KR100253064B1 - 비-단열성 촉매 반응을 수행하기 위한 방법 및 반응기 - Google Patents

비-단열성 촉매 반응을 수행하기 위한 방법 및 반응기 Download PDF

Info

Publication number
KR100253064B1
KR100253064B1 KR1019920017315A KR920017315A KR100253064B1 KR 100253064 B1 KR100253064 B1 KR 100253064B1 KR 1019920017315 A KR1019920017315 A KR 1019920017315A KR 920017315 A KR920017315 A KR 920017315A KR 100253064 B1 KR100253064 B1 KR 100253064B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tube
reactor
sleeve
outer tube
outlet end
Prior art date
Application number
KR1019920017315A
Other languages
English (en)
Other versions
KR930005665A (ko
Inventor
헨리크오토슈탈
할도르프레데리크악셀톱세
Original Assignee
지롤라 죠지오
할도르 토프쉐 에이/에스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 지롤라 죠지오, 할도르 토프쉐 에이/에스 filed Critical 지롤라 죠지오
Publication of KR930005665A publication Critical patent/KR930005665A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100253064B1 publication Critical patent/KR100253064B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/067—Heating or cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B01J2208/00212—Plates; Jackets; Cylinders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00477—Controlling the temperature by thermal insulation means
    • B01J2208/00495—Controlling the temperature by thermal insulation means using insulating materials or refractories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00504—Controlling the temperature by means of a burner

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

공정류 및 열전도 매체간의 간접적인 열교환을 통해 관상 열교환 반응기에서 비- 단열성 촉매반응을 수행하기 위한 방법에 있어서, 출구 말단부에 인접한 부위에서 튜브의 출구 말단부 및 입구 말단부간의 부위로 양이 증가되도록 반응기 튜브의 외면에 점차적으로 열전도 매체를 공급하면 결정적인 반응기 튜브의 출구 말단에서의 벽 온도가 감소된다.

