая из которых образована, по крайней мере, тремя трубками, первой перегородкой и второй перегородкой, расположенной против первой перегородки, причем указанные отверстия расположены в различных зонах, а проход через зоны осуществляется между, по крайней мере, одним первым отверстием в первой перегородке и, по крайней мере, одним вторым отверстием в этой же перегородке и, по крайней мере, третьим и четвертым отверстием во второй перегородке.

В настоящем изобретении также предлагается способ эффективного теплообмена между первой текучей средой, проходящей через аппарат, и второй текучей средой, протекающей по множеству первых трубок, проходящих через этот аппарат и через множество поперечных теплообменных камер, каждая из которых содержит множество взаимосвязанных в поперечном направлении зон, причем этот способ заключается в подаче, по крайней мере, одного потока первой текучей среды в первую камеру, контактировании этой текучей среды более чем с одной из указанных трубок и последующем прохождении потока этой текучей среды из первой камеры во вторую камеру, расположенную соосно и рядом с первой камерой, при этом проходящая через эти камеры текучая среда движется в осевом и поперечном направлении.

В настоящем изобретении предлагается также способ эффективного теплообмена в аппарате между первой текучей средой, проходящей через множество имеющихся в аппарате поперечных теплообменных камер, расположенных соосно относительно друг друга, и второй текучей средой, движущейся через множество первых трубок, которые проходят через этот аппарат и через его камеры, каждая из которых состоит из множества взаимосвязанных в поперечном направлении зон, причем этот способ заключается в подаче не менее двух потоков первой текучей среды в различные зоны в первой камере, контактировании каждого из указанных первых потоков более чем с одной из указанных трубок с получением второго и третьего потоков, смешении второго и третьего потока в другой зоне с образованием смешанного потока и пропускании этого смешанного потока из этой другой зоны во вторую камеру, соосную и соседнюю с первой камерой, причем проходящая через камеры текучая среда движется в осевом и поперечном направлении.

Теплообменник представляет собой полый аппарат с множеством камер и множеством теплообменных трубок. Этот аппарат может иметь скругленное, например круглое, эллиптическое, или прямолинейное, например квадратное, или прямоугольное поперечное сечение, а его продольная ось может как в цилиндре проходить практически перпендикулярно его радиальной оси. Предпочтительное отношение высоты аппарата к его ширине составляет от 10:1 до 2:1. Аппарат может быть изготовлен из металла, например из стали, или из изоляционного материала, например из кирпича или камня, при этом аппарат с металлическими стенками может быть снабжен наружным слоем теплоизоляции.

Первые теплообменные трубки должны быть изготовлены из теплопроводного материала, например из композита, армированного углеродным волокном, или керамики, но предпочтительно из металла, в частности из теплостойкой стали. Трубки могут быть расположены в аппарате произвольно или в определенном порядке, в частности, по меньшей мере, в два или

2-6 рядов, при этом трубки в соседних рядах могут быть расположены на одной линии или смещены относительно друг друга. Трубки могут быть параллельны в одном или двух направлениях с каждой трубкой, относящейся к двум рядам, при этом ось одного ряда может быть перпендикулярна оси следующего ряда или может быть расположена к ней под углом 45°, а оси трубок одного ряда могут быть расположены также перпендикулярно осям трубок ряда, следующего за соседним рядом. Таким образом, трубки могут быть расположены в виде прямолинейных рядов, при этом каждая трубка будет находиться на одинаковом расстоянии от каждой из 4 ближайших к ней соседних трубок или на одном расстоянии от 4 из 8 соседних трубок и на большем расстоянии от 4 других трубок. Трубки могут также быть расположены непрямолинейными рядами. В аппарате может быть не менее 2 или не менее 10 первых теплообменных трубок, например от 2 до 5000, предпочтительно от 10 до 576 первых трубок. Трубки могут быть распределены в аппарате по квадратной или прямоугольной схеме, предпочтительно по квадратной схеме, с одинаковым или отличающимся на единицу количеством трубок в каждом ряду. Трубки могут быть расположены по треугольнику или по прямоугольнику, например по квадрату, при этом ряды с прямоугольным расположением трубок могут быть параллельны или расположены под углом 3060°, в частности 45°, к стенкам воображаемой или фактической оболочки, окружающей самые внешние из всех расположенных в аппарате трубок.

Первые трубки могут проходить через реактор по его длине, в частности, в направлении, параллельном продольной оси реактора, что особенно характерно для цилиндрических реакторов. В прямоугольных реакторах ось трубки обычно проходит параллельно продольному краю реактора. Целесообразно, чтобы трубки проходили через противолежащие торцы реактора, в частности через его верхнюю и нижнюю стенки. Трубки, однако, могут быть наклонены под любым углом к одной из этих стенок и проходить через боковую стенку реактора. Трубка может быть изогнутой и иметь форму кривой, лежащей в одной плоскости, например, форму дуги постоянного или переменного радиуса, форму синусоидального змеевика, или форму кривой, лежащей в нескольких плоскостях, например, форму правильной или неправильной спирали.

Теплообменник обычно имеет теплоизоляцию, расположенную вокруг наружной стенки аппарата и/или внутри нее.

Аппарат по оси разделен на множество проходящих в поперечном направлении камер, каждая из которых обычно проходит по всей внутренней ширине аппарата. В аппарате может быть не менее 2 или не менее 5 таких камер, в частности от 2 до 200 или от 10 до 60 камер. Первые трубки проходят через несколько камер, в частности через каждую камеру. Предпочтительно, чтобы камеры были расположены перпендикулярно продольной оси, по крайней мере, одной проходящей через камеру трубки, в частности перпендикулярно осям всех трубок, и/или чтобы они были расположены перпендикулярно продольной оси аппарата, причем наиболее предпочтительным является вариант, когда камеры расположены перпендикулярно как трубкам, так и продольной оси аппарата. Отношение высоты (осевой длины) камеры к ширине зон в этой камере, т.е. к зазору между указанными первыми трубками, обычно не превышает 10:1 и составляет от 0,1:1 до 10:1 или до 5,0:1, в частности (0,2-3,0):1, (0,2-0,8):1 или (1-2):1. Целесообразно, чтобы отдельные камеры были по существу параллельны друг другу, при этом первая и вторая перегородки, которые образуют нижние и верхние стенки каждой камеры, предпочтительно располагать по существу параллельно друг другу.

Каждая камера разделена на ряд поперечных зон (например, не менее чем на 10 или на 10-1000 зон), взаимное расположение которых и их расположение относительно других камер рассмотрено подробно ниже применительно к первой камере и расположенным по обе стороны от нее и примыкающим к ней второй и третей камерам.

