FI119624B - Endoterminen reaktiolaite - Google Patents

Description

Endoterminen reaktiolaite Tämä keksintö koskee laitetta, jota käytetään endotermisten reaktioiden suorittamisessa, ja tarkemmin sanottuna se koskee katalyyttistä reformointi-laitetta kevyiden hiilivetyjen ja erityisesti höyryn ja/tai hiilidioksidin ja kevyiden hii-5 iivetyjen seosten reformoimiseksi.

Reformointiiaitetta ja menetelmiä on tähän asti käytetty erilaisten endotermisten reaktioiden suorittamisessa. Esimerkiksi höyryreformointi on vakiintunut prosessi luonnon kaasun ja muiden hiilivetyjen konvertoimiseksi synteesi-kaasuksi, jota tässä kutsutaan yleisesti nimellä "syngas". Toinen endoterminen 10 reaktio on etaanin konversio (pyrolyysi) eteeniksi, mikä tuottaa sivutuotteena vetyä. Endotermisesta reaktiosta riippuen katalyyttiä saatetaan tarvita tai sitten ei. Hiilivetyjen höyryreformoinnissa käyttökelpoinen katalyytti on nikkeli inertillä tukiaineella, kuten alumiinioksidilla.

Monet kaupalliset höyryreformerit ovat säteilytyyppisiä ja niissä käyte-15 tään katalyyttitäytteisiä reaktioputkia. Näitä reformereita kuumennetaan epäsuorasti suhteellisen pienellä määrällä suuria polttimia, joihin syötetään polttoaine-kaasua ja ilmaa alhaisella paineella. Kuumimmassa osassa lämmönsiirto tapahtuu ensisijassa kaasun säteilyn avulla, jota täydennetään vaikeasti käsiteltävän säteilyn ja konvektion avulla. Tasainen säteily reaktioputkiin on ollut kriittinen, 20 koska liiallinen paikallinen reaktioputken seinämän kuumentuminen johtaa re-formeriputkien todennäköisen käyttöiän lyhenemiseen. Ratkaisuksi välttää liiallista paikallista kuumentumista on ehdotettu suurien välien jättämistä reaktioput-kien, uunin seinämien ja polttimen liekkien väliin. Sen tähden nämä säteilyre-formerit ovat olleet suuria ja kalliita kapasiteettiyksikköä kohti. Ne vaativat taval-25 lisesti myös ylimääräisiä lämmönvaihtimia synteesikaasun jäähdyttämiseksi ja syöttökaasun esikuumentamiseksi. Yleensä näihin aiempiin säteilyreformereihin liittyvät toimintaperiaatteet eivät sovellu suhteellisen alhaisiin kustannuksiin, tehokkaaseen ja kompaktiin mailiin ja pitkään reaktioputkien todennäköiseen käyttöaikaan, 30 Erilaisia yrityksiä on tehty endotermisen reaktiolaitteen tuottamiseksi, jonka avulla saavutetaan kompakti malli ja pitkä käyttöikä. US-patentissa 4 692 306 nämä tavoitteet voidaan täyttää uuden poitinkammiomuodon avuiia, joka estää liekkien törmäysvaikutuksia tai suoran tähtäysviivan polttimen liekkien ja reaktiokammion välillä.

35 Tämän mukaisesti tavanomainen ajattelu on suuntautunut paljon pois suorasta liekkien vaikutuksesta reaktioputkissa aiemman tekniikan endotermi- 2 sessa reaktiolaitteistossa, ensisijassa reaktioputkien liiallisen paikallisen kuumenemisen vuoksi, joka saa alkunsa liekkien suorasta vaikutuksesta käytettäessä tavanomaisia poltinmalleja.

Julkaistussa EP-patenttihakemuksessa nro 0 450 872 A1 kuvataan 5 endotermista reaktiolaitteistoa erityyppisten endotermisten reaktioiden suorittamiseksi. Laitteisto käsittää astian, joka sisältää katalyyttikerroksen, jonka läpi kulkee lukuisia keraamisia polttoputkia, ilmaa ja polttoainetta, joita syötetään erillisesti polttoputkeen ja polttoaineen syöttöputkeen polttoputken sisällä, poltetaan polttoputken sisällä lämmön tuottamiseksi. Edullisesti polttoainetta ja ilmaa 10 esikuumennetaan itsesytytyksen aikaansaamiseksi, kun polttoaine ja ilma yhdistetään polttoputkessa. Endotermista reaktanttia syötetään katalyyttikerroksen läpi polttoputken ulkopuolelle, jossa se konvertoidaan endotermisen tuotteen aikaansaamiseksi. Kuten julkaistaan endoterminen reaktantti ja endoterminen tuote viilaavat edullisesti katalyyttikerroksen läpi vastavirtaan eksotermisten reak-15 lanttien ja reaktiotuotteiden, so. polttoaineen, ilman ja palamistuotteiden, virtaan nähden. Tässä järjestelyssä esikuumennusvyöhyke tuotetaan reaktioastiaan, jossa lämpö siirtyy erillisesti syötettäviin ilmaan ja polttoaineeseen endotermi-sesta tuotteesta ilman ja polttoaineen esikuumentamiseksi ennen polttoa ja endotermisen tuotteen jäähdyttämiseksi ennen kuin se poistuu reaktioastiasta.

20 Edellä olevalla ja muilla endotemnisilla reaktiolaitteilla, jotka julkais taan mainitussa aiemmin julkaistussa EP-patenttihakemuksessa, on monia etuja. Keraamiset putket voivat kestää monia metalleja paremmin erittäin korkeita iämpötiloja, joita tavataan monissa endotermisissa reaktioissa. Keraamiset putket voidaan myös valmistaa vahvemmiksi ja siten ohuemmiksi ulkopuolelta koh-25 distetuilla puristuspaineilla joko mekaanisten laitteiden avulla, kuten putken vastakkaisia päitä puristamalla, tai nostamalla painetta putkien ulkopinnoilla, missä endoterminen reaktio tapahtuu, tai molempien avulla. Valitettavasti keraamiset putket altistuvat iämpökuormitusongeimille erityisesti, jos ne ovat liian paksuja.

Keraamiset putket ovat myös suhteellisen vaikeita ja kalliita valmistaa ja erityistä 30 huomiota on kohdistettava siihen seikkaan, että keraamiset putket ovat suhteellisen hauraita verrattuina metalliputkiin.

Tunnettua tekniikkaa on kuvattu myös julkaisuissa US-A-3 531 263 ja EP-A-0 033 128, joissa esitetään vedyn ja hiilimonoksidin tuottaminen hiilivetyjen reformoinnrlia reaktorissa, jossa putkessa alaspäin virtaavat hiilivedyt ja vesi i

35 kuumennetaan putkia ympäröivällä polttoaineen palamisella. I

i l 3 Tämä keksintö parantaa edelleen endotermisen reaktiolaitteen mallia ja toimintaa ja erityisesti sellaisessa tyypissä, jossa käytetään metallisia reak-tioputkia tiiviisti sijoitettuina. Tässä kuvattu keksintö soveltuu suhteellisen alhaisen kustannuksen, kompaktiin endotermiseen reaktiolaitteistoon, kun verrataan

V

5 edellä kuvattuihin kaupallisiin säteilyreformereihin. Lisäksi tämän keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti suora liekkien heijastuminen reak-tioputkiin optimoidaan korkean hyötysuhteen saavuttamiseksi reaktioputkien kompaktissa kimpussa samalla, kun reaktioputken todenikäinen käyttöikä on silti korkea. Lisäksi tämän keksinnön muiden aspektien mukaisesti eliminoidaan re-10 aktioputkien liiallinen paikallinen kuumeneminen poistoputkien sisäänmenopäis-sä ja estetään erityisesti yksittäisten reaktioputkien taipuminen, joka saattaa riippua keskiarvoa korkeammista reaktioputkien lämpötiloista. Kuten ymmärretään, tämän keksinnön jäljempänä kuvattuja piirteitä voidaan käyttää yksinään tai yhdessä yhden tai useamman keksinnöllisen piirteen kanssa paremman suoritus-15 kyvyn ja parempien hyötysuhteiden saavuttamiseksi suhteellisen alhaisella kustannuksella verrattuna aiempiin säteilyreformereihin.

Tämän keksinnön erään aspektin mukaisesti endoterminen reaktio-laite endotermisen reaktion suorittamiseksi käsittää astian, joka käsittää sisään-menoaukon endotermista reaktanttia varten, joka altistetaan endotermiselle re-20 aktiolle reaktantin konvertoimiseksi endotermiseksi tuotteeksi, ulostuloaukon endotermista tuotetta varten ja eksotermisen reaktiokammion; useita reaktioput-kia, jotka muodostavat vastaavat virtauskanavat sisäänmenoaukon ja ulostuloaukon välille, reaktioputken ulottuessa eksotermisen reaktiokammion läpi lateraalisesti välimatkan päässä sijaitsevassa suhteessa; ja ensimmäisen ja toisen 25 syötön ensimmäisen ja toisen eksotermisen reaktiofluidin syöttämiseksi erikseen eksotermiseen reaktiokammioon eksotermisessa reaktiokammiossa tapahtuvaa eksotermista reaktiota varten ja eksotermisten reaktiotuotteiden virnan ohjaamiseksi suunnassa, joka kulkee eksotermisen reaktiokammion yläpuolisesta päästä alapuoliseen päähän, jolloin ensimmäisessä syötössä on ensimmäisen fluidin 30 ulostulolaite, joka käsittää virtausta jakavan osan, joka ulottuu poikittaisesti reak-tioputkiin nähden ja jossa on useita aukkoja, joiden kautta ensimmäinen fluidi virtaa eksotermisen reaktiokammion yläpuoliseen päähän siten, että tuotetaan suurin piirtein tasainen nopeusprofiili koko kammion poikki, ja toinen syöttö kä- j sittää toisen fluidin ulostulolaitteen, joka käsittää useita suutinputkia, jotka ulot-35 tuvat eksotermiseen reaktiokammioon, oleellisesti yhdensuuntaisesti ja sivussa reaktioputkiin nähden toisen fluidin tuomiseksi eksotermiseen reaktiokammioon 4 ensimmäisen fiuidin ulostulolaitteen kohdalla tai sen alapuolisessa kohdassa ja lukuisissa erillisissä kohdissa reaktioputkien vieressä, mutta lateraalisesti niistä sivussa, jolloin toisen fiuidin ulostulolaitteesta tuleva toinen fluidi yhdistyy ensimmäiseen fluidiin korkean lämpötilan liekkien tuottamiseksi reaktioputkien ympäril-5 le toisen fiuidin ulostulolaitteen alapuolisessa kohdassa ja korkean lämpötilan eksotermisten reaktiotuotteiden virtaamiseksi reaktioputkien ympärillä ja sitä pitkin reaktioputkien kuumentamiseksi ja endotermisen reaktantin endotermiseksi tuotteeksi -konversion tukemiseksi, kun se virtaa reaktioputkien kautta. Tämä järjestely tekee mahdolliseksi tuottaa pitkänomaisia liekkejä, jotka ulottuvat 10 huomattavan matkan reaktioputken pituussuunnassa ja siten vältetään korkeat kuumuuskeskittymät, jotka muutoin saavat alkunsa lyhyistä liekeistä.