Description

비-단열성 촉매 반응을 수행하기 위한 방법 및 반응기
제1도는 본발명의 특정 구체예에 따른 반응기 튜브의 종단면도.
제2도는 외부 반응기 튜브의 전체벽을 따라 최대 흐름을 갖는 칼집모양 반응기 튜브에서 얻어진 프로필과 비교한 제1도의 반응기 튜브에서 얻어진 벽온도 프로필을 나타내는 그래프.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 칼집모양 튜브 열교환 반응기 12 : 외부 튜브
14 : 입구말단부 16 : 출구말단부
18 : 내부 튜브 22 : 촉매
24 : 슬리브 26 : 공간
28 : 구멍
본발명은 촉매 반응을 수행하기 위한 방법 및 반응기, 및 더욱 상세하게는 공정류가 열전도 매체와의 간접적 열 교환으로 비-단열적으로 반응하는 방법 및 반응기에 관한 것이다.
비-단열성 촉매반응, 예컨대 탄화수소의 흡열적인 증기 개질 및 발열적인 메탄화반응은 대개 촉매상을 적하한 반응기 튜브에서 실행되는데, 이를 통해 반응물의 공정류가 가압된다.
촉매상에서 진행하는 반응을 고수준으로 유지하고 촉매의 손상을 피하기 위해, 냉각이나 가열에 의해 반응하는 공정류의 온도를 조절하는 것이 필요하다.
반응이나 공정류와 열전도 관계에 있는 반응기 튜브의 열전도 벽을 따라 흐르는 냉각 가열의 매체와 공정류 사이의 간접적인 열 교환을 통해 온도를 조절하는 것이 알려져 있다.
그러한 공정은 미합중국 특허 제 4,162,290호에 개시되어 있는데, 거기에서는 일차 및 이차 개질이 연달아 일어나는 동안에 탄화수소 공급재료의 일부가 이차 개질의 뜨거운 분출기체와 간접적인 열교환에 의해 관상 열교환 반응기에서 가열된다.
근래에 공업적 응용에 이용되는 열교환 반응기의 한가지 형태는 칼집모양 튜브반응기이다. 일반적인 칼집모양 튜브 반응기는 외부의 칼집모양 튜브에 동축으로 배열된 내부 튜브로 일루어져 있다.
촉매 입자는 내부 튜브 및 외부 튜브의 벽사이에 한정된 환상의 공간에 적하된다. 그것에 의해서, 반응물의 공정류는 칼집모양 튜브의 벽을 따라 외부로 흐르는 열전도매체와 열전도관계에 있는 촉매를 통한 흐름에 의해 반응된다.
열이 필요한 흡열반응에 사용될때, 공정류의 반응에 필요한 열은 역류로 흐르는 뜨거운 유체 및 튜브의 공정류와의 간접적인 열교환에 의해 공급된다.
촉매를 통과한후, 반응한 공정류는 외부튜브의 닫혀진 말단부와 충돌하여 거기서 흐름의 방향이 반응기의 내부 튜브로 역전되고, 이어서 생성물류로서 반응기로부터 회수된다. 탄화수소 공정류의 증기 개질에 있어서 칼집모양 튜브의 이용이 유럽 특허출원 제334,540호 및 영국 특허출원 제2,213,496호에 개시되어 있다.
개시된 공정에서 탄화수소-증기류는 칼집모양 튜브의 외부를 흐르는 뜨거운 기체와 반대방향으로 튜브 내부의 촉매를 통과하는 공정류간의 간접적인 교환에 의해 칼집모양 튜브 반응기에서 개질된다.
흡열적인 개질반응을 위한 더욱 많은 열은 역류로 내부 튜브를 통해 반응기로부터 회수되는 개질된 탄화수소의 뜨거운 생성물류 및 환상 공간에서의 공정류와의 간접적인 열교환에 의해 공급된다. 증가된 열교환 특성을 갖는 칼집모양 튜브 열교환 반응기가 유럽 특허출원 제194,067호에 개시되어 있다.
그것에 의하면, 열을 전달하는 뜨거운 기체와 공정류간의 열교환인 칼집모양 튜브의 내부 튜브에 생성물류와 공정류간의 열교환을 제한하는 절연재를 공급함으로써 증가된다. 그것에 의하여 공정류의 온도가 감소되어 공정류와 뜨거운 기체간의 더욱 큰 온도차를 야기시키고 결과적으로 뜨거운 기체로부터 공정류로의 열전달이 증가된다. 이 참고문헌에 더욱 언급되었듯이 뜨거운 기체가 공정류와 반대방향으로 반응기의 입구 말단부를 둘러싸는 칼집모양 튜브를 통하여 출구 말단부에 가까운 부위로 통과될때 매우 격렬한 열교환이 달성된다.
칼집모양 튜브반응기의 내부에서 증가와 반대방향으로 외부로 흐르는 뜨거운 기체에 의해 흐름이 가열됨으로서 공정류가 전환되는 상기의 열교환 공정 및 반응기는 열전달 유체와 공정류간의 역류 열 교환을 이용함으로써 개선된 공정이익을 제공한다. 그러나, 이들 공정 및 반응기중 어느것도 반응기 재료의 중요한 변수에 대한 예방조치를 하지 않고 있다.