В первой камере имеется не менее 2, предпочтительно не менее 6 или 6-50 входных зон, каждая из которых имеет отверстие для входа из второй камеры, и не менее 2, предпочтительно не менее 6 или 6-50 выходных зон, в каждой из которых имеется отверстие для выхода в третью камеру. Отношение между количеством зон и количеством трубок может достигать 2:1 или (0,5-2,2):1, а отношение между количеством входных зон и количеством выходных зон в любой камере обычно составляет (0,5-2):1 или (0,1-1,2):1, предпочтительно 1:1. Зоны обычно проходят через камеру в обоих поперечных направлениях, и по существу вся камера разделена на зоны. Обычно зоны в камере взаимосвязаны друг с другом, и большинство, а практически все зоны, как описано ниже, связаны с зонами в соседних камерах. Не считая пространства между наружными трубками и стенками аппарата, каждая зона ограничена стенками, по крайней мере, 3 или 4 проходящих через камеру трубок. При треугольной схеме расположения трубок зона ограничена не менее чем 3 трубками, а при квадратной или прямоугольной схеме - не менее чем 4 трубками. При несимметричных схемах расположения трубок для образования зоны может потребоваться не менее 3-6 трубок. В каждой зоне имеется не менее 1, а обычно 2 трубки, общие для двух соседних зон.

Первая зона имеет вход из следующей (т. е. второй) камеры, а вторая зона имеет выход в другую смежную (т.е. третью) камеру. Ни одна из зон не имеет одновременно такого входа и такого выхода, и поэтому первая и вторая зоны отличаются друг от друга, по крайней мере, одна первая входная зона может быть смежной, по крайней мере, с одной второй выходной зоной или может быть отделена от второй зоны, по крайней мере, 1 или 1-4, предпочтительно 1, третьей зоной, у которой нет ни такого входа, ни такого выхода. Целесообразно, чтобы входная зона была отделена третьей зоной от выходной зоны, которая сама должна быть отделена другой третьей зоной от следующей входной зоны, при этом 6 таких зон предпочтительно располагать на прямой линии по ширине камеры. В другом варианте входная зона может быть расположена рядом с выходной зоной, которая сама расположена рядом с другой входной зоной, при этом все зоны в камере оказываются расположенными на прямой линии. Предпочтительно, чтобы входная и выходная зоны в каждой второй, первой и третьей камерах лежали в одной плоскости, через которую проходит первая текучая среда. Когда выходная зона в одной, например в первой камере, окружена 2 или более входными зонами, отдельные части первой текучей среды, поступающие в первую камеру через входные зоны, смешиваются в ней и выходят в следующую, т. е. третью камеру, после чего одна часть текучей среды проходит в одну выходную зону в этой камере, а другая часть проходит в другую выходную зону в этой камере. Таким образом, текучая среда сначала разделяется, а потом смешивается и повторно разделяется и смешивается с теми же или другими потоками текучей среды, постоянно находясь в каждой зоне в контакте с 2 или более трубками. При этом температура текучей среды в каждой камере по мере ее течения снизу вверх по аппарату из камеры в камеру постепенно становится все более и более равномерной.

В каждой камере между каждой входной и выходной зонами обычно имеется не менее 4 зон, расположенных в линию, в частности 0-3 зоны или 0-1 такая зона. При этом, по меньшей мере, одна входная зона отделена от стенки аппарата, по меньшей мере, одной или 1-3 первыми трубками, предпочтительно, по меньшей мере, одной или 1-3 первыми зонами, при этом предпочтительно также, чтобы ближайшая к этой входной зоне выходная зона была отделена от стенки аппарата, по меньшей мере, одной или 1-3 первой трубкой или, по меньшей мере, одной или 1-3 первыми зонами. Предпочтительно также, чтобы в каждой камере было, по меньшей мере, 2 разнесенные входные зоны, и по меньшей мере, 2 разнесенные выходные зоны, при этом все они должны быть расположены на одной прямой линии поперек камеры с 0-1 зоной между каждой входной и выходной зоной.

Через камеры могут проходить только первые теплообменные трубки, однако, пред001900 почтительно, чтобы через камеры проходила и, по меньшей мере, одна вторая теплообменная трубка. Диаметр, форма и площадь поперечного сечения у первой и второй (и всех последующих трубок) могут быть одинаковыми или разными, однако, первые трубки предпочтительно выполнять более крупными и использовать их в противотоке для передачи тепла первой текучей среде, проходящей через аппарат, а вторые трубки выполнять более мелкими и использовать в прямотоке для передачи тепла от первой текучей среды или в противотоке для передачи тепла излучением от первых трубок. Вторая и последующие трубки могут быть расположены симметрично по отношению к первой трубке, например, на равных расстояниях от двух или большего количества первых трубок. Вторая и последующие трубки могут быть расположены в определенном порядке, как описано выше, по отношению к первым трубкам, в частности, первые и вторые трубки могут быть расположены рядами, параллельными друг другу в двух направлениях. Таким образом, в теплообменнике предпочтительно предусмотреть первый ряд определенным образом расположенных первых теплообменных трубок и второй ряд определенным образом расположенных вторых теплообменных трубок, проходящих через теплообменник в осевом направлении и имеющих предпочтительно разные диаметры относительно первых теплообменных трубок. Предпочтительно, чтобы вторые трубки располагались рядами, чередующимися с рядами первых трубок, на одной линии с ними или предпочтительно со смещением, т. е. чтобы каждая трубка одного вида была расположена в центре квадрата (вид сверху) рядом с 4 ближайшими трубками другого вида, расположенными в углах квадрата. Вторые трубки могут чередоваться с первыми трубками в двух направлениях, перпендикулярных друг другу, или только в одном из таких направлений. Расстояние между центрами первых трубок в любом направлении может быть таким же, как и расстояние между центрами вторых трубок в этом же направлении, или отличаться от него, при этом расстояние между первой и второй трубками может быть таким же или отличающимся от указанных выше расстояний. Предпочтительно, чтобы все расстояния между центрами трубок были практически одинаковыми. Отношение количества первых и вторых трубок может составлять от 1:3 до 3:1 или от 10-14 до 14-10 или по существу 1:1. Первые трубки могут быть расположены по треугольнику, при этом вторые трубки размещаются либо в каждом следующем треугольнике, либо по прямоугольнику, в частности по квадрату.

Наличие первых и вторых теплообменных трубок, проходящих через теплообменные камеры, является важным отличительным признаком изобретения и прежде всего отличительным признаком предлагаемого в изобретении способа, когда первая текучая среда проходит через камеры, вторая текучая среда - через первые трубки, а третья - через вторые трубки, при этом поток второй текучей среды движется в противотоке к потоку третьей текучей среды и к движущемуся в осевом направлении потоку первой текучей среды.