Edullisesti reaktioputkissa on alapuolinen osa, joka sijoittuu eksotermisen reaktiokammion alapuoliseen päähän endotermisen tuotteen virtauksen suunnassa kohti ulostuloaukkoa, ensimmäinen syöttö käsittää ensimmäisen 15 syöttöputken, jonka kautta reaktioputken alapuolinen osa ulottuu, ensimmäisen syöttöputken ja reaktioputken väliin muodostuu ensimmäisen fiuidin virtaus-kanava lämmönvaihtosuhteessa (edullisesti vastavirtaan) reaktioputken alapuolisen osan kanssa, toinen syöttö käsittää toisen syöttöputken, jonka kautta ensimmäinen syöttöputki ulottuu yhdensuuntaisena, ja ensimmäisen ja toisen syöt-20 töputken väliin muodostuu toisen fiuidin virtauskanava lämmönvaihtosuhteessa (edullisesti yhdensuuntaisvirtana) ensimmäisen fiuidin virtauskanavan kanssa, joka on lämmönvaihtosuhteessa (edullinen vastavirtana) reaktioputken alapuolisen osan kanssa. Ensimmäinen ja toinen fiuidin virtauskanava liitetään ensimmäisen fiuidin ja toisen fiuidin kammioihin.

25 Sellaisia endotermisia reaktioita varten, joissa käytetään katalyyttiä, endoterminen reaktiokatalyyttl sijoitetaan reaktioputkiin, ensisijaisesti eksotermisen reaktiokammion alueella ja valinnaisesti kauttaaltaan koko putkeen astiassa samalla, kun inerttiä väliainetta, kuten keraamisia palloja, voidaan käyttää muualla putkessa tai putkissa korkean lämmönvaihdon tai siirtymisnopeuksien edis-30 tämiseksi, erityisesti jakajalevyn alapuolella ja välittömästi endotermisen reaktantin tullessa reaktioastiaan sisäänmenoaukosta.

Reaktioputket jaetaan edullisesti suurin piirtein tasaisesti useiden reaktioputkien joukkoon. Suutinputkissa on edullisesti ulostulopäät, jotka suunnataan toisen fiuidin ohjaamiseksi suurin piirtein reaktioputkien suuntaan. Ainakin 35 enemmistö suutinputkista voidaan yhdistää virtausta rajoittavaan aukkoon suu- 5 tinputkien kautta tapahtuvan virtauksen tasoittamiseksi, kun syöttö tapahtuu edullisesti yhteisestä kammiosta.

Keksinnön toisen aspektin mukaisesti varaudutaan estämään liiallinen paikallinen reaktioputkien kuumentuminen, kun poistoputkea käytetään ekso-5 termisestä reaktiokammiosta poistuvien eksotermisten reaktiotuotteiden saamiseksi virtaamaan yläpuolisen reaktioputken osan ympärillä tai sitä pitkin nopeudella, joka on huomattavasti suurempi kuin eksotermisten reaktiotuotteiden nopeus eksotermisen reaktiokammion läpi. Korkeampi virtausnopeus parantaa lämmön siirtymistä eksotermisista reaktiotuotteista reaktioputken yläpuoliseen 10 osaan endotermisen reaktantin kuumentamiseksi, joka virtaa reaktioputken yläpuolisen osan kautta ja samanaikaisesti jäähdyttää eksotermisia reaktiotuotteita ennen niiden poistumista astiasta. Poistoputki, jonka kautta reaktioputken yläpuolinen osa ulottuu, muodostaa reaktioputken yläpuolisten osien kanssa poistokanavan eksotermisia reaktiotuotteita varten, ja poistoputkessa on sisään-15 menopään osa, joka on muotoiltu huolehtimaan poistoputkeen tulevien eksotermisten reaktiotuotteiden virtausnopeuden progressiivisesta kasvusta, minkä avulla vältetään liialliset paikalliset lämpökeskittymät reaktioputkessa ja poisto-putkessa, poistoputken sisäänmenopäässä. Tämän keksinnön edullisessa suoritusmuodossa tällainen progressiivinen virtausnopeuden kasvu toteutetaan le-20 vittämällä poistoputken sisäänmenopään osaa säteensuuntaisesti ulospäin re-aktioputkesta poispäin.

Tämän keksinnön vielä erään toisen aspektin mukaisesti endotermi-nen reaktiolaitteisto endotermisen reaktion suorittamiseksi käsittää astian, jossa on pitkittäinen akseli ja joka käsittää sisäänmenokammion endotermista reak-25 tanttia varten, joka altistetaan endotermiselle reaktiolle reaktantin konvertoimiseksi endotermiseksi tuotteeksi, ja uiostulokammion endotermista tuotetta varten. Pitkittäisesti ulottuvat reaktioputket tuottavat virtauskanavan sisäänmeno- ja ulostulokammioiden välille, ja reaktioputket ovat sivussa erillään ja ulottuvat eksotermisen reaktiokammion kautta astiassa. Reaktioputket liitetään vastakkai-30 sissa päissä putkilevyihin tai vastaaviin ja eksoterminen reaktiolaite huolehtii re-aktioputkien kuumentamisesta endotermisen reaktantin endotermiseksi tuotteeksi -konversion tukemiseksi, kun reaktantti virtaa reaktioputkien läpi. Sisäänmeno- ja ulostulokammiot sijoitetaan astiaan pitkittäissuuntaista liikettä varten, j jotta reaktioputkien kimpun kollektiivisen laajeneminen ja kutistuminen on mah-35 dollista ja yksittäinen putki liitetään toisesta päästään liikuntasaumalla toiseen putkilevyyn kunkin yksittäisen putken laajentumisen ja kutistumisen sovittami- i 6 seksi useiden reaktioputkien kollektiiviseen laajenemiseen ja kutistumiseen. Edulliset liikuntasaumat tai -laitteet ovat metallipalkeita. Tarkemmin sanottuna ja erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti astiassa on sisäänmenoaukko en-dotermista reaktanttia varten ja ulostuloaukko endotermista tuotetta varten, ja 5 yksi sisäänmeno- ja ulostuloaukoista liitetään yhteen sisäänmeno- ja ulostulo-kammioon primaarin metallipalkeen avulla ja liikuntasauma kutakin reaktioput-kea varten käsittää sekundaarisen metallipalkeen, jossa on laajentumis/kutistu-misvaraa huomattavasti vähemmän kuin primaarissa metallipalkeessa.

Edellä mainittuja ja muita tämän keksinnön piirteitä kuvataan täydelli-10 semmin jäljempänä ja erityisesti patenttivaatimuksissa ja oheisissa piirustuksissa, joissa selvitetään yksityiskohtaisesti tietyt tämän keksinnön suoritusmuodot, jotka kuitenkin osoittavat vain muutamia useista erilaisista tavoista, joilla tämän keksinnön periaatteita voidaan käyttää.

Kuviot 1A-1D ovat katkaistuja pitkittäisiä poikkileikkauskuvia tämän 15 keksinnön mukaisesta endotermisesta reaktiolaitteesta kuvion 2 viivaa 1-1 pitkin.

Kuvio 2 on poikkileikkauskuva kuvion 1C laitteesta viivaa 2-2 pitkin.

Kuvio 3 on suurennettu katkaistu osa kuvioista 1C ja 1D.

Kuvio 4 on poikkileikkauskuva kuviosta 3 viivaa 4-4 pitkin.

20 Kuvio 5 on katkaistu poikkileikkauskuva tämän keksinnön mukaisen endotermisen reaktioiaitteiston toisesta suoritusmuodosta kuvion 6 viivaa 5-5 pitkin.

Kuvio 6 on poikkileikkauskuva kuviosta 5 viivaa 6-6 pitkin.

Tässä käytetään termiä "endoterminen reaktantti" tarkoitettaessa 25 fluidivirtaa, joka altistetaan endotermiselle reaktioille ja joka voi olla yksi komponentti tai usean komponentin sekoitus. Lisäksi "endoterminen tuote" tarkoittaa tässä fluidivirtaa, joka saadaan tuloksena mainitusta endotermisesta reaktiosta ja tyypillisesti se on komponenttien sekoitus, kuten synteesikaasu, "syngas".

Seuraavassa viitataan yksityiskohtaisesti piirustuksiin ja aluksi piirus-30 fuksiin 1A - 1D ja 2, joissa tämän keksinnön mukaisesti konstruoitua endotermisen reaktion astiaa merkitään yleisesti viitenumerolla 10. Endoterminen reaktio-astia 10 käsittää suurin piirtein suljetun reaktioastian 11, joka edullisesti on pystysuorassa, kuten kuvioissa 1A - 1D esitetään, vaikka se voidaan suunnata myös toisin, kuten esimerkiksi vaakasuoraan.

35 Astia 11 muodostetaan pystysuoran pitkänomaisen, putkimaisen vai pan 12 avulla, joka on suljettu yläpäästään sulkijalla 13 ja alapäästään sulkijalla 7 14. Kokoonpanon, huollon ja koija uksen helpottamiseksi ylempi ja aiempi sulkija 13 ja 14 kiinnitetään irrotettavasti vaipan 12 ylempään ja alempaan päähän sopivalla tavalla. Kuvatussa suoritusmuodossa vaipan 12 ylempi pää ja ylemmän pään sulkijan 13 alempi pää varustetaan asennuslaipoilla 15 ja 16, jotka liitetään s 5 yhteen kiinnikkeillä 17. Vastaavasti vaipan 12 alempi pää ja alemman pään sulkijan 14 ylempi pää varustetaan asennuslaipoilla 18 ja 19, jotka liitetään yhteen kiinnikkeiden 20 avulla. Kuten kuviossa 1D nähdään, sopiva tiiviste 21 asetetaan asennuslaippojen 18 ja 19 väliin tiivistämään vaipan ja alemman päädyn sulkijan välinen sauma vuotoja vastaan. Vaipan ja ylemmän päädyn sulkijan välinen 10 sauma tiivistetään myös vuotoja vastaan jäljempänä kuvatulla tavalla. Kuvatussa suoritusmuodossa vaippa 12 on edullisesti sylinterimäinen ja siten pyöreä poikkileikkaukseltaan, vaikka muitakin poikkileikkausmuotoja voidaan käyttää, kuten neliön, kuusikulmion jne. muotoa. Ylemmän ja alemman päädyn sulkijat voivat olla myös eri muotoisia, vaikka tämän keksinnön kuvatussa suoritusmuo-15 dossa käytetty kupolin muoto on edullinen.

Vaippa 12 ja sulkijat 13 ja 14 valmistetaan edullisesti metallista ja erityisen edullisesti teräksestä tai erikoisteräksestä.

Laitteisto 10 voi olla kooltaan huomattavan pitkä. Esimerkiksi kuvattu laitteisto voi olla kokonaispituudeltaan suunnilleen 7,62 m (25 jalkaa). Kuvioissa 20 1A -1D pitkä pätkä laitteesta kuvioiden 1B ja 1C väliltä on jätetty pois, koska täl lainen osa pääosiltaan muodostaa kuvatun rakenteen jatkeen. Koska tyypillisesti on kyse pitkistä ulottuvuuksista, laitteisto 10 voidaan ripustaa ulkopuolisesta tukirakenteesta kohdassa, joka on lähellä sen yläpäätä. Tätä tarkoitusta varten vaippaan 12 on kiinnitetty kannatusrakenne 25, joka ulottuu sopivalla korkeudel-25 la säteen suunnassa ulospäin ulkopuoliseen tukirakenteeseen asentamista varten, minkä vuoksi suurin osa astiasta riippuu vapaasti alemman pään sulkijan 14 poiston helpottamiseksi tarvittaessa.