본 기술에서 알려진 바와같이 공업적 촉매 반응기의 성능은 중요한 촉매 특성뿐만 아니라 재료의 변수에 의해서도 제한되며, 온도수준과 반응기 튜브의 열교환 벽을 통한 열전달에 의해 조절된다.
응력을 받는 금속성 반응기 튜브는 고온에서 일정한 속도로 점차적으로 변형되는데 이 속도는 금속성 재료, 응력 부하 및 금속온도에 좌우된다.
이러한 변형을 크립(Creep)이라 부른다.
크립은 튜브를 파열시켜서 튜브의 수명을 제한할 수도 있다.
튜브재료의 작은 온도변화조차도 크립의 속도에 큰 영향을 끼친다.
그러므로, 튜브벽의 온도를 낮춤으로서, 튜브재료의 크립을 감소시켜, 결과적으로 튜브의 수명을 연장시키는 것이 가능하다.
따라서, 본발명의 목적은 관상 열교환 반응기에서 비-단열성 촉매반응을 수행하기 위한 방법의 개선에 관련되어 있으며, 이러한 방법을 통해 튜브의 중요한 부위에서 벽의 온도가 감소하여 반응기 튜브의 수명이 증가된다.
또다른 목적은 본발명을 수행하는데 유용한 칼집모양 튜브 열교환 반응기를 제공하는 것이다.
본발명에 따라 공정류는 입구 말단부와 출구말단부를 지닌 관상 반응기에 배열된 촉매가 존재하는 비- 단열성 조건하에서, 공정류를 공정류에 역류하여 반응기 튜브를 따라 외부로 흐르는 열전도 매체와 간접적으로 열교환하는 반응기를 통과시킴으로써 촉매적으로 반응한다.
본 개선된 방법은 매체를 출구 말단부에서 튜브의 출구 말단부 및 입구 말단부간의 부위로 양을 증가시키면서 반응기 튜브로 점차적으로 공급하여 출구 말단부에서 반응기 튜브의 감소된 벽 온도를 얻는 것으로 이루어진다.
본발명의 방법은 매체를 중요한 출구 말단부에 인접한 큰 부위에 걸쳐 튜브의 외부 표면에 점차적으로 공급하여 반응기 튜브의 중요한 출구 말단부에서 반응기 벽의 온도를 감소시킴으로써 이런 이유로 튜브의 수명을 연장시키고 공정류의 촉매에 의한 흡열뿐만 아니라 발열 전환공정에 효과적이고 경제적인 방법을 제공한다.
여기 이전 및 하기에 사용된 "열 전도 매체" 라는 용어는 열전달 매체, 예컨데 버너에서 나오는 뜨거운 연도(煙道) 기체 또는 외부 공정 단위에서 나오는 뜨거운 생성물 기체 및 열수용 매체 예컨대 냉각수 또는 냉각 공정기체를 의미한다.
본발명 방법에 따른 암모니아 또는 메탄올의 합성, 또는 Fischer-Tropsch 합성과 같은 발열 반응을 수행할 경우, 열전달 매체는 냉각 매체로서, 반응기 튜브의 출구 말단부에 인접한 외부표면에 점차적으로 공급된다.
그것에 의하여, 냉각 매체의 질량 흐름은 튜브의 입구 말달부위에서 가장 높게될 것이며, 거기서 발열반응은 반응시 발생한 열 때문에 가장높은 냉각 수요를 가지며, 반응은 튜브의 입구 말단부위에 있는 촉매에서 가장 높은 속도로 진행한다.
본발명의 방법은 탄화수소의 증기 개질과 같은 흡열성 촉매 공정에 특히 유용하다. 알려진 증기 개질공정에 의해 탄화수소와 증기류가 촉매에 의해 개질되어 하기 반응식으로 상징되는 수소 및 탄소 산화물의 생성물류로 된다:
CH4+ H2O→ CO + 3H2△H°298= -49.3 kcal/몰
CH4+ 2H2O→ CO2+ 4H2△H°298= -39.4 kcal/몰
본발명에 따른 방법을 수행하는 경우, 증기 개질반응은 350℃가 넘는 온도에서 관상 열 교환 반응기에 있는 증기 개질 촉매와 접촉시킴으로 시작된다.
탄화수소의 고전환을 확보하기 위해, 공정류의 온도는 촉매를 통과하는 동안 점차적으로 증가된다. 촉매를 통과한후 반응한 공정류는 750℃내지 950℃온도의 생성물류로서 반응기 튜브의 출구 말단부에서 촉매를 떠난다.
촉매에서 진행하는 흡열의 개질반응에 필요한 열은 1,000℃내지 1,300℃의 입구 온도를 갖는 반응기 튜브의 외부표면을 따라 흐르는 뜨거운 기류에 의해 공급된다.
그것에 의해서, 뜨거운 기체는 출구 말단부와 입구 말단부의 중간부위에 있는 튜브의 출구 말단부에서 입구 말단부로 축방향으로 반응기 튜브의 외부 표면에 점착적으로 공급된다. 이 방법에서 뜨거운 기체는 튜브의 출구 말단부에 인접한 부위의 넓은 지역에 걸쳐 튜브의 외부표면에 유용하게 공급되어, 결과적으로 뜨거운 출구 말단부에서 튜브 벽에 대한 열 공급을 감소시킨다.