По крайней мере, одна первая или вторая теплообменные трубки, предпочтительно первые трубки, а при необходимости и те, и другие снабжены устройствами, предназначенными для увеличения эффективной площади наружной поверхности трубки. Эти устройства могут быть выполнены за одно целое с трубкой или отдельно от нее, но в тепловом контакте с трубкой, при необходимости могут применяться оба вида таких устройств. Такое устройство обычно представляет собой одну или несколько расположенных на трубке радиаторных пластин или ребер, которые проходят на расположенном в камере участке трубки непрерывно или с разрывами. Пластины или ребра можно выполнить прямолинейными или криволинейными, например, в виде спирали или винта, проходящего по всей длине расположенного в камере участка трубки. Устройства, выполненные отдельно от трубки, могут представлять собой проводящий тепло элемент с одной или несколькими радиаторными пластинами или ребрами, расположенный вокруг находящейся в камере трубки и закрепленный или не закрепленный на трубке. На таком отдельном устройстве предпочтительно предусмотреть выступающую радиаторную пластину или ребро, например, перпендикулярное прилегающему к трубке основанию с плоской поверхностью, причем в этом случае такое устройство целесообразно выполнить в виде гибкого длинного элемента с Т-образным поперечным сечением, плотно намотанного на трубку с хорошим тепловым контактом между трубкой и его основанием и, следовательно, хорошим теплообменом между трубкой и пластиной или ребром.

В предлагаемом в изобретении способе вторая текучая среда, например газ, или жидкость, или их смесь, движется в первых трубках, а тепло передается от стенок трубки первой текучей среде (т. е. газу или жидкости, или их смеси), проходящей через зоны в каждой камере. Первый поток первой текучей среды может входить в первую камеру и, обтекая не менее двух трубок в зонах этой камеры, выходить во вторую камеру. В альтернативе или в дополнение к этому первый и второй потоки первой текучей среды могут попадать в первую камеру по отдельности, обтекая, по меньшей мере, одну трубку, и после смешивания выходить во вторую камеру. Предпочтительно, чтобы каждый поток, попадающий во входную зону в одной камере до того, как он выйдет из этой камеры, обтекал, по меньшей мере, 4 или, по меньшей мере, 8 теплообменных трубок. Предпочтительно, чтобы первая текучая среда проходила через последовательно расположенные камеры в противотоке по отношению ко второй текучей среде, проходящей через первые трубки, и чтобы третья текучая среда проходила через вторые трубки в прямотоке по отношению к первой текучей среде и в противотоке по отношению ко второй текучей среде. В качестве первой и второй текучих сред целесообразно использовать газы, а в качестве третьей текучей среды - газ или жидкость (прежде всего в тех случаях, когда диаметр второй трубки меньше диаметра первой трубки). Обычно вторая текучая среда представляет собой продукт эндотермической реакции, например, продукт реформинга газообразного углеводорода, например, с 1-4 атомами углерода, такого, как метан, или продукт неполного окисления такого углеводорода; первая текучая среда представляет собой газ, содержащий молекулярный кислород, в частности воздух, а третья текучая среда представляет собой горючее вещество, например водород, или газообразный углеводород с 1-5 атомами углерода, например метан, этан, пропан или бутан, или моноксид углерода. Целесообразно, чтобы тепло передавалось от второй текучей среды к первой через первые трубки, а затем от первой текучей среды к третьей текучей среде (через вторые трубки); такая схема используется, в частности, для подогрева воздуха и топлива перед попаданием в зону горения, в которой теплота сгорания инициирует эндотермическую реакцию. При необходимости первые трубки можно заполнить твердыми проводящими тепло материалами, такими как инертные твердые материалы, например, керамическим материалом и/или твердым катализатором эндотермической реакции. По крайней мере, некоторая часть тепла в камерах обычно передается от первой трубки ко второй за счет излучения, а доля такой теплопередачи может составлять, по крайней мере, 5 или 20%, например 5-10%, 10-50% или 20-40%, в частности около 30%, при этом остальное тепло передается главным образом за счет конвекции.

В предпочтительном варианте предлагаемого способа первая текучая среда проходит, по меньшей мере, через 1, предпочтительно, по меньшей мере, через 2 последовательные камеры, в частности через 5-30 камер, лежащих в одной плоскости, а затем, по меньшей мере, через 1, предпочтительно, по меньшей мере, через 2 последовательные камеры, в частности через 1-30 камер, лежащих в другой плоскости, расположенной под углом 45-135° к первой плоскости или по существу перпендикулярной к ней, причем после этого плоскость течения текучей среды может изменяться сначала, по меньшей мере, один раз, а потом обычно 1-5 раз. При необходимости плоскости движения текучей среды можно менять более часто с уве личением расстояния от места входа первой текучей среды.

Процентное соотношение количества входных и выходных отверстий в любой камере к общей площади этой камеры, включая трубки, обычно составляет 5-25% или 10-20%, в то время как отношение входных и выходных отверстий в любой камере к общей площади этой камеры за исключением трубок (т.е. общей площади зон) обычно составляет 25-50%.

Предлагаемый в изобретении аппарат, помимо вышеупомянутых входных и выходных отверстий, может иметь расположенные между камерами полные перегородки, называемые также барьерами, которые по существу образуют нижние и верхние стенки камер. Эти барьеры могут быть непроницаемыми для первой текучей среды и направлять всю эту текучую среду от входных зон в выходные зоны до ее попадания в следующую камеру. Однако при необходимости, по крайней мере, часть, по крайней мере, одного барьера между последовательными камерами, а предпочтительно весь барьер или предпочтительно все такие барьеры можно выполнить перфорированными таким образом, чтобы процент площади отверстий по отношению к общей площади барьера составлял 10-70% или 30-60%. Такие перфорированные барьеры допускают прохождение некоторого количества первой текучей среды из каждой камеры в следующую, минуя входные и выходные зоны, что по сравнению со сплошными барьерами уменьшает противодавление и способствует более равномерному распределению потока. Предпочтительно, однако, чтобы барьеры только частично перекрывали камеры и были выполнены неперфорированными.