Reaktioastian 11 sisällä on kimppu reaktioputkia 28. Kuten esitetään, reaktioputket 28 ovat suoria ja yhdensuuntaisia astian 11 pitkittäisen akselin 29 30 kanssa. Vaikka tämä keksintö voidaan ottaa käytäntöön käyttäen useita reaktio-putkia, siinä voidaan käyttää vain yhtä reaktioputkea. Kuvatussa suoritusmuodossa on 19 reaktioputkea. Kuitenkin useimmissa kaupallisissa tarkoituksissa on tavallisesti ainakin noin 100 reaktioputkea riippuen vaadittavan tuotefluidin määrästä.

35 Kuten kuviossa 1A esitetään, reaktioputkien 28 ylemmät (yläpuoliset) päät liitetään kiinteään putkilevyyn 32 liikuntasaumojen tai laitteiden 33 avulla, 8 jotka edullisesti ovat muodoltaan aallotettuja metällikauluksia tai -palkeita, kuten kuvataan. Kuvatussa suoritusmuodossa reaktioputket 28 kulkevat putkilevyn 32 aukkojen läpi ja ulottuvat putkilevyn yläpuolelle. Laajenemispalkeet 33 työnnetään putkien päätyosien päälle ja niiden yläpäät kiinnitetään hitsaamalla putkeen 5 ja niiden alapäät kiinnitetään hitsaamalla putkilevyyn 32. Tällä tavalla palkeet ja rengasmaiset hitsaussaumat tiivistävät reaktioputkien ja putkilevyn väliset aukot samalla, kun yksittäisten reaktioputkien akselin suuntainen liike putkilevyyn nähden on mahdollista.

Putkälevy 32 ulottuu poikittaisesti astian 11 pitkittäiseen akseliin 29 10 nähden ja sen kehäreunan osa asetetaan ylemmän päätysulkijan 13 ja vaipan 12 väliin. Tällä tavalla ylempi putkilevy 32 kiinnitetään lujasti astiaan. Kuten kuvataan, tiivisteet 35 ja 36 tuotetaan sulkemaan vuodot putkilevyn 32 ja ylemmän pään sulkijan 13 ja vaipan 12 välillä. Putkilevy 32 toimii yhdessä ylemmän pään sulkijan 13 kanssa tulokammion 38 muodostamiseksi endotermisen reaktantin 15 vastaanottamiseksi, joka syötetään astiaan 11 sisäänmenoaukon 39 kautta, joka on tuotettu astian ylempään päähän. Sisäänmenokammio 38 liitetään fluidi-yhteyteen reaktioputkien 28 ylempien päiden kanssa, jotta endoterminen reak-tantti pääsee virtaamaan alaspäin reaktioputkien läpi.

Astian 11 alemmassa päässä, kuten kuviossa 1D esitetään, reaktio-20 putket 28 liitetään alapäistään toiseen putkilevyyn 40, joka ulottuu poikittain astian pitkittäiseen akseliin 29 nähden. Putkien alemmat päät voidaan kiinnittää ja tiivistää putkilevyyn 40 jollain sopivalla tavalla ja edullisesti hitsaamalla ne hit-saussaumalla, joka ulottuu rengasmaisesti reaktioputkin ympäri tiivisteen muodostamiseksi. Putkilevy 40 muodostaa osan päätä 41, jota tässä kutsutaan kel-25 luvaksi pääksi, koska sitä ei ole jäykästi kiinnitetty vaippaan 12, vaan se sen sijaan voi liikkua itsenäisesti vaippaan 12 nähden vaipan pitkittäistä akselia pitkin.

Kelluva pää 41 käsittää lisäksi kupolimaisen kannen 42. Kupolimaisessa kannessa 42 on rengasmainen laippa 43, johon kiinnitetään kiristysrengas 44 kiinnikkeiden 45 avulla. Kiristysrengas 44 kiinnittää putkilevyn 40 kupolimaisen kan-30 nen päätypintaan ja tiiviste 46 tuotetaan putkilevyn 40 ja kupolimaisen kannen 42 väliseen saumaan.

Putkilevy 40 ja kupolimainen kansi 42 toimivat yhdessä ja muodostavat sisälleen ulostulokammion 49. Ulostulokammio liitetään fluidiyhteyteen reaktioputkien 28 alapäiden kanssa reaktioputkista poistuvan endotermisen tuotteen 35 vastaanottamiseksi. Ulostulokammio 49 liitetään myös pitkittäisesti ulottuvan putkijohdon 50 avulla astian 11 pohjassa olevaan ulostuloaukkoon 51. Putkijoh- ' | f i g dossa 50 on putkimaisen laajennuslaitteen, joka on muodottaan edullisesti putkimainen metailipaije 52, joka sijoitetaan akselin suuntaisesti säätyväksi ja sen avulla kelluvan pään 41 ja alemman päädyn sulkijan 14 ja niin muodoin vaipan 12 välinen liike on mahdollista. Kuten kuviossa 1D esitetään, laajenevan pal-5 keen 52 toinen pää liitetään kelluvaan päähän 41 ja toinen pää liitetään aukkoon 51.

Kelluva pää 41 ja putkijohto 50 erottavat virtaustien endotermista tuo-tefluidia varten ympäröivästä tilasta 55 sulkijan 14 alemman pään sisällä. Kuvatussa edullisessa suoritusmuodossa tämä sisätila 55 normaalisti sisältää vain 10 ilmaa ja erityisesti paineistettua ilmaa, jota syötetään reaktioastiaan palamisen tukemiseksi jäljempänä kuvatulla tavalla. Kuten jäljempänä yksityiskohtaisemmin kuvataan, ilmaa syötetään astiaan ilman sisäänmenoaukkoon 56 kautta, joka liitetään ilman sisäänmenokammioon 58. Sisäänmenokammiosta 58 ilma voi päästä sisätilaan 55, joka muuten on suljettu ulkopuoliseen tilaan aukkoa 59 Ιοί 5 kuun ottamatta. Aukko 59 tuottaa mukavan keinon tarkkailla endotermisen reaktiotuotteen olemassaoloa sisätilassa 55, mikä olisi osoitus vuodosta. Esimerkiksi aukkoon 59 voidaan asentaa mittapää endotermisen tuotteen tunnistamiseksi.

Kuten kuvion 1D alaosassa kuvataan, putkijohdon 50 alapää kiinnitetään pidätysrenkaan 60 avulla, jotta pitkittäinen liike ulostuloaukkoon 51 nähden 20 estyy, ja putkijohdon ja aukon 51 välisen sauma tiivistetään sopivalla tiivisteellä tai tiivistysosalla 61.

Kuvioista 1C ja 1D nähdään, että ilman sisäänmenokammio 58 erotetaan polttoaineen sisäänmenokammiosta 63 ilmansyöttöputkilevyn 64 avulla. Ilmansyöttöputkilevyyn 64 on liitetty ja tiivistetty hitsaamalla tai muulla sopivalla 25 tavalla useiden iimansyöttöputkien 65 alapäät, joiden kautta reaktioputkien 28 osat ulottuvat yhdensuuntaisesti ja edullisesti niiden kanssa samankeskisesti. Iimansyöttöputkien toiset päät liitetään ja tiivistetään hitsaamalla tai muulla sopivalla tavalla ylempään ilmansyöttöputkilevyyn 66. llmansyöttöputkilevy 66 sijoitetaan polttoainesyötön putkilevyn 67 ja ilman jakajalevyn 68 väliin. Levyt 66 ja 67 30 ja levy 68 ulottuvat porkittaisesti astian 11 pitkittäiseen akseliin 29 nähden ja kiin- j nitetään ja tiivistetään hitsaamalla niiden ulommat kehäreunat putkimaisen rum- j mun tai kotelon 69 yläpäähän, putkilevy 64 puolestaan kiinnitetään ja tiivistetään j hitsaamalla rummun alempaan päähän. Putkilevyt 66 ja 67 sijoitetaan erilleen pitkittäiselle akselille 29 niin, että niiden väliin muodostuu esikuumennettava 35 polttoaineen jakajakammio 70. Putkilevy 66 ja ilman jakajalevy 68 sijoitetaan myös erilleen pitkittäiselle akselille 29 ja niiden väliin muodostuu esikuumennet- 10 tava polttoaineenjakajakammio 71. Yksi tai useampi välike 73 voidaan tuottaa pitämään putkilevyjä 66 ja 67 ja ilman jakajalevyä 68 toisistaan erillään.

Kuten kuvioissa 3 ja 4 esitetään, kunkin ilman syöttöputken 65 sisä-halkaisija on hieman suurempi kuin sen läpi kulkevan reaktioputken 28 ulkohal-5 kaisija, jolloin niiden väliin muodostuu ilmansyöttökanava 76. Edullisesti reaktio-putki 28 ja ilman syöttöputki 65 ovat yleensä samankeskisiä ja ilman syöttö-kanava 76 on muodoltaan rengasmainen ja sillä on tasainen, säteen suuntainen paksuus reaktioputken ympärillä. Ilmansyöttöputkilevyssä 66 kunkin ilman syöttöputken 65 sisällä oleva ilmakanava 76 liitetään fluidiyhteyteen ilman jakaja-10 kammion 71 kanssa, liman jakajakammio on edullisesti riittävän kokoinen huolehtimaan suhteellisen tasaisesta paineesta ilman jakajalevyn 68 takapuolella.

Ilman jakajalevyssä 68 on paljon ilman ulostuloaukkoja tai -reikiä 80, jotka on jaettu tasaisesti jakajalevyn 68 koko alueelle, kuten kuviossa 2 esitetään. Vaikka kuviossa 2 on esitetty vain joitakin aukkoja 80, tulisi ymmärtää, että 15 aukkoja 80 on edullisesti tasaisesti jaettuna jakajalevyn 68 koko alueelle ja edullisesti niiden osuus on noin 2 -15 % levyn 68 koko alasta, edullisemmin noin 4 -10 % ja vieläkin edullisemmin noin 6 %. Aukot 80 voidaan järjestää usealla eri tavalla, esimerkiksi satunnaiseen malliin, riveihin, jotka voivat olla linjassa tai lomittain jne. Kuten jäljempänä on tarkemmin puhetta, aukot 80 huolehtivat ilman 20 tuomisesta eksotermiseen reaktiokammioon 81 (kuvio 1C) suurin piirtein tasaisesti eksotermisen reaktiokammion koko alueelle liikkuvan ilmaseinämän muodostamiseksi, jolla on suurin piirtein tasainen etu puoli, joka ulottuu poikittaisesti astian pitkittäiseen askeliin 21 nähden. Kuitenkin aukkojen 80 kokoaja sijoittelua voidaan vaihdella halutulla tavalla liikkuvan ilmamassan etupuolen muotoilemi-25 seksi, kun se liikkuu liekkivyöhykkeelle sekoittuakseen polttoaineen kanssa, joka syötetään seuraavalla tavalla eksotermiseen reaktiokammioon 81, joka sijaitsee levyn 68 yläpuolella vaipan 12 sisäpuolella.