더우기, 반응기 튜브의 열교환 벽을 따라 강요된 대류에 의해 뜨거운 기체에서 공정류로 전달되는 열량은 출구말단부의 약 0에서 튜브 입구말단부에서는 최대치로 증가하며, 공정류의 가장 높은 열수요를 갖는다.
본발명은 더나아가서는 열전도 매체와의 간접적인 열교환을 통해 비- 단열성 촉매 공정을 수행하는데 적합한 칼집모양 튜브형의 열교환 반응기를 제공한다.
본발명에 따르면, 입구말단부 및 폐쇄된 출구 말단부를 갖는 외부튜브, 외부튜부내에서 외부튜브와 간격을 두고 동축으로 배열된 내부 튜브, 및 외부와 내부튜브사이의 환상 공간내에 존재하는 촉매로 이루어지는 칼집모양 튜부 열교환 반응기에는 외부 튜브를 바깥에서 둘러싸고 있는 슬리브가 구비되어 외부 튜브와 슬리브 사이에 도관을 제공하고, 이 슬리브는 열전도 매체를 도관 및 튜브의 외부표면으로 점차적으로 공급하기 위해, 외부 튜브의 출구 말단부와 입구 말단부에 개재하는 슬리브 부위에 다수의 구멍을 갖는다. 구멍이 있는 슬리브 부위는 외부튜브의 출구와 입구 말단부사이에 위치하는 슬리브 길이의 5내지 75%, 바람직하게는 10 내지 50%로 구성될 것이다. 반응기에서 수행되는 반응 및 가열 또는 냉각의 수요에 따라 외부 반응기 튜브의 폐쇄된 출구말단부를 둘러싸는 슬리브 부위에 더욱 많은 구멍을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
구멍은 반응기튜브의 폐쇄된 출구 말단부 또는 그 근처로 열전도 매체를 점차적으로 공급할 수 있도록 하는 바, 거기서 튜브벽의 온도와 크립을 감소시키기 위해서는 많은 열의 흐름 및 결과적으로 일어나는 열전도 매체의 많은 질량흐름을 피해야 한다. 더우기 높은 질량 흐름 및 이로인한 외부 튜브의 외면을 따라 이루어지는 광범위한 열교환이 튜브의 입구 말단에 인접한 슬리브의 구멍이 없는 부위에서 유용하게 이루어지며, 거기서 열전달 매체의 질량 흐름은 최대치에 도달한다. 슬리브와 외부 튜브의 외면에 의해 정해지는 도관의 너비는 외부 튜브의 내경의 0.01 내지 0.08, 바람직하게는 0.02 내지 0.05배로 다양할 것이다.
이제까지 본발명을 일반적으로 설명하였는데, 또다른 특징 및 장점은 도면을 참고로한 하기의 상세한 설명에서 더욱 명백해질 것이다.
제1 도는 본발명에 따른 칼집모양 튜브 열교환 반응기의 종단면을 간단한 형태로 나타낸다. 칼집모양 튜브 열교환 반응기(10)는 외부 튜브(12)로 이루어지는데, 그것의 입구 말단부(14)는 열려있고 출구말단부(16)는 닫혀있다.
외부 튜브(12) 내부에는 외부튜브(12)와 떨어져서 동축으로 위치한 내부 튜브(18)가 배열되어 있다. 내부 튜브(18)는 말단부가 열려있다.
반응기 튜브(10)는 외부튜브(12)의 외면을 완전히 감싸는 슬리브(24)가 더 갖추어져 있다. 슬리브(24)는 외부 튜브(12)의 외면과 슬리브(24)사이의 공간(26)을 에워싼다. 공간(26)은 열전도 매체를 위한 도관을 제공하는데, 열전도 매체는 하기에 더 설명되어있는 바와같이 슬리브(24)의 S1부분에 있는 구멍(28)을 통하여 공급된다. 구멍이 있는 S1부분은 튜브(12)의 출구 말단부(16)와 입구 말단부(14)간 부위의 슬리브(24)에 일정한 길이에 걸쳐 뻗어있다.
공정 기체는 외부 튜브(12)의 열려진 말단(14)을 통하여 반응기(10)로 주입된다. 이어서 공정 기체는 외부 튜브(12)의 벽과 내부튜브(18)의 벽사이에 배열되어 있는 촉매(22)를 통과하게 된다.
촉매(22)를 통과한후, 기체는 외부 튜브 출구 말단부(16)에서 튜브벽에 충돌하고, 거기서 내부 튜브(18)로 방향을 바꾸어, 그곳을 통과하여 흐름이 생성물 류로 회수된다. 촉매(22)에서 공정류의 냉각 또는 가열은 슬리브(24)의 구멍(28)을 통하여 공간(26)에 공급되는 열전도 매체에 의해 달성된다.
열전도 매체는 슬리브(24)의 구멍이 있는 S1 부분을 통하여 튜브(12)의 낮은 부분의 외면으로 넓은 지역에 걸쳐 주입되며 튜브의 공정 기체와 간접적인 열교환을 하면서 튜브(12)를 따라 반대방향으로 공간(26)내부를 흐른다.