Входные и выходные отверстия могут быть выполнены в виде щелей в листах или пластинах или в виде промежутков между отдельными перегородками. Барьеры могут быть правильной или неправильной формы с прямыми или криволинейными боковыми стенками, при этом в сечении входные и выходные отверстия могут быть круглыми, эллипсными, прямоугольными, квадратными или другими по форме. Один барьер может полностью перекрывать верхнюю часть одной или нескольких зон, а по ширине аппарата можно расположить один или несколько барьеров. При этом аппарат может иметь несколько рядов барьеров одинаковой формы, например, с параллельными продольными или поперечными сторонами, которые могут служить упомянутыми выше перегородками. Вторые трубки могут проходить, по меньшей мере, через 2, предпочтительно через все барьеры, имеющие параллельные боковые края, однако, предпочтительно, чтобы они проходили только через часть этих барьеров с регулярными интервалами между чередующимися барьерами. Когда ряды последовательных камер имеют перегородки с параллельными боковыми краями, боковые стенки перегородок могут лежать в одной плоскости через, по меньшей мере, 2 последовательные камеры, предпочтительно через все камеры, или же боковые края перегородок одной камеры могут быть расположены параллельно боковым краям перегородок следующей камеры с некоторым смещением (если смотреть сверху). При этом края перегородок соседних камер не будут лежать в осевом направлении на одной линии, и поэтому первая текучая среда будет двигаться как в поперечном, так и в осевом направлениях между последовательными камерами по траектории, напоминающей змеевик. Хотя боковые края перегородок в соседних, например, в 5-30 камерах могут быть расположены параллельно друг другу и/или в осевом направлении на одной линии, предпочтительно все камеры разбить на две группы с взаимно параллельными боковыми краями перегородок и с углом между краями перегородок в этих двух группах, равным 45135°, по существу перпендикулярно боковым краям перегородок первого ряда. Такое изменение в расположении перегородок для каждого следующего ряда камер может повторяться один или несколько раз для каждой группы камер, состоящей из 1-50 или 5-30 камер. При этом часть первой текучей среды сначала движется через аппарат в одной плоскости, а потом - в другой плоскости, обычно перпендикулярной к первой. Имеющий такую конструкцию теплообменник содержит ряд камер с первыми группами барьеров с боковыми краями, параллельными друг другу в одном направлении, и чередующимися с ними вторыми группами барьеров, боковые края которых параллельны друг другу в другом направлении. При наличии в теплообменнике первых и вторых трубок в первой камере перегородки, через которые проходят вторые трубки, расположены между чередующимися рядами первых трубок, а во второй камере - между их другими чередующимися рядами.

Первая камера может иметь первую перегородку, которая образует ее нижнюю стенку (или верхнюю стенку второй камеры) с 2 поперечными и параллельными между собой боковыми щелями, и вторую перегородку, которая образует ее верхнюю стенку (или нижнюю стенку третьей камеры) с 3 поперечными и параллельными между собой боковыми щелями с лежащими в одной плоскости в осевом направлении боковыми краями, при этом нижняя стенка второй камеры имеет 3 таких щели и т.д.; затем в разных по высоте теплообменника группах камер расположение боковых сторон меняется на противоположное, а количество щелей в перегородках чередуется как 2-3-2-3. В принципе количество щелей в каждых соседних камерах меняется на единицу. Таким образом, щели в объединенных в группы камерах расположены по схеме север/юг, затем восток/запад, а за тем снова север/юг. Такое расположение щелей является предпочтительным, поскольку в этом случае теплообменник, если смотреть на него сверху, будет иметь регулярную схему расположения трубок и перегородок, через которые проходят первые трубки, и регулярную схему расположения вторых трубок, щелей и перегородок, через которые проходят или которых касаются вторые трубки, при этом в осевом направлении теплообменник не будет иметь ни одного просвета, и поэтому первая текучая среда будет проходить через него не только в осевом направлении, но и в осевом и в поперечном направлениях.

Теплообменные трубки предпочтительно расположить внутри реактора с двумя предпочтительно концентричными стенками. Хотя в таком реакторе обе стенки можно выполнить несущими, предпочтительно, однако, чтобы наружная стенка была нагружена больше внутренней. Внутреннюю стенку целесообразно использовать как экран, или оболочку, окружающую все трубки и образующую в теплообменнике кольцевой канал между двумя стенками, например, наружной стенкой и экраном. Внутренняя стенка или экран обычно изготавливается из теплопроводного материала, например, металла или пластика, армированного углеродным волокном, и соприкасается с одной или несколькими теплообменными трубками, хотя предпочтительно, чтобы она находилась на некотором расстоянии от каждой трубки. Поперечное сечение внутренней стенки реактора, имеющее форму окружности, может быть таким же, как и наружной стенки, однако, предпочтительно, если они будут иметь разное поперечное сечение, например, круглое у наружной стенки и эллипсное или прямоугольное, в частности квадратное, у внутренней стенки. Экран можно также использовать для крепления расположенных между камерами барьеров или перегородок, а также для размещения в нем трубок.

Кольцевой канал в реакторе, расположенный между экраном и наружной стенкой реактора, можно заполнить теплоизоляцией, например керамическим материалом, однако, предпочтительно использовать его в качестве зоны подогрева первой текучей среды перед ее попаданием в теплообменные камеры; наличие такой зоны позволяет уменьшить потери тепла реактором за счет вторичного использования тепла, излучаемого экраном. Стенка реактора может иметь в одном или нескольких местах, по крайней мере, одно из которых расположено на расстоянии от входа в теплообменные камеры рядом с выходом из них, по меньшей мере, одно выполненное в стенке кольцевого канала отверстие для входа в реактор первой текучей среды под давлением, в частности воздуха. Такие отверстия в количестве от 2 до 6 симметрично расположены вокруг продольной оси реактора обычно в плоскости, перпендикулярной этой оси. Экран или оболочка по краю, расположенном рядом с входными камерами теплообменника, может иметь, по меньшей мере, одно или 1-3 входных отверстия, одно из которых ведет в одну или несколько из трех расположенных на входе в теплообменник камер, например, в самую первую из этих камер. В таком теплообменнике воздух, в частности сжатый воздух, попадает в реактор через отверстие (отверстия) в кольцевом канале, проходит через этот канал, проходит через экран прямотоком (с точки зрения теплообмена) с первыми трубками и/или в противотоке с первой текучей средой, протекающей через теплообменные камеры; такая схема позволяет подогревать первую текучую среду перед ее попаданием из кольцевого канала в теплообменную камеру, по меньшей мере, до 100°С.

В одном из вариантов предлагаемый в изобретении способ также включает подогрев первой текучей среды вне теплообменной камеры за счет теплообмена с первой текучей средой, находящейся внутри указанных камер, причем подогрев первой текучей среды до ее входа в теплообменные камеры при этом происходит при ее движении в направлении, противоположном ее движению в камерах. При этом, в частности, первая текучая среда проходит через кольцевой канал между стенкой реактора и экраном, или оболочкой, окружающей теплообменные трубки.

Преимущество предлагаемого в изобретении теплообменника и способа его использования состоит в лучшем распределении тепла, передаваемого первой текучей среде по ширине реактора при ее выходе из теплообменника, в частности в его верхней части, и/или передаваемого второй текучей среде при ее выходе из теплообменника, в частности в его нижней части, через первые трубки. В настоящем изобретении предлагается также аппарат для смешения или распределения потоков первой текучей среды, проходящей через него в осевом направлении сверху вниз, который содержит образующие открытые поперечные камеры поперечные перегородки, расположенные не менее чем в двух последовательных рядах с разным расположением перегородок в соседних рядах. Такие перегородки предпочтительно размещать в предлагаемом теплообменнике на выходе из него первой текучей среды. В альтернативе такие перегородки можно использовать в сочетании с другими теплообменными устройствами. Перегородки можно использовать в качестве спойлеров, разбивающих поток первой текучей среды и распределяющих или смешивающих ее.