Viitaten kuvioihin 1C ja 1D, paineistettua polttoainetta syötetään astiaan 11 polttoaineen sisäänmenoaukon 84 kautta. Polttoaineen sisäänmenoauk-30 ko 84 liitetään polttoaineen sisäänmenökammioon 63, joka muodostetaan putkimaisen kotelon 69 sisäpuolelle ja jonka ylempää päätä rajaa polttoainesyötön j putkilevy 67 ja alempaa päätä rajaa iimansyöttöputkilevy 64. Polttoaineen si-säänmenokammio 63 liitetään fluidiyhteyteen useiden polttoaineen syöttöputki-en 86 sisäänmenopäiden kanssa. Polttoaineen syöttöputket 86 liitetään ja tiivis-35 tetään yläpäistään rengasmaisilla hitsaussaumoilla polttoainesyötön putkilevyyn 67.

: 11

Kuten parhaiten kuvioista 3 ja 4 nähdään, poittoaineen syöttöputkea 86 työnnetään ilman syöttöputken 65 päälle vähän matkaa. Polttoaineen syöttö-putken 86 sisähalkaisija on suurempi kuin ilman syöttöputken 65 ulkohalkaisija, jolloin niiden väliin muodostuu polttoainekanava 88. Edullisesti polttoaineen 5 syöttöputki 86 on samankeskinen ilman syöttöputken 65 kanssa ja reaktioputken 28 kanssa, jotka ulottuvat sen läpi, jotta muodostuu rengasmainen kanava, jolla on tasainen säteen suuntainen paksuus polttoaineen syöttöputken pituussuunnassa.

Yläpäistään polttoainekanavat 88 ja polttoaineen syöttöputket 86 liite-10 tään fluidiyhteyteen polttoaineen jakajakammion 70 kanssa. Polttoaineen jakaja-kammio 70 puolestaan on yhteydessä lukuisten suutinputkien 90 sisäänmeno-päiden kanssa, jotka liitetään ilmansyöttöputkilevyyn 66 ja jotka ulottuvat siitä ylöspäin. Polttoaineen suutinputket 90 ulottuvat ylöspäin ilman jakajalevyn 80 läpi ja työntyvät sen yli, levy on varustettu aukoilla, joiden läpi suutinputket kulke-15 vat. Suutinputket päättyvät edullisesti yhteiselle tasolle, joka on poikittainen astian 11 pitkittäiseen akseliin 29 nähden, ja tämä taso voi olla suurin piirtein ilman jakajalevyn tasolla, mutta edullisemmin se on erillään alempana jakajalevystä pitkittäistä akselia 29 pitkin. Kuitenkin haluttaessa suutinputkien 90 pituudet tai päätepisteet voivat vaihdella halutun mukaisesti erilaisten liekkiprofiilien aikaan-20 saamiseksi. Edullisesti kukin polttoaineen suutinputki 90 on liitettynä virtausta rajoittavaan aukkoon 91 (kuvio 3), joka tehtävänä on saada polttoaineen virtausnopeudet yhtenäisemmiksi eri suutinputkissa.

Kuten kuviosta 2 nähdään, suutinputket 90 ovat edullisesti tasaisesti erillään sivusuunnassa viereisiin reaktioputkiin 28 nähden. Kuvatussa suoritus-25 muodossa reaktioputket sijaitsevat sivusuunnassa toisistaan erillään tasaisin välein ja suutinputket sijoitetaan vastaavasti tasavälein, mutta suutinputket sijoitetaan välittömästi vieressä olevien reaktioputkien sivulle tasaisin välein. Kuten alan ammattilaiset ymmärtävät, muitakin reaktioputki- ja suutinputkijärjestelyjä voidaan käyttää, aina miten tiettyä sovellutusta varten halutaan. Edullisesti suu-30 tinputkien suhteen reaktioputkiin tulisi olla edullisesti välillä 4:1 - 1:2, edullisemmin välillä 1,5:1 - 1:1,5 ja vielä edullisimmin noin 1:1 (yhtä suuret).

Kuten jäljempänä on enemmän puhetta, ilmaa ja polttoainetta esi- \ kuumennetaan edullisesti riittävän korkeaan lämpötilaan siten, että kun suutin- j putkista 90 poistuva polttoaine joutuu kosketukseen ilman kanssa eksotermi-35 sessa reaktiokammiossa 81, polttoaine syttyy itsestään. Ts. ilmaa ja polttoainetta kuumennetaan niin, että kun ne yhdistetään seoksen lämpötila on korkeampi 12 kuin polttoaineen syttymislämpötila. Näin saatu liekki ja palamistuotteet viilaavat ylöspäin eksotermisen reaktiokammion kautta astiassa ja poistuvat poistoputki-en 94 kautta, jotka liitetään yläpäistään poistoputkitevyyn 95, kuten kuviossa 1B esitetään.

5 Poistoputkiievy 95 rajaa eksotermisen kammion 81 yläpään kuvatus sa suoritusmuodossa. Kuten kuvioissa 1A ja B esitetään, poistoputkiievy voidaan tukea riippuvasti reaktioputkiievystä 32 väliketankojen 96 avulla. Poistoputkiievy varustetaan edullisesti kelluvalla tiivisteenä 98, joka tiivistää poistoput-kiievyn vaipan 12 sisäpintaan ja erottaa eksotermisen kammion 81 poistoulos-10 tuiokammiosta 99. Poistoulostulokammio muodostetaan poistoputkilevyn ja re-aktioputkilevyn 32 väliin ja liitetään poistoulostuloaukkoon 100.

Kukin poistoputki 94 ympäröi tiiviisti vastaavan reaktioputken 28 osaa ja muodostaa kapean rengasmaisen poistokanavan 104 poistokaasuja varten, jotka viilaavat eksotermisesta reaktiokammiosta poistoulostulokammioon 99.

15 Edullisesti poistoputki ja reaktioputket ovat samankeskisiä rengasmaisen kanavan muodostamiseksi putkilevyiiä 40. Kapea poistokanava 104 johtaa sen kautta viilaavan poistokaasun korkeaan virtausnopeuteen konvektiolämmönsiirron lisäämiseksi ulostuievan poiston ja sisäänmenevän endotermisen reaktantin välillä.

20 Tämän keksinnön mukaisesti kunkin poistoputken sisäänmenopää leviää säteen suuntaisesti ulospäin, kuten viitenumerolla 105 kuviossa 1B osoitetaan, poistoputkeen saapuvien palamiskaasujen virtausnopeuden progressiivista kasvua varten. Tämä estää liiallisen iämmönkeskittymisen poistoputken si-säänmenopäässä, minkä avuiia estetään liiallinen paikallinen reaktioputken 25 ja/tai poistoputken kuumeneminen.

Vaikka tässä kuvattua endotermista reaktiolaitteistoa 10 voidaan käyttää endotermisten reaktioiden suorittamiseksi suurin piirtein jäljempänä kuvatulla tavalla, jotkut endotermiset reaktiot voivat vaatia katalyytin käyttöä tai niitä voidaan sen avulla helpottaa. Kuvatussa suoritusmuodossa reaktioputket 28 30 sisältävät endotermisen reaktion katalyyttiä, jonka valinta riippuu nimenomaisesta, laitteistossa 10 suoritettavasta endotermisesta reaktiosta.

Kuvatussa suoritusmuodossa reaktioputket 28 täytetään endotermi-selia reaktiokatalyytillä 108, jota sijoitetaan yhtä laajalle alueelle kuin eksotermisen reaktion vyöhyke 81, joka ulottuu yleensä suurin piirtein suutinputkien 90 35 ulostuiopäissä olevasta pisteestä 109 pisteeseen 110, joka on suurin piirtein poistoputkien 94 keskiosassa. Katalyytti voi koostua halutun kokoisista palloista,

J

13 joiden halkaisija on esimerkiksi noin 3 mm, Reaktioputket varustetaan myös edullisesti inertillä materiaalilla 112 endotermisen reaktiokatalyytin 108 molemmissa päissä. Edullisesti inertti materiaali on suuremman, esimerkiksi noin 6 mm, hiukkaskoon omaavaa palloa painehäviöiden minimoimiseksi. Kuvatussa 5 suoritusmuodossa reaktioputket 28 täytetään inertillä materiaalilla 112 alapäis-tään suurin piirtein suutinputkien päihin asti, mistä endoterminen reaktiokatalyytti alkaa 109. Lisäksi inerttiä materiaalia sijoitetaan reaktioputkiin eksotermisen reaktiokatalyytin yläpuolelle alkaen kohdasta 110 ja jatkuen ylöspäin suurin piirtein poistoputkien 94 yläpäähän. Katalyyttia ja inerttiä materiaalia estetään putoa-10 masta putkien alapäiden läpi pidätysseulan 113 (kuvio 1D) avulla, joka kiinnitetään putkilevyn 40 alapuolelle.

Viitaten kuvioihin 1C ja 1D, kotelo 69, ilmanjakajaievy 68 ja putkilevyt 64, 66 ja 67 voidaan valmistaa yhtenä yksikkönä, kuten kuvataan. Tämän valmistetun yksikön alaosa varustetaan edullisesti kelluvalla tiivisteellä 115 putkile-15 vyssä 64, joka tiivistää yksikön vaipan 12 sisäpintaan ja estää palamistuotteiden takaisinvirtauksen tiivisteen 115 alapuolelle ja ilman syöttökammioon 58.

Ulkoisten lämpöhäviöiden estämiseksi vaipan 12 sisäpuoli päällystetään eristeellä. Tarkemmin sanottuna teräseoksesta valmistetun vaipan sisäpinnan viereen muodostetaan alumiinioksidieristys 118. Eristyksen 118 sisäpuolelle 20 tuotetaan kuitualumiinioksidinen eristysputki 119 ja tämän putken sisäpinta voidaan maalata enoosionestomaalilla. Putkilevyn 40 yläpinta voidaan vastaavasti varustaa erityksellä ja alemman pään sulkijan 14 sisäpuoli voidaan päällystää eristyksellä, kuten kuviossa 1D esitetään. Lisäksi astia voidaan varustaa kurkistusaukoilla 121 -123.

25 Endotermisen reaktiolaitteiston 10 toimintaa kuvataan seuraavassa reformoitavan, syötettävän raaka-aineen reformoimiseksi. Kuitenkin on ymmärrettävä, että laitteistoa voidaan käyttää erilaisten endotermisten reaktioiden suorittamiseksi.

Tämän keksinnön menetelmän mukaisesti paineistettua ilmaa ja polt-30 toainetta syötetään astiaan ilman ja polttoaineen sisäänmenoaukkojen 56 ja 84 kautta. Vaikka tässä viitataan polttoaineen ja ilman käyttöön eksotermisena re- j aktanttina, on ymmärrettävä, että muitakin eksotermisia reaktantteja voidaan käyttää. Esimerkiksi happea tai muita happea kantavia fluideja voidaan käyttää hapettuvan polttoaineen palamisen tukemiseksi. Kuitenkin muita eksotermisia 35 reaktiofiuideja voidaan käyttää liekkien ja lämmön tuottamiseksi, kun ne reagoivat jäljempänä kuvatulla tavalla.

14

Ilman sisäänmenoaukon 56 kautta syötettävä ilma kulkeutuu ilman sisäänmenokammioon 58. ilman sisäänmenokammiosta ilma virtaa ilman syöt-törenkaiden 76 kautta, jotka ympäröivät reaktioputkien 28 osaa, nopeudella, joka on huomattavasti suurempi kuin sisäänsyöttönopeus, koska renkaiden poikki-5 ieikkausala on pienempi. Ilman syöttökanavien alapuolisessa päässä esikuu-mennettu ilma virtaa ilman jakajakammloon 71 ja sitten aukkojen 80 kautta eksotermiseen reaktiokammioon 81 suunnassa, joka on yhdensuuntainen viereisten reaktioputkien kanssa virtausta varten reaktioputkien ympärillä ja niitä pitkin.