매체흐름은 구멍(28)을 통한 매체의 점차적인 공급에 의해 S1 부분내의 공간(26)에서 증가한다. 매체흐름은 튜브(12)의 입구 말단(14) 부근의 공간(26)의 S2부위에서 최대치에 도달한다.
튜브(12)의 출구 말단부(16)에 있는 결정적인 S3 부위에서 실질적으로 매체흐름이 없으며, 따라서 슬리브(24)의 구멍이 뚫리지 않는 부분에 의해 차단되는 S3 부위의 공간(26)에서는 강제적인 대류가 없기 때문에 열전도 매체와 공정류간의 열교환은 복사에 한정한다.
[실시예]
하기에서 제1 도를 참고로하여 상기한 반응기에서 뜨거운 연도기체와의 열교환에 의해 탄화수소의 흡열성 증기 개질이 일어나는 동안의 본발명 공정의 장점을 예시하는 계산모델에 본발명을 작용한다.
계산모델에서 반응기의 하기 치수를 가정한다:
외부 튜브: 길이 7 m,
내경 120 mm
벽두께 5mm
내부 튜브: 길이 6.1 m
내경 30 mm
벽두께 5 mm
슬 리 브: 길이 7 m
구멍있는 부분의 길이 3 m
구멍이 없는 부분의 길이 4 m
1.5% 의 구멍지님(구멍의 직경은 약 2 mm, 50 mm 피치)
슬리브 및 부분의 길이는 외부 튜브의 출구 말단부에서 입구 말단부 까지의 거리이다.
슬리브는 외부 튜브의 외면에서 5 mm 떨어져서 위치하고 있다.
탄화수소- 증기 공정 기체 132 N㎥/h를 520℃의 입구온도로 반응기의 외부 튜브에 주입하였다. 반응기의 외부 및 내부튜브 사이에 배열되어 있는 통상적인 니켈 개질 촉매를 통과시켜서 반응한 기체의 온도를 상기 520℃에서 외부 반응기튜브의 출구 말단부에서는 800℃로 증가시켰다.
외부 튜브에 있는 반응기체와의 간접적인 열교환을 통해 기체의 열을 방출시킨후 570℃의 출구 온도르 내부 튜브를 통하여 기체를 반응기에서 내보냈다.
버너에서 나오는 뜨거운 연도 기체를 통해서 반응 기체에 열을 더 공급하였다.
연도기체는 1300℃의 입구온도로 235 N㎥/h 에서 슬리브에 공급하였다.
기체를 실질적으로 동일한 온도로 튜브의 출구말단부로부터 3 m 부위에 걸쳐 뻗어있는 슬리브의 구멍있는 부분을 통하여 외부튜브의 외면과 슬리브사이의 연도기체 도관으로 주입시켰다. 도관의 내부에서 뜨거운 기체를 역류시키면서 반응기의 외부 튜브에 있는 공정기체와 간접적인 열교환을 시켰다.
공정기체에 열을 공급한후 620℃의 출구 온도로 외부 튜브의 입구말단부에 인접한 슬리브를 통해 연도기체를 내보냈다.
외부튜브의 출구말단부에서의 열흐름은 상기의 공정을 통해 슬리브가 없는 상응하는 반응기 튜브에서의 약 70.000 Kcal/㎡hr, 에서 슬리브로 막힌 반응기 튜브에서의 약 20.000 Kcal/㎡hr로 감소된다.
슬리브의 구멍이 있는 부분내에서 열흐름은 슬리브의 구멍을 통하여 뜨거운 연도기체가 점차적으로 공급되기 때문에, 약 20,000 Kcal/㎡hr에서 약 35,000Kcal/㎡hr까지 거의 직선적으로 증가하였다. 슬리브가 없고 이 부위에서 연도기체가 최대로 공급되는 반응기의 상응하는 값은 출구말단부의 70.000 Kcal/㎡hr에서 반응기 튜브의 출구 말단부로부터 3 m 거리내의 약 23.000 Kcal/㎡hr까지 직선적으로 감소하였다.
본발명 공정을 통해 외부 반응기 튜브의 벽에서 얻은 온도 프로필을, 제1 도의 것과 유사하나 슬리브(24)가 없어 튜브 출구 말단부위에서 연도기체가 최대로 공급되는 반응기 튜브에서 얻어진 온도 프로필과 비교하여 제2 도에 자세히 나타내었다.
제2 도에서 알수 있듯이 슬리브의 구멍이 없는 부분에 의해 막혀있는 튜브 출구 말단부의 벽온도(0)는 그러한 막힘이 없는 튜브의 벽온도(X)보다 약 100℃낮다.
슬리브의 구멍이 있는 부분으로 둘러싸인 출구 말단부에 인접한 부분에서, 축방향 벽온도 기울기는 이 부분에 뜨거운 연도 기체가 계속적으로 공급되기 때문에 평평해지며 출구 말단 둘레의 튜브벽이 덜 광범위하게 가열되어, 결과적으로 튜브의 수명이 연장된다. 예를들어 외경이 120 mm 이고 내경이 110 mm 인 HK 40튜브의 수명은 벽온도가 850℃에서 750℃로 감소되면 8.4·105시간에서 9.4·107시간으로 증가될 것이다.