Перегородки можно использовать в качестве устройства для смешивания текучих сред, имеющих разную температуру и/или разный состав, в частности для смешения, по меньшей мере, двух различных по составу текучих сред или одной и той же текучей среды, по меньшей мере, в 2 потоках с различной температурой. Предпочтительно перегородки использовать для смешивания текучих сред с различной температурой, например, для смешения одной или нескольких текучих сред, обтекающих разные поверхности теплообмена, в частности текучих сред, проходящих через первые трубки в описанных выше аппаратах. Если температура одной из трубок отличается от температуры других трубок, то проходящая через нее первая текучая среда будет иметь температуру, отличающуюся от температуры той же текучей среды, проходящей через остальные трубки, из-за чего в верхней части теплообменника создается неравномерное температурное поле; эта проблема решается в соответствии с изобретением за счет специального расположения перегородок, которое позволяет получить по существу равномерное распределение температуры и состава текучей среды по всей ширине аппарата.

Перегородки можно использовать в качестве устройства для распределения текучих сред, имеющих, например, различные осевые скорости, и для формирования потока текучей среды по существу с постоянной по ширине, в частности по ширине аппарата, скоростью. В описанном выше аппарате такие перегородки можно использовать для выравнивания скоростей потоков первой текучей среды, т.е. текучей среды, нагретой поверхностями теплообмена, или текучей среды, протекающей через первые трубки. В предлагаемом в изобретении варианте выполнения аппарата такой текучей средой является воздух, а перегородки создают поток воздуха практически с постоянной по ширине скоростью, формируя воздушную завесу при подходе потока воздуха к топливным горелкам.

Предлагаемый в изобретении аппарат с перегородками может иметь такую же форму и конструкцию, как и описанный выше теплообменник, хотя в нем могут отсутствовать первые (и другие) трубки. На вход в аппарат можно подавать либо 2 потока проходящей через него текучей среды, либо один поток, разделенный на два в верхней части имеющего теплообменные поверхности теплообменника, который можно разместить внутри аппарата или снаружи, но в любом случае таким образом, чтобы текучая среда из теплообменника могла свободно проходить в аппарат. В первом случае, когда перегородки и теплообменник находятся в одном и том же аппарате, поверхности теплообмена могут быть расположены там же, где и поперечные перегородки, либо там, где их нет, т. е. в той части аппарата, которая расположена ниже перегородок.

Перегородки можно выполнить непроницаемыми для текучих сред, однако, предпочтительно выполнять их перфорированными, при этом общая площадь отверстий в перегородках должна составлять от 10 до 60% или 30-50% от общей площади перегородок, а размер отдель15 ных отверстий должен предпочтительно составлять в среднем менее 1/5 или от 1/20 до 1/5 от размера любой проходящей через перегородку теплообменной трубки. Целесообразно, чтобы все отверстия имели практически одинаковые размеры, прежде всего в любом отдельном ряду, при этом отверстия в разных рядах могут иметь как одинаковый размер, так и размер, постепенно увеличивающийся или постепенно уменьшающийся от ряда к ряду.

По форме отдельные перегородки можно выполнить такими же, как и описанные выше барьеры теплообменника.

Предпочтительно, чтобы в предлагаемом аппарате через перегородки проходило, по крайней мере, несколько трубок, при этом взаимное пространственное расположение трубок и корпуса аппарата должно быть таким же, как и в описанном выше теплообменнике. В частности, первые трубки можно располагать в аппарате по одной схеме, а вторые трубки - по другой схеме (подробно пространственное расположение в аппарате различных рядов трубок описано выше). Первые и вторые трубки могут располагаться рядами параллельно друг другу или под углом 30-60° или 45° друг к другу. Предпочтительно, чтобы пара рядов первых трубок разделялась рядом вторых трубок, и/или наоборот, прежде всего в том случае, когда первые и вторые трубки объединены в параллельные ряды, проходящие перпендикулярно друг другу. Предпочтительно, чтобы каждая первая трубка была окружена 4 вторыми трубками, а каждая вторая трубка была окружена 4 первыми трубками (за исключением трубок, расположенных рядом со стенкой аппарата). В предпочтительном варианте трубки и перегородки должны быть расположены следующим образом. Вторые трубки могут проходить между перегородками, но предпочтительно, чтобы, по крайней мере, через некоторые из перегородок они проходили насквозь. Перегородки могут иметь параллельные боковые края, проходящие практически по всей внутренней ширине аппарата и расположенные, по крайней мере, между несколькими, в частности 2-4, первыми трубками. Боковые края перегородок первого ряда обычно расположены под углом, в частности под углом 45135°, или по существу перпендикулярно боковым краям перегородок второго соседнего ряда. Предпочтительно, чтобы количество перегородок в одном ряду отличалось на единицу от количества перегородок в соседнем ряду. В первом ряду перегородок первые и вторые трубки целесообразно располагать параллельными рядами с промежутком друг от друга и пропускать через ряды имеющих параллельные края перегородок чередующиеся ряды вторых трубок, во втором ряду перегородок, расположенном рядом с первым рядом перегородок, через ряды имеющих параллельные края перегородок целесообразно пропускать каждый ряд вторых тру бок и каждый ряд первых трубок, при этом боковые края перегородок второго ряда должны быть расположены по существу перпендикулярно боковым краям перегородок первого ряда, и в третьем ряду перегородок, расположенным рядом со вторым рядом перегородок, через ряды имеющих параллельные края перегородок целесообразно пропускать и каждый ряд вторых трубок, и каждый ряд первых трубок, при этом края перегородок третьего ряда должны быть расположены по существу перпендикулярно краям перегородок второго ряда и по существу так же, как и края перегородок первого ряда. Предлагаемый в изобретении аппарат имеет одновременно первый, второй и третий ряды перегородок, расположенных по описанной выше схеме, при этом все три последовательных ряда перегородок выполнены перфорированными, а перегородки каждого ряда расположены относительно трубок и стенок корпуса аппарата таким образом, что если смотреть вдоль оси аппарата, все три ряда перегородок занимают, не считая трубок, не менее 80% от всей площади поперечного сечения аппарата.

Предлагаемый в изобретении способ распределения потока текучей среды заключается в пропускании через аппарат сверху вниз в осевом направлении первой текучей среды, которая при этом проходит в осевом направлении вокруг последовательных рядов перегородок, перекрывающих поперечное сечение аппарата и имеющих различное пространственное положение, при этом, по крайней мере, часть этой текучей среды проходит через аппарат как в осевом, так и в поперечном направлениях. Когда через аппарат проходит несколько потоков первой текучей среды, то каждый из потоков можно распределять отдельно предлагаемым в изобретении способом; однако, предпочтительно, по крайней мере, частично распределенные потоки, т.е. потоки, прошедшие первый ряд перегородок, затем полностью смешивать друг с другом. В таком аппарате, по крайней мере, часть первого потока текучей среды проходит в осевом направлении между первыми трубками в первом ряду перегородок, затем проходит в осевом и поперечном направлениях между первыми и вторыми трубками и необязательно, по меньшей мере, через одну перфорированную перегородку второго ряда, и, по крайней мере, часть этого первого потока проходит в осевом и поперечном направлениях между первыми и вторыми трубками и необязательно, по меньшей мере, через одну перфорированную перегородку третьего ряда.