Polttoainetta, kuten runsaasti vetyä sisältävää "plant tail gas" -kaa-10 sua, joka sisältää 80 % vetyä, syötetään polttoaineen sisäänmenoaukon 84 kautta polttoaineen sisäänmenokammioon 63. Polttoaineen sisäänmenokammiosta polttoaine virtaa ilman syöttöputkien 65 osaa ympäröivien polttoaineen syöttörenkaiden 88 kautta nopeudella, joka on huomattavasti suurempi kuin si-säänmenosyöttönopeus, koska renkaiden poikkileikkausala on pienempi. Poltto-15 aineen syöttökanavien alapuolisessa päässä polttoaine virtaa polttoaineen ja-kajakammioon 70 ja virtauksen rajoitinaukkojen 91 kautta suutinputkiin 90. Suu-tinputket johtavat suurinopeuksiset, esikuumennetut polttoainesuihkut eksotermiseen kammioon 81 suunnassa, joka on yhdensuuntainen viereisten reaktio-putkien kanssa. Polttoaineen nopeus suutinputkien läpi on edullisesti suurempi 20 kuin noin 30 m/s ja edullisemmin suurempi kuin noin 60 m/s. Kun polttoaineen suihkut poistuvat suutinputkista, polttoaine sekoittuu ja reagoi esikuumennetun ilman kanssa (ts. palaa) pitkittäisesti ulottuvalla liekkialueella. Kuvattu järjestely tuottaa pitkiä kapeita liekkejä, jotka kuumentavat reaktioputket korkeaan lämpötilaan pitkien liekkien alueella, joka on edullisesti suurempi kuin noin 25 cm, 25 edullisemmin suurempi kuin noin 50 cm ja vielä edullisemmin suurempi kuin noin 1 m tai enemmän.

Pitkä liekki on edullinen, koska se levittää lämpöä viereisten reaktio-putkien pidemmällä alueeila, minkä avulla estetään liialliset paikalliset kuumat pisteet reaktioputkien seinämillä. Toisin sanoen pitkät liekit minimoivat, kuinka 30 kuuma putken seinämän kuumin kohta on. Pohjimmiltaan pitkät liekit tuottavat tasapainon kahden tavoitteen välillä, jotka ovat reaktioputkissa olevan katalyytin j kuumentaminen mahdollisimman kuumaksi ja putken seinämän lämpötilan ra- | joittaminen arvoon, joka ei aiheuta ennenaikaista reaktioputkien heikkenemistä.

Kuvatussa laitteistossa suutinputkien avulla tuotetun liekin toinen toi-35 voitava ominaisuus on siinä, että liekki on suhteellisen ohut reaktioputkien välinen pieni etäisyys huomioon ottaen. Ohut liekki minimoi laajuuden, jolla liekin 15 säteily kuumentaa reäktioputkia. Tämän mukaisesti edullinen putkien väli on melko pieni verrattuna tavanomaisiin säteilyreformereihin. Kuvatussa suoritusmuodossa reaktioputkien väli on edullisesti noin 1,25 -kertainen polttoaineen syöttöputkien 86 ulkohalkaisijaan nähden. Yleisemmin väli putken keskeltä toi-5 sen putken keskelle ei edullisesti ole suurempi kuin 4 kertaa reaktioputken halkaisija ja edullisemmin se ei ole suurempi kuin 2 kertaa reaktioputken halkaisija.

Pieni sivusuuntainen väli reaktioputkien välillä ei ainoastaan vähennä säteily-lämmityskomponenttia, vaan se myös tuottaa kompaktimman reaktioputkikim-pun ja siten pienemmän astian koon poikkisuunnassa. Edellä olevan lisäksi re-10 aktioputkien sisähalkaisija on 10 - 60 mm ja edullisemmin se on 15 - 45 mm, kuten jäljempänä enemmän kuvataan.

Palamistuotteet tai yleisemmin eksotermiset reaktiotuotteet viilaavat ylöspäin eksotermisen reaktiokammion 81 läpi kulkevien reaktioputkien keskiosien ympärillä ja niitä pitkin. Palamistuotteet jatkavat reaktioputkissa olevan 15 endotermisen reaktiokatalyytin kuumentamista ja endoterminen reaktantti virtaa reaktioputkien läpi. Palamistuotteet poistuvat eksotermisesta reaktiokammiosta poistoputkien 94 kautta, jotka tiiviisti ympäröivät reaktioputkia ja muodostavat kapeita rengasmaisia poistokanavia suurien virtausnopeuksien tuottamiseksi poistoputkien alueella. Tämä parantaa lämmön siirtymiskerrointa paljon poiston 20 ja reaktioputkien kautta vastavirtaan kulkevan endotermisen reaktantin välillä eksotermisen reaktiokammion alapuolisessa päässä.

Tämän keksinnön mukaisesti poistoputkien sisäänmenopäät leviävät säteen suuntaisesti ulospäin. Tämä tuottaa asteittaista kasvua virtausnopeudessa, jotta reaktioputken seinämä ei tule liian kuumaksi, kuten saattaisi muuten ta-25 pahtua, jos poistokaasun nopeus kiihdytettäisiin välittömästi hyvin korkeaksi. Asteittainen kasvu ulostulevien poistokaasujen virtausnopeudessa sallii lämmön siirtymisen levitetyllä alueella kuuman poistokaasun jäähdyttämiseksi ennen kuin se saavuttaa poistovirtauskanavan minimialueen poistoputken ja reaktio-putken välillä. Kuvatussa suoritusmuodossa sisäänmenopäässä säteen suuntai-30 nen väli poistoputken ja reaktioputken välillä on ainakin noin 2 kertaa suurempi, edullisemmin ainakin noin 4 kertaa suurempi ja vielä edullisemmin noin 5 kertaa suurempi kuin minimirako.

Poistoputkista palamistuotteet virtaavat poistokammioon 99 virratak-seen poistoulostuloaukon 100 kautta ulos. Kun palamistuotteet saavuttavat pois-35 toulostuloaukon 100, ne ovat jäähtyneet huomattavasti, minkä vuoksi poisto- j 16 aukon 100 ja astian 11 seinämän välille ei tarvita hyvin korkean lämpötilan kestävää fluiditiivistettä.

Endoterminen reaktantti, joka voi olla esimerkiksi kaasumainen höyryn ja reformoitavan raaka-aineen seos, syötetään sisäänmenokammioon 38 si-5 säänmenoaukon 39 kautta. Sisäänmenokammio jakaa endotermisen reaktantin tasaisesti reaktio putkien 28 kesken niiden kautta alaspäin tapahtuvaa virtausta varten. Endoterminen reaktantti esikuumenee konvektiolämmönsiirrosta pala-mistuotteista, jotka virtaavat vastavirtaan poistoputkien 94 kautta. Tämä esikuu-meneminen takaa, että endotermisen reaktantin lämpötila on minimilämpötilan 10 yläpuolella ennen kosketusta reaktiokatalyyttiin poistoputkien keskiosassa. Kun kyseessä on hiilivetyjen höyryreformointi, kaasumaisen reaktantin lämpötilan tulisi olla suurempi kuin noin 700 °C (riippuen nimenomaisesta syöttökompositios-ta ja käytetyn katalyytin tyypistä) ennen kosketusta katalyyttiin, minkä avulla estetään potentiaalinen hiilen muodostus. Sen mukaisesti reaktantti, joka syöte-15 tään astiaan noin 400 °C tai korkeammassa lämpötilassa, voidaan esikuumen-taa, kuten kuvataan, noin 700 °C:een tai korkeampaan lämpötilaan ennen kosketusta reaktiokatalyyttiin.

Kun endoterminen reaktantti liikkuu reaktiokatalyytin 108 läpi, se absorboi lämpöä ja reagoi endotermisen tuotteen tuottamiseksi. Endoterminen re-20 aktantti absorboi lämpöä liekistä ja palamistuotteista, jotka virtaavat vastavirtaan eksotermisen reaktiokammion 81 läpi. Katalyyttireaktio jatkuu, kunnes kuuma endoterminen reaktiotuote kulkee pisteen 109 ohi, missä se alkaa kulkea inertin materiaalin 112 läpi reaktioputkien alapuolisissa päätyosissa. Ilman ja polttoaineen syöttöputkien 65 ja 86 alueella lämpö siirtyy kuumasta endotermisesta 25 tuotteesta ilmaan ja polttoaineeseen, joita syötetään ilman ja polttoaineen syöttöputkien kautta, minkä avulla ilma ja polttoaine esikuumenevat samalla, kun myös kuuma endoterminen tuote jäähtyy. Tämän lämmönsiirron kautta endoterminen tuote jäähtyy riittävän alhaiseen lämpötilaan, millä vältetään hyvin kor-keitä lämpötiloja kestävien tiivisteiden tarve ulostuloaukossa 51 astian 11 ala-30 osassa. Lisäksi ilma ja polttoaine esikuumenevat riittävästi siten, että kun ne sekoitetaan reaktiokammiossa, seoksen lämpötila on ja edullisesti paljon polttoaineen syttymislämpötilan yläpuolella, minkä vuoksi polttoaine syttyy itsestään ja j palaminen jatkuu riippumatta syttymislaitteista ja/tai suurista tavanomaisista pol- ) tinrakenteista, kuten on edullista.

35 Kylmäkäynnistyksessä käytetään ulkopuolista poltinta (ei kuvassa) sisääntulevan ilman esikuumentamiseksi lämpötilaan, joka on nimenomaisten 17 eksotermisten reaktanttien itsesyttymislämpötilan yläpuolella ja tyypillisissä polttoaineissa se on yli 550 DC. Sen jälkeen kun laitteistoa on esrkuumennettu riittävästi, polttoaineen annetaan syttyä itsestään ja endotermista reaktanttia syötetään laitteistoon ilman ja polttoaineen esikuumentamiseksi sisäisesti. Sen jäl-5 keen kun itsesytytys on tullut itsensä ylläpitäväksi, ulkopuolinen poltin voidaan sulkea. Tämä on edullinen keino kylmäkäynnistää reaktiolaitteisto, vaikka on ymmärrettävä, että muitakin keinoja voidaan käyttää.

Vaikka edellisestä kuvauksesta ilmeneekin, endotermisen reaktantin ja tuotteen virtausnopeudet ja eri putkien, kanavien ja aukkojen muoto ja koko 10 valitaan niin, että kun ilma ja polttoaine sekoittuvat eksotermisessa reaktiovyö-hykkeessä, ne ovat itsesyttymislämpötilassa tai sen yläpuolella. Tällä tavoin ne sekoittuvat, syttyvät ja palavat Ilman erillisen sytyttimen, kuten hehkutulpan, sy-tytystulpan tai vastaavan, tarvetta. Virtausnopeudet määritetään myös halutun endotermisen reaktantin lämpötilaprofiilin ja eksotermisen reaktantin lämpötila-15 profiilin saavuttamiseksi. Tarkemmin sanottuna endotermisen reaktantin ja tuotteen massavirtausnopeus ja polttoaineen ja ilman massavirtausnopeus ja nopeus voidaan optimoida reaktioputkien seinämien lämpötilan pitämiseksi alempana kuin lämpötila, joka johtaisi reaktioputkien ennenaikaiseen heikkenemiseen.