Claims (4)

  1. 칼집모양 튜브 열교환 반응기에 있어서, 입구 말단부와 폐쇄된 출구말단부를 갖는 외부 튜브, 외부 튜브와 떨어져서 위치하고 외부 튜브내에 동축으로 배치된 양단부가 개방된 내부 튜브, 그리고 외부 튜브와 내부 튜브사이에 한정된 환상 공간내의 촉매로 이루어지고, 외부 튜브를 둘러싼 슬리브를 구비하고 있으며, 이 슬리브는 슬리브와 외부 튜브간에 열전도 매체의 통로가 되는 도관을 규정하고 외부 튜브의 출구말단부 가까이에 슬리브의 길이에 걸쳐 열전도 매체를 도입하기 위한 다수의 구멍을 가지며; 슬리브의 상기 구멍들은 1내지 3mm의 직경을 가지며, 상기 구멍들은 10 내지 100mm의 피치를 가지고 배치되어 있고; 이로써, 외부튜브의 출구말단부 가까이에 슬리브의 외부표면상에 큰영역에 걸쳐 열전도 매체가 도입되며 슬리브의 구멍이 있는 길이를 통하여 흐르고 반응기의 외부 및 내부 튜브간의 환상공간에 있는 촉매를 통과하는 공정류와 간접적인 열교환을 하면서 외부 튜브의 외면을 따라 역류하는 것을 특징으로 하는 반응기.
  2. 제1항에 있어서, 슬리브의 구멍이 있는 길이는 외부 튜브의 출구말단부에서 입구 말단부까지 뻗어있는 슬리브 길이의 5내지 75%, 바람직하게는 10 내지 50%로 구성되는 것을 특징으로 하는 반응기.
  3. 제1항에 있어서, 슬리브는 외부 튜브의 출구 말단부를 둘러싸는 부위에 다수의 구멍이 더 갖추어져 있는 것을 특징으로 하는 반응기.
  4. 제1항에 있어서, 슬리브와 외부 튜브간에 한정된 도관의 너비는 외부튜브의 내경의 0.01 내지 0.08배, 바람직하게는 0.02 내지 0.05배인 것을 특징으로 하는 반응기.
KR1019920017315A 1991-09-23 1992-09-23 비-단열성 촉매 반응을 수행하기 위한 방법 및 반응기 KR100253064B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DK162891A DK162891A (da) 1991-09-23 1991-09-23 Fremgangsmaade og reaktor til gennemfoerelse af ikke-adiabatiske reaktioner.
DK1628/91 1991-09-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR930005665A KR930005665A (ko) 1993-04-20
KR100253064B1 true KR100253064B1 (ko) 2000-04-15