В предпочтительных вариантах выполнения предлагаемого в изобретении теплообменника в его корпусе имеется расположенное на выходе из него описанное выше распределительное устройство. В корпусе теплообменника на расположенном за последней в направлении течения перегородкой конце каждой второй трубки предпочтительно закрепить топливную горелку или форсунку, при этом предпочтительно, чтобы выходные концы горелок лежали в поперечной плоскости, перпендикулярной продольной оси теплообменника/смесителя/ аппарата. Распределительные и/или смесительные перегородки обеспечивают равномерное распределение температуры и скорости первой текучей среды или воздуха, который движется вверх к горелкам, где происходит сгорание воздуха и топлива (обычно самовоспламенением) с образованием факелов пламени, вытянутых вокруг и вдоль первых полностью охваченных пламенем трубок, в которых происходит эндотермическая реакция. Отходящие газообразные продукты горения выводятся из аппарата при ускоренном течении через кольцевой конфузорный канал, в котором расположены первые трубки, при этом эндотермические реагенты сначала предварительно подогреваются, а затем нагреваются окончательно при сгорании экзотермических реагентов. Комбинированный аппарат, состоящий из теплообменника, смесителя/распределителя и камеры сгорания (включая горелки), вместе с имеющимися в нем первыми и вторыми трубками можно использовать в качестве компактной печи для реформинга углеводородов в окись углерода и углеводород при максимальном использовании внутреннего тепла и минимальной температуре отходящих продуктов экзотермической и эндотермической реакции. При необходимости теплообменник, смеситель и трубки можно закрепить во внешнем корпусе аппарата с помощью устройств, компенсирующих возникающие при тепловом расширении деформации и напряжения, в частности с помощью сильфонов, через которые трубки крепятся к трубным решеткам.

Ниже изобретение поясняется со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг. 1 - продольный разрез предлагаемого в изобретении аппарата (теплообменника) и его поперечное сечение плоскостью 1А;

на фиг. 2 - схема теплообменника и распределительного устройства и поперечные сечения теплообменника плоскостями 2А, 2В, 2С, 2Ό и 2Р;

на фиг. 3 - продольный разрез распределительного устройства и камеры сгорания и поперечные сечения смесителя плоскостями 3А, 3В, 3С и 3Ό, и на фиг. 4 - продольный разрез аппарата с изображением трубок для отходящих газообразных продуктов сгорания.

Показанный на фиг. 1 реактор 1 имеет длинные топливные трубки 2, проходящие через него в направлении 3 к расположенным на одном конце трубок топливным горелкам, при этом другие концы трубок соединительными устройствами 4 соединяются с топливным коллектором 5. Коллектор 5 проходит через реактор 1 по всей его ширине и выходит наружу через стенку 6 реактора 1, где гибким металлическим рукавом 7 соединяется с подводящими трубками 8, соединенными с источником или источниками топлива. Подводящие трубки 8 расположены в патрубках 9, установленных в отверстиях 11 наружной стенки 6. Топливные трубки 2 проходят между эндотермическими трубками 12 (см. сечение 1А) в чередующемся порядке, при этом на чертеже в сечении показаны только эндотермические трубки. Трубки 2 расположены внутри квадратного экрана 14, который отделен от стенки реактора 1 установочными кольцами 20 и образует внутри реактора кольцевой канал 13. Установочные кольца 20 крепятся к расположенным внутри на стенке 6 реактора фланцам 10. Топливный коллектор 5 крепится к экрану 14.

Реактор 1 имеет внешнюю опору. Под топливным коллектором 5 расположен установочный фланец 15, который крепится к фланцу сферической крышки 16. Экран 14 имеет расположенное между топливным коллектором 5 и установочным фланцем 10 боковое отверстие 46 для подвода воздуха. Воздух в это отверстие 46 попадает из кольцевого канала 13 между экраном 14 и стенкой 6 реактора, в который он подается через входной патрубок 47, расположенный на некотором расстоянии от крышки 16. Внутри крышки 16 расположен сборник 17 газообразного продукта эндотермической реакции, который соединен с выходным патрубком 18 сильфоном 19.

Во время работы реактора топливо, например метан или водород, поступает в реактор через металлический рукав 7, топливный коллектор 5, топливные трубки 2 и попадает в реакционную камеру, где оно поджигается обычно при самовоспламенении. Одновременно в реактор 1 через патрубок 47 поступает сжатый воздух, который попадает в кольцевой канал 13, в котором он до попадания в отверстие 46 подогревается находящимся внутри экрана 14 газом.

Проходящий между трубками 2 и 12 воздух дополнительно подогревается и движется в направлении 3 к топливным горелкам. Процесс подогрева воздуха подробно в изобретении не рассматривается, однако, некоторые связанные с этим детали показаны на фиг. 2.

На фиг. 2 показаны топливные трубки 2 и эндотермические трубки 12, расположенные в квадратном экране 14 теплообменника 21, который разделен на 41 поперечную камеру 22. На фиг. 2 показано 5 рабочих зон 23-27 теплообменника, которые состоят из 9-8-8-8-8 групп перегородок 28, образующих камеры 22. Цифры и 3 обозначают количество щелей 29 в каждой перегородке 28, при этом количество щелей в перегородках чередуется по длине теплообменника 21. В сечениях 2А-2Е показано расположение первых трубок 12 и топливных трубок 2 в различных перегородках с 2 и 3 щелями. В сечении 2 А показан квадратный экран 14 с установочным кольцом 20, в котором расположены трубки 12 и 2 и перегородка 28 с двумя проходящими между трубками 12 открытыми щелями 29, через которые проходят топливные трубки 2. В сечении 2А показаны 2 щели, вытянутые в направлении север-юг, а в сечении 2В показаны три щели 29, выполненные в перегородке 28 и также вытянутые в направлении север-юг. Перегородки 28, показанные в сечениях 2А и 2В, расположены в зонах 23, 25 и 27 теплообменника. В сечении 2С показаны 2 выполненные в перегородке 28 щели 29, вытянутые в направлении восток-запад, а в сечении 2Ό показаны три такие выполненные в перегородке 28 щели 29, которые также вытянуты в направлении восток-запад. Перегородки 28, показанные в сечениях 2С и 2Ό, расположены в зонах 24 и 26 теплообменника. На фиг. 2 схематично показаны также расположенные над теплообменником 21 воздушные распределители 30.