Tämä lämpötifa riippuu eri tekijöistä, kuten putken materiaalista, paine-erosta 20 reaktioputken sisäpuolen ja ulkopuolen välillä ja reaktioputkien halkaisijasta ja paksuudesta. Kuvatussa suoritusmuodossa maksimi ulkopuolinen putken seinämän lämpötila voidaan säilyttää noin 912 °C:n lämpötilassa samalla, kun saavutetaan maksimaalinen 900 °C:n reaktanttilämpötila, jolloin lämpötilaero on vain noin 12 °C. Tämän mukaisesti endoterminen reaktantti voidaan kuumentaa kor-25 keaan lämpötilaan samalla, kun ulkopuolinen seinämän lämpötila pidetään sen lämpötilan alapuolella, joka aiheuttaisi ennenaikaisen reaktioputken rikkoutumisen. Samanaikaisesti laitteistosta poistuvat fluidit jäähdytetään kohtuullisiin lämpötiloihin samalla, kun astian sisäpuolella eksotermiset reaktantit kuumennetaan niiden itsesyttymislämpötilojen yläpuolelle. Kuvatussa suoritusmuodossa kata-30 lyyttilämpötilahuipun ja putken seinämän lämpötiiahuipun välinen lähestyminen on seurausta kahdesta tekijästä: 1) paljon korkeammasta lämmönsiirtymiskertoi-mesta putken seinämistä prosessikaasuun reaktioputkien sisällä (suunnilleen j 3 500 W/m2°C) versus paljon alhaisemmasta lämmönsiirtymiskertoimesta liekeistä putken seinämään (suunnilleen 80 W/m2 °C) ja 2) liekin huippulämpötilan 35 sijainnista eri kohdissa putkea, missä prosessilämpötilahuippu esiintyy (suunnilleen 50 cm päässä). Edullisesti lämmönsiirtymiskerroin reaktioputken sisällä ylit- 18 tää lämmönsiirtymiskertoimen putken ulkopuolella ainakin noin 20-kertaisesti ja edullisemmin yli 40-kertaisesti.

Kuvattu endoterminen reaktiolaitteisto on erityisen edullinen suuren mittakaavan toiminnassa, kuten kaupallisessa synteesikaasujen tuotannossa 5 kaasumaisia hiilivetyjä, erityisesti metaania ja luonnonkaasuja, höyryreformoi-maila, Höyryreformointireaktioissa korkeammat lämpötilat, kuten esimerkiksi 800 - 100 °C ja edullisemmin 870 - 920°C, ovat suotuisia samalla, kun useimmissa synteesikaasun, esimerkiksi metanolisynteesin ja Fischer Tropsch-syn-teesin, alapuolisissa käytöissä suositaan korkeampia paineita, kuten esimerkiksi 10 ainakin 1013,3 kPa (10 atm), edullisesti 2026,4- 6079,5 kPa (20- 60 atm), ja edullisimmin 3039,6 - 5066,0 kPa (30 - 50 atm). Sen vuoksi on toivottavaa käyttää suhteellisesti korkeampia paineita reaktioputkissa. Toisaalta on toivottavaa käyttää eksotermista reaktiota huomattavasti alemmissa paineissa, millä vältetään kalliiden kompressoreiden tai vastaavien tarve, jotka muuten olisivat väittä-15 mättömiä polttoaineen ja ilman paineen saattamiseksi korkeaksi. Esimerkiksi ilmaa voidaan syöttää järjestelmään noin 103,4 kPa (15 psin) paineella, vaikka muitakin paineita voidaan käyttää, kuten 68,9 - 206,8 kPa (10-30 psin) paineita. Syötetyn polttoaineen paine voi olla vertailukelpoinen ja se voi olla esimerkiksi noin 137,9 kPa (20 psi), mikä on tavanomainen polttoaineen syöttöpaine, 20 vaikka muitakin polttoaineiden syöttöpaineita voidaan käyttää, kuten 68,9- 206,8 kPa (10-30 psi) polttoainepaineita.

Yleensä tämän keksinnön mukainen endoterminen reaktiolaitteisto on erityisen sopiva käytettäväksi endotermisen reaktantin noin 689,4 kPa (100 psi) suurempien, edullisemmin noin 1378,8 kPa (200 psi) suurempien ja vielä 25 edullisemmin noin 2068,2 kPa (300 psi) suurempien syöttöpaineiden kanssa.

Toisaalta eksotermisten reaktanttien syöttöpaineet ovat edullisesti alhaisempia kuin noin 689,4 kPa (100 psi), edullisemmin alle 344,7 kPa (50 psi) ja vielä edullisemmin alle 206,8 kPa (30 psi). Lisäksi laitteisto on tarkoitettu käytettäväksi re-aktanttiiämpötilojen saavuttamiseksi, jotka edullisesti ovat suuremmat kuin noin 30 700 °C, edullisemmin suurempi kuin noin 800°C ja edullisemmin noin 900 °C.

Tiettyä sovellusta varten laitteiston paras malli ja toimintaolosuhteet l riippuvat lukuisista tässä mainituista tekijöistä. Esimerkiksi höyry-metaanirefor-moinnissa (ja monissa muissa endotermisissa reaktioissa) on suotuisaa käyttää korkeita lämpötiloja ja alhaisia paineita. Kuitenkin useimmat endotermisen tuot-35 teen, synteesikaasun (ja monien muiden tuotteiden) sovellutukset vaativat, että synteesikaasu on korkeasti paineistettua. Kompressorin käyttö synteesikaasun 19 puristamiseksi on hyvin kallista; sen vuoksi on käytännöllistä käyttää korkeita si-säänsyöttöpaineita endotermista reaktanttia varten, kun se syötetään laitteeseen niin, että saadaan käyttökelpoinen synteesikaasun paine laitteen ulostulo-aukossa.

5 Kuten on edullista reaktioputkien sisähalkaisija on suhteellisen pieni, esimerkiksi 10-60 mm, edullisesti 15-45 mm taloudellisista syistä, vaikka muukin halkaisijan omaavia reaktioputkia voidaan käyttää. Pieni halkaisija vaatii ohuemman seinämän kuin suurempi halkaisija samaa lämpötilaa ja paine-eroa varten ja näin se on halvempi. Kuitenkin putket, jotka ovat liian pieniä, vaativat use-10 ampia putkia saman läpimenon saavuttamiseksi ja näin vastaavasti kustannukset kasvavat. Lisäksi hyvin pienet halkaisijat voivat aiheuttaa katalyytin tiiviys-ongelmia, jotka johtavat paikallisesti huonoon lämmön siirtoon. Suuremmilla putkilla on ei-toivottavia säteen suuntaisia lämpötilagradientteja.

Reaktioputkien pituuden suhde niiden sisähalkaisijaan on edullisesti 15 välillä 100:1 - 350:1, vaikka suhde voi vaihdella sovelluksesta riippuen.

Laitteiston korkean lämpötilan alueilla käytettävillä edullisilla metalliseoksilla on korkea lämpötilalujuus (virumisvastus ja virumismurtuma) ja korkea kestävyys sekä hapettumista että kaasun korroosiota vastaan. Tyypillisiin sovelluksiin sopivia seoksia ovat erilaiset nikkelipohjaiset lämpötilaseokset. Esimer-20 kiksi metaanin höyryreformoinnissa käytettävät erilaiset putket voidaan valmistaa nikkelipohjaisesta seoksesta, joka sisältää kromia, volframia ja molybdeeniä, kuten Haynes 230 (22 % Cr, 14 % W, 2 % Mo, balance Ni), jota on saatavissa Haynes International, Inc. Of Kokomo, Indiana-yhtiöstä. Haluttaessa reaktio- ja/ tai muut putket voidaan varustaa sopivalla päällysteellä metallin pölyämisen tai 25 muiden korroosiomuotojen estämiseksi. Tällaiset päällysteet ovat alalla hyvin tunnettuja, Aionizing on eräs esimerkki.

Edullinen prosessilämpötiiahuippu riippuu valitusta paineesta, putken materiaalista, syöttöseoksen koostumuksesta ja ulkoisten prosessien vaatimuksista. Usein on toivottavaa toimia korkeimmissa mahdollisissa lämpötiloissa, jot-30 ka antavat hyväksyttävän putken käyttöajan valituissa olosuhteissa, edullisesti käyttöikä on pidempi kuin yksi vuosi ja edullisemmin useita vuosia. Näissä tapauksissa metalliputket voivat edullisesti toimia noin 850 -1 000 °C:n lämpötilassa. Muissa tapauksissa parempi prosessin lämpötasapaino ja kokonaiskustannus-säästöt voidaan saavuttaa jonkin verran edellä mainittua alemmilla lämpötiloilla 35 ja edullinen huippuprosessilämpötila metalliputkilla on noin 875 - 925 °C.

20

On edullista, että laitteisto suunnitellaan ja sitä käytetään niin, että vakaan toimintatilan aikana lämpötilaero sen lämpötilan, johon polttoaine ja ilma ennen sekoitusta paiamisalueella kuumennetaan, ja maksimi endotermisen re-aktiolämpötilan välillä on alle 250 °C. Edullisesti tämä ero on 100 - 200 °C. Kos-5 ka yleisimmät kaasumaiset polttoaineet syttyvät itsekseen ilman kanssa noin 400 - 600 °C:n lämpötiiassa, ja koska useimmat kiinnostavat endotermiset reaktiot tapahtuvat noin 850 - 950 °C:n lämpötilassa, tämä tarkoittaa sitä, että normaalitoiminnassa ilmaa ja kaasumaista polttoainetta tulisi kuumentaa huomattavasti itsesyttymislämpötiian yläpuolelle ennen niiden yhdistämistä eksotermises-10 sa reaktiokammiossa, esimerkiksi noin 600 - 850 °C:n lämpötilaan.

On myös toivottavaa suunnitella ja käyttää laitteistoa niin, että pala-mistuotekaasuja jäähdytetään huomattavasti ennen kuin ne poistuvat uunista, esimerkiksi alle 700 °C:ssa, minkä avulla vältetään hyvin korkeita lämpötiloja kestävien tiivisteiden tarve palamistuotekaasujen ulostuloaukoissa. Vastaavasti 15 on toivottavaa jäähdyttää endotermista tuotetta huomattavasti ennen kuin se poistetaan uunista, esimerkiksi alle 600 °C:ssa ja edullisesti suunnilleen noin 550 °C:ssa tai sen alapuolelle.

Endotermista reaktiolaitteistoa, joka sisältää yhden tai useamman keksinnöllisen ominaispiirteen, voidaan käyttää hyvin erilaisten endotermisten 20 reaktioiden suorittamiseksi, kuten kevyiden hiilivetyjen, erityisesti metaanin, etaanin tai luonnonkaasujen, höyryreformoinnissa, alkaanien, kuten etaanin ja propeenin, pyrolyyslssa vastaaviksi alkeeneiksi, eteeniksi ja propyleeniksi jne.

Tällaiset prosessit ovat alalla hyvin tunnettuja.