Family

ID=8106683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019920017315A KR100253064B1 (ko) 1991-09-23 1992-09-23 비-단열성 촉매 반응을 수행하기 위한 방법 및 반응기

Country Status (9)

Country Link
EP (1) EP0535505B1 (ko)
JP (1) JP3262354B2 (ko)
KR (1) KR100253064B1 (ko)
AT (1) ATE156030T1 (ko)
AU (1) AU652666B2 (ko)
CA (1) CA2078825C (ko)
DE (1) DE69221241T2 (ko)
DK (1) DK162891A (ko)
NO (1) NO178817C (ko)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK173052B1 (da) * 1997-05-05 1999-12-06 Topsoe Haldor As Fremgangsmåde til fremstilling af ammoniak syntesegas
EP1063008A3 (en) * 1999-05-28 2001-03-28 Haldor Topsoe A/S Reactor for carrying out a non-adiabatic process
CA2327419C (en) * 1999-12-15 2009-01-13 Uop Llc Combinatorial catalytic reactor
KR101562527B1 (ko) * 2008-06-26 2015-10-22 할도르 토프쉐 에이/에스 암모니아의 제조방법 및 스팀 슈퍼히터
EP2526045B1 (en) 2010-01-19 2018-03-07 Haldor Topsøe A/S Process and apparatus for reforming hydrocarbons
FR2961117B1 (fr) * 2010-06-11 2012-06-08 Inst Francais Du Petrole Reacteur echangeur a tubes baionnettes et a tubes de fumees suspendus a la voute superieure du reacteur
BR112022003964A2 (pt) 2019-09-03 2022-05-24 Haldor Topsoe As Forno reformador com tubos reformadores suportados
WO2021180805A1 (en) 2020-03-13 2021-09-16 Haldor Topsøe A/S Process and plant for producing hydrocarbons with reduced co2-footprint and improved hydrogen integration
EP4175749A1 (en) 2020-07-06 2023-05-10 Topsoe A/S Regenerating the catalytic activity of a spent catalyst
CN116234769A (zh) 2020-08-13 2023-06-06 托普索公司 从可再生原料生产汽油的方法和设备
KR20230051170A (ko) 2020-08-13 2023-04-17 토프쉐 에이/에스 타르-함유 원료로부터 가솔린을 제조하기 위한 방법 및 플랜트
CN116783270A (zh) 2021-01-18 2023-09-19 托普索公司 具有减少co2足迹的从固体可再生原料生产烃的方法和设备
WO2022171643A1 (en) 2021-02-09 2022-08-18 Topsoe A/S Process and plant for producing e-fuels
EP4304980A1 (en) 2021-03-11 2024-01-17 Topsoe A/S Method and system for producing hydrogen from ammonia cracking
EP4323307A1 (en) 2021-04-13 2024-02-21 Topsoe A/S Reduced metal dusting in bayonet reformer
WO2023275049A1 (en) 2021-06-29 2023-01-05 Topsoe A/S Process and plant for producing methane or methanol from a solid renewable feedstock
CA3238658A1 (en) 2021-11-15 2023-05-19 Topsoe A/S Blue hydrogen process and plant
WO2023247316A1 (en) 2022-06-20 2023-12-28 Topsoe A/S Conversion of carbon oxides to sustainable aviation fuel (saf)
WO2024104905A1 (en) 2022-11-16 2024-05-23 Topsoe A/S Plant and process for producing hydrogen with improved operation of a low temperature co2 removal unit
WO2024126060A1 (en) 2022-12-12 2024-06-20 Topsoe A/S Conversion of carbon oxides to sustainable aviation fuel (saf)
KR102603055B1 (ko) * 2022-12-22 2023-11-16 한국기계연구원 액침냉각을 이용한 냉난방 시스템 및 액침냉각을 이용한 냉난방 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61111135A (ja) * 1984-11-07 1986-05-29 Toshiba Corp 改質器装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1826548A (en) * 1926-07-24 1931-10-06 Selden Co Catalytic apparatus
JPS60106527A (ja) * 1983-11-14 1985-06-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 二重管式発熱反応器