На фиг. 3 в сечениях плоскостями 3А, 3В, 3С и 3Ό распределители 30 воздуха показаны более подробно. Как уже было сказано выше, топливные трубки 2 проходят к расположенным в зоне воспламенения горелкам. Над самой верхней перегородкой 28 с двумя щелями расположены в трех разных плоскостях три перфорированных пластинчатых спойлера, при этом первый спойлер 32 (см. сечение 3А), второй спойлер 33 (см. сечение 3В) и третий спойлер 34 (см. сечение 3С). Для простоты эндотермические трубки 12 на фиг. 3 не показаны, а показаны только в сечениях 3Λ-3Ω. В сечении 3А показан в виде сверху спойлер 32 и топливные трубки 2, чередующиеся с эндотермическими трубками 12 и смещенные относительно них. Между двумя соседними рядами эндотермических трубок 12 расположены две перфорированные перегородки 35, через которые проходят топливные трубки 2. Во время работы реактора подогретый воздух, выходящий из двух щелей самой верхней перегородки 28, поступает к спойлеру 32, где основная масса воздуха проходит прямо через плоскость спойлера 32, при этом часть воздуха под перегородками 35 отклоняется в сторону и движется в радиальном направлении север-юг, и небольшое количество воздуха проходит через перфорирующие отверстия перегородок. После этого воздух проходит через спойлер 33, показанный в сечении 3В в виде сверху. В спойлере 33 имеется пять расположенных между всеми рядами эндотермических трубок 12 перфорированных перегородок 36, через которые проходят топливные трубки 2. Эти перегородки вытянуты в направлении север-юг (С-Ю). Из спойлера 32 воздух попадает к спойлеру 33, при этом перегородки 36 отклоняют поток воздуха в радиальном направлении восток-запад (за исключением той части воздуха, которая проходит через перфорирующие отверстия в перегородках). Затем воздух попадает к спойлеру 34 (см. сечение 3С), который имеет пять вытянутых в на правлении восток-запад (В-З) и расположенных между всеми рядами эндотермических трубок 12 перфорированных перегородок 37, через которые проходят топливные трубки 2, при этом перегородки 37 отклоняют поступающий воздух в радиальном направлении С-Ю (за исключением той части воздуха, которая проходит через перфорирующие отверстия перегородок). В сечении 3Ό в виде сверху одновременно показаны все спойлеры 32-34 и их перегородки 35-37, через которые проходит и/или которые отклоняют в чередующемся между С-Ю/В-З/С-Ю или В-З/С-Ю/В-З направлении значительную часть подаваемого в реактор воздуха.

На фиг. 4 показана зона 38 горения с эндотермическими трубками 12, которые проходят в нижнюю часть зоны горения и расположены внутри кольцевых каналов 39 с уменьшающимся вверх диаметром и через которые с ускорением проходят обтекающие эндотермические трубки газообразные продукты сгорания. Верхние концы кольцевых каналов 39 расположены в коллекторе 40 для отходящих газообразных продуктов горения, который образован верхним и нижним листами 41 и 42 и боковой стенкой 43. Эндотермические трубки 12 герметично проходят через верхний лист 41 и соединены с трубками 44, которые имеют сильфоны 45, компенсирующие тепловые деформации эндотермических трубок.

В приведенном выше описании подробно рассмотрен один из возможных вариантов выполнения изобретения, который не ограничивает его объем.