Kuten edellä osoitettiin, jotkut näistä prosesseista voidaan suorittaa 25 ilman katalyyttiä, kun taas toiset vaativat katalyytin tai tavallisesti niissä käytetään sopivaa katalyyttiä. Kun katalyyttia käytetään, sen tulisi säilyttää riittävä aktiivisuus pitkän ajanjakson ajan korkeissa lämpötiloissa. Katalyytin tulisi olla riittävän vahvaa oman painonsa tukemiseksi. Sillä tulisi olla myös hiukkaskoko, jo- j ka on riittävän pieni, jotta se täyttää reaktioputkien sisäosat kunnolla ja tuottaa j i 30 korkeat lämmönsiirtymiskertoimet, mutta riittävän suuri minimoidakseen pai- j neenputoamisen reaktioputkissa hyväksyttäville tasoille. Edullisessa suoritusmuodossa paineen putoaminen kerroksessa on tosiasiassa melko suuri tavanomaiseen käytäntöön verrattuna, jotta sisäpuolinen iämmönsiirtyminen maksimoituu, so. noin 709,1 - 1013,2 kPa {7-10 atm). Lisäksi edullisesti katalyytin ei 35 tulisi sintrautua itseensä tai reaktioputkiin, ei pitkienkään altistusjaksojen jälkeen korkeissa lämpötiloissa. Sopiva nikkelin muoto alumiinioksidilla on eräs mahdol- 21 linen höyryreformointikatalyytti, mutta muutkin katalyytit voivat olla sopivia erilaisissa endotermisissa reaktioissa, kuten kevyiden hiilivetyjen reformoinnissa.

Vetytuotannossa joko korkean lämpötiiavaiheen katalyytti ja/tai alhaisen lämpötila-vaiheen katalyytti voidaan valinnaisesti sijoittaa reaktioputkiin vyö-5 hykkeellä, missä endoterminen tuote, joka sisältää hiilimonoksidia, jäähtyy, koska tämä aiheuttaa jonkin verran hiilimonoksidin reagoimista vesiylimäärän kanssa ylimääräisen vedyn ja hiilidioksidin muodostamiseksi sivutuotteena (nk. "vesi-kaasu vaihe" -reaktio).

Kuvioissa 5 ja 6 viitenumerolla 150 merkitään yleisesti toista endo-10 termistä reaktioastiaa, joka sisältää vain yhden reaktioputken 152. Reaktioputki ulottuu eksotermisen reaktiokammion 153 läpi, jota ympäröi ulompi putki 154, joka edullisesti on sylinterimäinen ja samankeskinen reaktioputken kanssa.

Alapäästään ulompi putki 154 suljetaan päätytulpalla 155, johon ilman ja polttoaineen syöttöputkien 156 ja 157 alapäät liitetään. Päätytulppa 155 15 toimii yhdistettynä putkilevynä ilman ja polttoaineen syöttöputkien päätyjen tukemiseksi ja niiden pitämiseksi erilleen, ja jotka edullisesti ovat samankeskiset reaktioputken kanssa, joka ulottuu sen läpi. Ilman syöttöputken 156 sisähalkaisija on hieman suurempi kuin sen läpi kulkevan reaktioputken 152 ulkohaikaisija, jolloin niiden väliin muodostuu ilman syöttökanava 158. Ilmakanavan 158 yiäpuoli-20 nen pää liitetään fluidiyhteyteen ilman syötön kanssa (ei kuvassa). Ilmansyöttö-kanavan alapuolinen pää liitetään ilman jakajakammioon 159, joka muodostuu päätytulpan 155 ja ilman jakajalevyn 160 väliin ulomman putken 154 sisällä.

Ilman jakajakammio 159 on edullisesti riittävän kokoinen tuottaakseen suhteellisen tasaisen paineen ilman jakajalevyn 160 takapuolelle. Ilman ja-25 kajalevyssä 160 on lukuisia ilman ulostuloaukkoja tai -reikiä 161, jotka sijoitetaan kahteen pyöreään riviin samankeskisesti reaktioputken kanssa, kuten kuviossa 6 esitetään.

Polttoaineen syöttöputki 157 työnnetään ilman syöttöputken 156 päälle ja sen sisähalkaisija on suurempi kuin ilman syöttöputken 156 ulkohalkai-30 sija, jolloin muodostuu polttoainekanava 164. Polttoainekanavan 164 yläpuolinen pää liitetään fluidiyhteyteen polttoaineen sisäänmenoon (ei kuvassa). Polttoaineen syöttökanava 164 liitetään alapuolisesta päästään fluidiyhteyteen polttoaineen jakajakammioon 166, joka muodostetaan päätytulppaan 155. Polttoaineen jakajakammio 166 vuorostaan on yhteydessä lukuisten suutinputkien 167 j 35 sisäänmenopäihin, jotka liitetään ja jotka ulottuvat pitkittäissuunnassa päätytul-pasta 155. Polttoaineen suutinputket 167 ulottuvat ilman jakajalevyn 160 läpi ja 22 sen toiselle puolelle ja levy 160 on varustettu aukoilla, joiden kautta suutinputket kulkevat. Suutinputket päättyvät edullisesti samassa poikittaisessa tasossa reak-tioputken pitkittäisellä akselilla. Edullisesti polttoaineen suutinputkiin yhdistetään virtausta rajoittava aukko 169, joka tekee polttoaineen virtausnopeudet tasai-5 semmaksi eri suutinputkissa.

Kuten kuviosta 6 nähdään, suutinputket 167 sijoitetaan edullisesti tasavälein sivusuunnassa erilleen reaktioputkesta 152 ja kehän suunnassa tasavälein reaktioputken ympärille. Kuvatussa suoritusmuodossa käytetään kolmea suutinputkea, kuten on edullista yhden reaktioputken tapauksessa liekkien tuotit) tamiseksi, jotka ympäröivät reaktioputkea.

Kuten laitteistossa 10, ilmaa ja polttoainetta esikuumennetaan edullisesti riittävän korkeaan lämpötilaan niin, että suutinputkista 167 poistuva polttoaine koskettaa ilmaa eksotermisessa reaktiokammiossa 153, polttoaine syttyy itsestään. Näin saatu liekki ja palamistuotteet vihaavat reaktioputken 152 ympä-15 riilä ja sitä pitkin eksotermisen reaktiokammion kautta ja poistuvat poistoputken 172 kautta, joka liitetään alapuolisesta päästään poistoputkiievyyn 174. Poisto-putkilevy 174 rajaa eksotermisen reaktiokammion 153 pään ilman jakajalevyä 160 vastapäätä.

Poistoputki 172 ympäröi tiiviisti reaktioputken 152 osaa ja muodostaa 20 kapean rengasmaisen poistokanavan 175 poistokaasuja varten, jotka vihaavat eksotermisesta reaktiokammiosta poistoulostuloon (ei kuvassa). Edellä mainituista syistä poistoputken sisäänmenopää leviää säteen suuntaisesti ulospäin, kuten kohdassa 177 esitetään.

Kuvatussa suoritusmuodossa reaktioputki sisältää endotermista reak-25 tiokatalyyttia suurin piirtein, kuten edellä kuvattiin laitteiston 10 yhteydessä. Lisäksi tämän suoritusmuodon astia muodostetaan ulomman putken 154 ja polttoaineen syöttöputken 157 avulla, joka voidaan ympäröidä eristeellä ulkoisten läm-pöhäviöiden minimoimiseksi. Ilman ja polttoaineen syöttöputket 156 ja 157 voivat päättyä yläpuolisista päistään sisäänmenokammioihin sopivasti muotoillussa 30 astian päätysulkijan sisällä. Sopivasti muotoiltu päätysulkija tuotetaan myös re-aktioputkien yläpuoliseen päähän, tällainen päätysulkija käsittää ulostuiokam-mion poistokaasuja varten. Lisäksi liikuntasauma tai palkeet voidaan tuottaa reaktioputken ja astian väliin laajenemista ja kutistumista varten. (

Endotermista reaktiolaitetta 150 käytetään samalla tavalla kuin laitet-35 ta 10. Ilmaa ja polttoainetta syötetään ilman ja polttoaineen syöttökanavien 158 ja 164 kautta ja ilma ja polttoaine ovat esikuumennettuja. Esikuumennettu polt- 23 toaine virtaa suutinputkiin 167, joista poittoainesuihkut ohjataan eksotermiseen reaktiokammioon 153 suunnassa, joka on yhdensuuntainen viereisten reaktio-putkien kanssa. Kun poittoainesuihkut poistuvat suutinputkista, polttoaine sekoittuu ja yhdistyy esikuumennettuun ilmaan pitkittäisesti ulottuvalla liekkialueella, 5 esikuumennettu ilma virtaa ilman jakajalevystä. Kuten ennenkin kuvattu järjestely tuottaa pitkiä kapeita liekkejä, jotka kuumentavat reaktioputket korkeaan lämpötilaan pitkien liekkien alueella.

Palamistuotteet viilaavat ylöspäin reaktioputken keskiosan ympärillä ja sitä pitkin, putki ulottuu eksotermisen reaktiokammion 153 kautta. Palamis-10 tuotteet jatkavat endotermisen reaktiokataiyytin kuumentamista reaktio putkessa ja endoterminen reaktantti virtaa reaktioputken kautta. Palamistuotteet poistuvat eksotermisesta reaktiokammiosta poistoputken 172 kautta.

Endoterminen reaktantti virtaa reaktioputken 152 kautta vastavirtaan. Endoterminen reaktantti esikuumenee konvektiivisesta lämmönsiirtymisestä pa-15 lamistuotteista, jotka viilaavat vastavirtaan poistoputken 172 kautta. Kun endoterminen reaktantti liikkuu reaktiokataiyytin läpi, se absorboi lämpöä ja reagoi ja tuottaa endotermisen tuotteen. Endoterminen reaktantti absorboi myös lämpöä palamistuotteista, jotka viilaavat vastavirtaan eksotermisen reaktiokammion kautta. Katalyytti reaktio jatkuu, kunnes kuuma endoterminen tuote aikaa kulkea 20 inertin materiaalin läpi reaktioputkien alapuolisissa päätyosissa. ilman ja polttoaineen syöttöputkien 156 ja 157 alueella lämpöä siirtyy kuumasta endotermises-ta tuotteesta ilmaan ja polttoaineeseen, joita syötetään ilman ja polttoaineen syöttöputkien kautta, minkä vuoksi ilma ja polttoaine kuumenevat samalla, kun kuuma endoterminen tuote jäähtyy. Muissa toiminnallisissa yksityiskohdissa vii-25 tataan edellä olevan laitteiston 10 kuvaukseen, jonka yksityiskohdat ovat yleensä sovellettavissa laitteistoon 150.

Monia muunnoksia voidaan tehdä edellä kuvattuihin, tämän keksinnön suoritusmuotoihin. Esimerkiksi polttoaineen ja ilman virtausreitit voivat olla käänteiset, vaikka sitä pidetään vähemmän soveltuvana kuin edellä kuvattua.

30 Kaasusta nesteeksi -kondensaatio saattaisi myös tapahtua laitteiston viileim-mässä kohdassa. Tässä on vain muutamia monista mahdollista muunnoksista tai vaihteluista, joita alan ammattilaiset voivat tehdä. Kaikki tällaiset muunnokset on tarkoitettu sisältyviksi tämän keksinnön suoja-alaan, jota rajoittaa vain seu-raavat patenttivaatimukset.