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61111135A (ja) * 1984-11-07 1986-05-29 Toshiba Corp 改質器装置

Also Published As

Publication number Publication date
CA2078825A1 (en) 1993-03-24
NO178817B (no) 1996-03-04
EP0535505B1 (en) 1997-07-30
NO923683D0 (no) 1992-09-22
KR930005665A (ko) 1993-04-20
DE69221241T2 (de) 1997-11-27
ATE156030T1 (de) 1997-08-15
JP3262354B2 (ja) 2002-03-04
DE69221241D1 (de) 1997-09-04
CA2078825C (en) 2000-12-05
NO178817C (no) 1996-06-12
NO923683L (no) 1993-03-24
EP0535505A1 (en) 1993-04-07
JPH0576748A (ja) 1993-03-30
AU652666B2 (en) 1994-09-01
DK162891D0 (da) 1991-09-23
AU2529392A (en) 1993-03-25
DK162891A (da) 1993-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100253064B1 (ko) 비-단열성 촉매 반응을 수행하기 위한 방법 및 반응기
US5429809A (en) Process and reactor for carrying out non-adiabatic catalytic reactions
US4690690A (en) Steam reforming hydrocarbons
US4650651A (en) Integrated process and apparatus for the primary and secondary catalytic steam reforming of hydrocarbons
US4830834A (en) Reactor for the catalytic reforming of hydrocarbons
AU2006235745B2 (en) Steam reforming
AU2003248394B2 (en) Process and apparatus for the preparation of synthesis gas
AU2003248392B2 (en) Process and apparatus for the preparation of synthesis gas
AU7060894A (en) Endothermic reaction apparatus and method
EP3837210B1 (en) Steam or dry reforming of hydrocarbons
EP1361919B1 (en) Reactor for conducting endothermic reactions
US20070051041A1 (en) Plant capacity expansion and dynamic production control
CN109310971B (zh) 通过蒸汽重整产生合成气的反应器
US5162104A (en) Apparatus and method for indirectly heating a gas
WO2004112954A1 (en) Cooled gas injection device
US11918991B2 (en) Reformer furnace with supported reformer tubes
EP1063008A2 (en) Reactor for carrying out a non-adiabatic process
US5934897A (en) Reactor for the autothermal conversion of hydrocarbons
EP4298392A1 (en) Heat exchange reactor seal apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120109

Year of fee payment: 13

EXPY Expiration of term