Claims (39)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Теплообменник, который содержит множество проходящих через него первых теплообменных трубок, которые проходят через множество поперечных теплообменных камер, примыкающих в осевом направлении друг к другу, при этом каждая из камер отделена от соседней камеры перегородкой, в которой имеется множество отдельных отверстий, и состоит из множества взаимосвязанных в поперечном направлении зон, каждая из которых ограничена, по меньшей мере, тремя теплообменными трубками и перегородками, отделяющими камеры друг от друга, при этом в каждой камере имеются не менее двух входных зон, каждая из которых имеет только отверстия для входа из второй камеры, и не менее двух выходных зон, в каждой из которых имеются только отверстия для выхода в последующую камеру, при этом, по меньшей мере, одна входная зона является смежной, по меньшей мере, с одной выходной зоной или отделена от выходной зоны одной промежуточной зоной, не имеющей отверстий в перегородках ни для входа, ни для выхода в другую камеру.
2. 2. Теплообменник по п.1, в котором каждая из взаимосвязанных в поперечном направлении зон ограничена, по меньшей мере, четырьмя трубками.
3. 3. Теплообменник по п. 1 или 2, в котором входная зона от выходной зоны отделена промежуточной зоной, которая сама отделена другой промежуточной зоной от последующей входной зоны.
4. 4. Теплообменник по п. 1 или 2, в котором входная зона расположена рядом с выходной зоной, которая сама расположена рядом с другой входной зоной.
5. 5. Теплообменник по любому из предыдущих пунктов, в котором в каждой камере имеются не менее четырех зон, расположенных в линию, и по промежуточной зоне между каждой входной и каждой выходной зоной.
6. 6. Теплообменник по любому из предыдущих пунктов, в котором входные и выходные зоны в каждой третьей камере лежат в одной плоскости, через которую проходит первая текучая среда.
7. 7. Теплообменник по любому из предыдущих пунктов, в котором имеется один ряд регулярно расположенных первых теплообменных трубок и второй ряд регулярно расположенных вторых теплообменных трубок, которые проходят через теплообменник в осевом направлении.
8. 8. Теплообменник по любому из пп.1-6, в котором два ряда первых трубок разделены рядом вторых трубок, причем первые и вторые трубки объединены в параллельные ряды, плоскости которых пересекают друг друга под прямым углом.
9. 9. Теплообменник по любому из предыдущих пунктов, в котором диаметр вторых трубок отличается от диаметра первых трубок.
10. 10. Теплообменник по любому из предыдущих пунктов, в котором перегородки по существу параллельны друг другу.
11. 11. Теплообменник по любому из предыдущих пунктов, в котором входные и выходные отверстия выполнены в виде щелей в листах или пластинах или в виде промежутков между отдельными перегородками.
12. 12. Теплообменник по п.11, в котором, по меньшей мере, часть перегородок выполнена в виде пластин с поперечными щелями.
13. 13. Способ эффективного теплообмена в теплообменнике по п. 1 между первой текучей средой, проходящей через множество поперечных теплообменных камер, и второй текучей средой, проходящей через множество первых трубок, при котором направляют, по меньшей мере, два первых потока первой текучей среды в различные зоны первой камеры с обеспечением обтекания каждым из этих потоков более чем одной трубки с образованием двух потоков, и смешения этих двух потоков в другой зоне с образованием смешанного потока, направляют смешанный поток в расположенную в осевом направлении следующую камеру, при этом первый поток входит в зоны первой камеры, примыкающие к зонам, из которых смешанный поток выходит из этих камер или входит в те зоны первой камеры, которые пространственно отделены от зон, из которых выводится смешанный в одной из зон поток, при этом через камеры текучая среда движется и в осевом и в поперечном направлениях.
14. 14. Способ по п.13, в котором, по меньшей мере, два смешанных потока входят в следующую камеру, причем каждый смешанный поток в этой камере делится, по меньшей мере, на два разделенных потока и, по меньшей мере, один из этих разделенных потоков встречается с потоком, образовавшимся в результате разделения другого смешанного потока, с образованием еще одного потока, который выходит из этой камеры в следующую за ней камеру.
15. 15. Способ по любому из пп. 13-14, в котором во всех камерах первая текучая среда обтекает, по меньшей мере, 8 теплообменных трубок, которые в осевом направлении проходят через эти камеры.
16. 16. Способ по любому из пп. 13-15, в котором третья текучая среда проходит через расположенные в теплообменнике в осевом направлении вторые трубки, причем в целом первая и третья текучие среды протекают через теплообменник в противотоке по отношению к течению второй текучей среды, что обеспечивает эффективный теплообмен между второй текучей средой и первой и/или третьей текучей средой.
17. 17. Способ по п. 16, в котором первая текучая среда, представляющая собой газ, и третья текучая среда, представляющая собой жидкость, нагреваются в процессе теплообмена второй текучей средой, протекающей в первых трубках.
18. 18. Способ по п.16 или 17, в котором первая текучая среда проходит, по меньшей мере, через две камеры по существу в первой плоскости.
19. 19. Способ по п.16 или 17, в котором первая текучая среда последовательно проходит, по меньшей мере, через две следующие друг за другом камеры по существу во второй плоскости, которая не совпадает с первой плоскостью.
20. 20. Способ по любому из пп. 13-19, в котором используют теплообменник по любому из пп.1-12.
21. 21. Способ по п.13, в котором первую текучую среду пропускают в осевом направлении через теплообменник сверху вниз, при этом текучая среда проходит в осевом направлении вокруг следующих один за другим рядов барьеров, расположенных поперечно теплообменнику, причем барьеры в каждых двух соседних рядах расположены поперечно теплообменнику и имеют отличающуюся ориентацию, в результате чего, по меньшей мере, часть текучей среды проходит через теплообменник и в поперечном, и в осевом направлениях.
22. 22. Способ по п.21, в котором первую текучую среду пропускают, по меньшей мере, через часть барьеров, которые выполнены перфорированными.
23. 23. Способ по п.21 или 22, в котором множество первых проходящих через теплообменник в осевом направлении трубок расположены в первом определенном порядке, а множество вторых проходящих через теплообменник в осевом направлении трубок расположены во втором определенном порядке.
24. 24. Способ по п.23, в котором, по меньшей мере, часть первого потока текучей среды пропускают в осевом направлении между трубками первого ряда барьеров, которая затем проходит в осевом и в поперечном направлениях между первыми и вторыми трубками во втором ряду барьеров и, по меньшей мере, через один перфорированный барьер во втором ряду.
25. 25. Способ по п.23, в котором, по меньшей мере, часть первого потока пропускают в осевом и в поперечном направлениях между первыми и вторыми трубками в третьем ряду барьеров и, по меньшей мере, через один перфорированный барьер в третьем ряду.
26. 26. Устройство для теплообмена, содержащее теплообменник для первой текучей среды по любому из пп.1-12, причем емкость теплообменника имеет распределитель потоков первой текучей среды.
27. 27. Устройство для теплообмена, содержащее теплообменник для первой текучей среды по любому из пп.1-12, которое содержит первые трубки для прохождения горячих продуктов эндотермической реакции, вторые трубки для прохождения третьей текучей среды, представляющей собой экзотермический реагент, причем первые трубки расположены таким образом, что они находятся в тепловом взаимодействии со вторыми трубками и с первой текучей средой, которая представляет собой второй экзотермический реагент, при этом устройство выполнено с возможностью обеспечения ввода первой и третьей текучих сред в экзотермическую реакцию с использованием выделяющегося в процессе ее тепла для проведения эндотермической реакции.
28. 28. Устройство по п.26, содержащее дополнительно поперечные барьеры, расположенные поперек теплообменника, по меньшей мере, в двух следующих один за другим рядах, образующих открытую поперечную камеру, причем барьеры следующих один за другим рядов имеют отличающуюся пространственную ориентацию в теплообменнике, в результате чего осуществляется распределение, по меньшей мере, одного потока первой текучей среды, проходящей в осевом направлении сверху вниз в направлении течения.
29. 29. Устройство по п.28, в котором, по меньшей мере, один барьер выполнен перфорированным.
30. 30. Устройство по п.28 или 29, в котором вторые трубки проходят через барьеры.
31. 31. Устройство по любому из пп.28-30, в котором барьеры имеют параллельные боковые края, проходящие по существу по всей ширине теплообменника, и расположены между, по меньшей мере, частью первых трубок.
32. 32. Устройство по п.31, в котором боковые края барьеров первого ряда барьеров расположены под углом к боковым краям барьеров второго расположенного рядом с первым ряда барьеров.
33. 33. Устройство по п.32, в котором второй ряд барьеров расположен по существу перпендикулярно первому ряду барьеров.
34. 34. Устройство по любому из пп.31-33, в котором количество барьеров в одном ряду отличается на единицу в большую или меньшую сторону от количества барьеров в соседнем ряду.
35. 35. Устройство по любому из пп.28-34, в котором параллельные ряды первых и вторых трубок разделены первым рядом барьеров, и через ряды барьеров с параллельными боковыми краями проходят чередующиеся ряды вторых трубок.
36. 36. Устройство по п.35, в котором через каждый второй ряд барьеров с параллельными боковыми краями, расположенный рядом с первым рядом барьеров, проходят вторые трубки, а между ними проходят ряды первых трубок, при этом боковые края барьеров второго ряда расположены по существу перпендикулярно боковым краям барьеров первого ряда.
37. 37. Устройство по п.36, в котором через каждый третий ряд барьеров с параллельными боковьми краями, расположенный рядом со вторым рядом барьеров, проходят вторые трубки, а между ними проходят первые трубки, при этом боковые края барьеров третьего ряда расположены по существу перпендикулярно боковым краям барьеров второго ряда и расположены в том же самом направлении, что и боковые края барьеров первого ряда.
38. 38. Устройство по п.37, в котором барьеры трех проходящих друг за другом рядов выполнены перфорированными и каждый из них расположен относительно трубок и стенок теплообменника таким образом, что если на них смотреть в направлении его оси, то в целом барьеры во всех трех рядах занимают, исключая трубки, по меньшей мере, 80% от площади поперечного сечения теплообменника.
39. 39. Способ по любому из пп.21-25, в котором используют устройство для теплообмена по любому из пп.28-38.