35 i

Claims (15)

24 Patentti vaati m u kset

1. Endoterminen reaktiolaite endotermisen reaktion suorittamiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää astian, joka käsittää sisäänmenoaukon endotermista reaktanttia var-5 ten, joka altistetaan endotermiselle reaktiolle reaktantin konvertoimiseksi endo-termiseksi tuotteeksi, uiostuioaukon endotermista tuotetta varten ja eksotermisen reaktiokammion, useita reaktioputkia (28), jotka muodostavat vastaavat virtauskanavat sisäänmenoaukon (39) ja uiostuioaukon (51) välille, reaktioputken ulottuessa 10 eksotermisen reaktiokammion (81) läpi lateraalisesti välimatkan päässä sijaitsevassa suhteessa, ja ensimmäisen ja toisen syötön ensimmäisen ja toisen eksotermisen reaktiofluidin syöttämiseksi erikseen eksotermiseen reaktiokammioon (81) eksotermisessa reaktiokammiossa tapahtuvaa eksotermista reaktiota varten ja ekso-15 termisten reaktiotuotteiden virran ohjaamiseksi suunnassa, joka kulkee eksotermisen reaktiokammion yläpuolisesta päästä alapuoliseen päähän, jolloin ensimmäisessä syötössä on ensimmäisen fluidin ulostulolaite, joka käsittää virtausta jakavan osan (68), joka ulottuu poikittaisesti reaktioputkiin nähden ja jossa on useita aukkoja (80), joiden kautta ensimmäinen fluidi virtaa eksotermisen 20 reaktiokammion yläpuoliseen päähän siten, että tuotetaan suurin piirtein tasainen nopeusprofiili koko kammion poikki, ja toinen syöttö käsittää toisen fluidin ulostulolaitteen, joka käsittää useita suutinputkia (90), jotka ulottuvat eksotermiseen reaktiokammioon, oleellisesti yhdensuuntaisesti ja sivussa reaktioputkiin (28) nähden toisen fluidin tuomiseksi eksotermiseen reaktiokammioon ensim-25 mäisen fluidin ulostulolaitteen kohdalla tai sen alapuolisessa kohdassa ja lukuisissa erillisissä kohdissa reaktioputkien vieressä, mutta lateraalisesti niistä sivussa, jolloin toisen fluidin ulostulolaitteesta tuleva toinen fluidi yhdistyy ensimmäiseen fluidiin korkean lämpötilan liekkien tuottamiseksi reaktioputkien ympärille toisen fluidin ulostulolaitteen alapuolisessa kohdassa ja korkean lämpötilan 30 eksotermisten reaktiotuotteiden virtaamiseksi reaktioputkien ympärillä ja sitä pitkin reaktioputkien kuumentamiseksi ja endotermisen reaktantin endotermiseksi tuotteeksi -konversion tukemiseksi, kun se virtaa reaktioputkien kautta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että kussakin reaktioputkessa (28) on alapuolinen osa, joka on sijoitettu eksotermisen ! 35 reaktiokammion alapuolelle endotermisen tuotteen virtaussuunnassa ulostulo-aukkoon, ensimmäinen syöttö käsittää ensimmäiset syöttöputket, joiden kautta 25 kunkin reaktioputken alapuolinen osa yhdensuuntaisena ulottuu, kunkin ensimmäisen syöttöputken ja kunkin reaktioputken muodostaessa välilleen ensimmäisen fluidin virtauskanavan lämmönvaihtosuhteessa kunkin reaktioputken alapuolisen osan kanssa ja ensimmäisten fluidivirtakanavien ollessa liitettyinä en-5 simmäiseen fluidikammioon jakajaosan puolella eksotermista kammiota vastapäätä.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että toinen syöttö käsittää toiset syöttöputket (86), joiden kautta kukin ensimmäinen syöttöputki (65) ulottuu yhdensuuntaisena ja ensimmäiset ja toiset syöttöputket 10 muodostavat välilleen toiset fluidin virtauskanavat (88) lämmönvaihtosuhteessa kunkin ensimmäisen fluidin virtauskanavan kanssa ja kunkin reaktioputken alapuolisen osan kanssa, ja toiset fluidin virtauskanavat on liitetty toisen fluidin kammioon (70) jakajaosan puolella eksotermista reaktiokammiota vastapäätä, ja mainittuun kammioon liitetään lukuisia suutinputkia.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tun nettu siitä, että se käsittää välineet eksotermisesta reaktiokammiosta poistuvien eksotermisten reaktiotuotteiden saattamiseksi virtaamaan kunkin reaktio-putken (28) yläpuolisen osan ympärillä tai sitä pitkin nopeudella, joka on huomattavasti suurempi kuin eksotermisten reaktiotuotteiden nopeus eksotermisen 20 reaktiokammion läpi lämmön siirtymisen parantamiseksi eksotermisista reaktio-tuotteista reaktioputkien yläpuolisiin osiin endotermisen reaktantin kuumentamiseksi, joka virtaa reaktioputkien yläpuolisten osien kautta, jolloin välineet sisältävät poistoputken (94), jonka kautta kunkin reaktioputken yläpuolinen osa yhdensuuntaisena ulottuu, kunkin poistoputken ja reaktioputken yläpuolisten osien 25 muodostaessa välilleen poistokanavat (104) eksotermisia reaktiotuotteita varten, ja poistoputkissa on sisäänmenopään osa (105), joka on muotoiltu kasvattamaan poistoputkiin tulevien eksotermisten reaktiotuotteiden virtausnopeutta progressiivisesti, jolloin vältetään liialliset paikalliset lämpökeskittymät reaktioput-kissa ja poistoputkissa poistoputkien sisäänmenopäässä.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että se käsittää endotermista reaktiokatalyyttia (108), joka on sijoi- \ tettu kunkin reaktioputken sisälle.

6. Jonien edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että astia käsittää sisäänmenokammion (38), joka on liitetty si-35 säänmenoaukkoon (39) ja ulostulokammion (49), joka on liitetty ulostuloaukkoon (51). 26

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen endoterminen reaktiolaite, tunnettu siitä, että toisen fluidin ulostulolaite käsittää useita suutinputkia (90), jotka on sijoitettu reaktioputkien (28) joukkoon toisen fluidin tuomiseksi eksotermiseen reaktiokammioon ensimmäisen fluidin uiostulolaitteen 5 alapuolella.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että suu-tinputket (90) on suurin piirtein tasaisesti hajautettu reaktioputkien (28) joukkoon.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että 10 suutinputkien (90) uiostulopäät on suunnattu sieltä poistuvan toisen fluidin johtamiseksi suunnassa, joka on suurin piirtein yhdensuuntainen reaktioputkien (28) kanssa.

10. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että virtauksen jakajalaite (68) eksotermisen reaktiokammion (81) 15 yläpuolisessa päässä käsittää useita poistoaukkoja (80), jotka on sijoitettu reaktioputkien (28) joukkoon päästämään ensimmäinen fluidi eksotermiseen reaktio-kammioon kohdassa, joka on suutinputkien (90) ulostulopäiden yläpuolella.

11. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että toisen fluidin ulostulolaite käsittää useita suutinputkia (90), 20 jotka ulottuvat eksotermiseen reaktiokammioon (81) ja jotka on liitetty virtausta rajoittavaan aukkoon (91).

12. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että se käsittää astian (11), joka sisältää eksotermisen reaktiokammion (81), jossa on 25 yläpuolinen ja alapuolinen pää, lämmöntuottovälineet eksotermisen reaktiokammion (81) yläpuolisessa päässä korkean lämpötilan eksotermisten reaktiotuotteiden tuottamiseksi ensimmäisestä ja toisesta eksotermisesta reaktiofluidista, eksotermisten reaktio-tuotteiden virratessa suunnassa, joka kulkee eksotermisen reaktiokammion ylä-30 puolisesta päästä alapuoliseen päähän ja kunkin reaktioputken (28) ympärillä ja pitkin sitä reaktioputkien kuumentamiseksi ja endotermisen reaktantin endoter-miseksi tuotteeksi -konversion tukemiseksi, kun se virtaa reaktioputkien läpi, ja välineet eksotermisesta reaktiokammiosta poistuvien eksotermisten j reaktiotuotteiden saattamiseksi virtaamaan kunkin reaktioputken (28) yläpuoli- j 35 sen osan ympärillä tai sitä pitkin nopeudella, joka on huomattavasti suurempi j kuin eksotermisten reaktiotuotteiden nopeus eksotermisen reaktiokammion (81) ! 27 läpi lämmön siirtymisen parantamiseksi eksotermisista reaktiotuotteista reaktio-putkien yläpuolisiin osiin endotermisen reaktantin kuumentamiseksi, joka virtaa reaktioputkien yläpuolisten osien kautta, välineiden sisältäessä poistoputket (94), joiden kautta reaktioputkien yläpuolinen osa yhdensuuntaisena ulottuu, 5 poistoputken ja reaktioputkien yläpuolisen osan muodostaessa välilleen poisto-kanavat (104) eksotermisia reaktiotuotteita varten, ja kussakin poistoputkessa on sisäänmenopään osa (105), joka on muotoiltu lisäämään poistoputkeen tulevien eksotermisten reaktiotuotteiden virtausnopeutta progressiivisesti, jolloin vältetään liialliset paikalliset lämpökeskittymät reaktioputkissa ja poistoputken si-1 o säänmenopäässä.

13. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että se käsittää astian (11), jossa on pitkittäinen akseli (29), joka astia käsittää si-säänmenokammion (38) endotermista reaktanttia varten, joka altistetaan endo-15 termiselle reaktiolle reaktantin konvertoimiseksi endotermiseksi tuotteeksi, ja ulostulokammion (49) endotermista tuotetta varten, useita pitkittäisesti ulottuvia reaktioputkia (28) virtauskanavan tuottamiseksi sisäänmeno- ja ulostulokammioiden välille, reaktioputkien ollessa sivusuunnassa toisistaan erillään ja ulottuessa eksotermisen reaktiokammion läpi 20 astian sisällä, reaktioputkien ollessa liitettyjä vastakkaisista päistään putkilevyi-hin (32, 40), ja eksotermisen reaktiolaitteen reaktioputkien kuumentamiseksi endotermisen reaktantin endotermiseksi tuotteeksi -reaktion tukemiseksi, kun se virtaa reaktioputkien läpi, ja 25 jolloin sisäänmeno- ja ulostulokammiot on sijoitettu astiaan pitkittäis suuntaista liikettä varten, jotta reaktioputkien kollektiivinen laajeneminen ja kutistuminen on mahdollista, ja jolloin kukin yksittäinen putki liitetään toisesta päästään liikuntasaumalla (33) toiseen putkilevyyn kunkin yksittäisen putken laajentumisen ja kutistumisen sovittamiseksi reaktioputkien kollektiiviseen laajenemi-30 seen ja kutistumiseen.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen laite, tunnettu siitä, että astiassa on sisäänmenoaukko (39) endotermista reaktanttia varten ja ulostulo-aukko (51) endotermista tuotetta varten, ja sisäänmeno- ja ulostuloaukoista toinen on liitetty vastaavaan yhteen sisäänmeno- ja ulostulokammioon metallipal- 35 keiden avulla. t 28

15. Patenttivaatimuksen 13 tai 14 mukainen endoterminen reaktiolai-te, t u n n e 11 u siitä, että astiassa on sisäänmenoaukko (39) endotermästa re-aktanttia varten ja ulostuloaukko (51) endotermista tuotetta varten, ja sisäänmeno- ja ulostuloaukoista toinen on liitetty yhteen vastaavaan sisäänmeno- ja ulos-5 tulokammioon primaarin metallipalkeen (52) avulla, ja liikuntasauma kutakin re-aktioputkea varten sisältää sekundaarisen metallipalkeen (33), jossa laajenemis/ kutistumisvara on huomattavasti pienempi kuin primaarin metallipalkeen laaje-nemis/kutistumisvara. ; 29