KR101252493B1 - 흡열 또는 발열 촉매 반응을 수행하기 위한 반응기 및 방법 - Google Patents

흡열 또는 발열 촉매 반응을 수행하기 위한 반응기 및 방법 Download PDF

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Abstract

외부 반응기 벽(1)을 규정하는 하우징, 다수의 열전달 관(2)의 적어도 외부(3)에 배치된 촉매 층(3,3')에서 열의 공급 또는 제거를 위한 상기 하우징 내에 배치된 다수의 열전달 관(2), 그리고 상기 촉매 층(3)의 외 주변에 배치된 빌트인 요소들(4)을 포함하는 흡열 또는 발열 반응을 수행하기 위한 열교환 반응기.
열교환 반응기, 촉매 층, 빌트인 요소, 열전달 관, 흡열 반응, 발열 반응.

Description

흡열 또는 발열 촉매 반응을 수행하기 위한 반응기 및 방법{REACTOR AND PROCESS FOR CARRYING OUT ENDOTHERMIC OR EXOTHERMIC CATALYTIC REACTIONS}
본 발명은 흡열 또는 발열 촉매 반응을 수행하기 위한 개선된 열 교환 반응기 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성 가스의 생산을 위한 탄화수소 공급 원료의 수증기 개질에서의 사용을 위한 개선된 열 교환 반응기 및 방법에 관한 것이다.
흡열 또는 발열 반응을 수행하기 위한 촉매 반응기는 본 분야에 잘 알려져 있고, 구체적인 예들은 탄화수소의 흡열 수증기 개질을 위한 반응기 및 발열 메탄올 합성 반응을 위한 반응기들이다. 반응들은 전형적으로 반응물질을 포함하는 공정가스 스트림이 고압에서 통과하는 적합한 고체 촉매가 로딩된 관에서 수행된다. 다수의 관들이 반응기 내에 수직으로 또는 수평으로 배치된다. 관은 촉매 반응기의 주축을 따라 평행하게 뻗는 한편, 외부의 열교환 매질은 관을 가열하거나 냉각한다. 관 내부의 고체 촉매는 요구된 화학 반응이 일어나는 촉매 층을 제공한다. 촉매는 고체 입자로서 또는 피복된 구조로서 제공될 수 있는데, 예를 들면 수증기 개질 반응기에서 관의 내벽 상에 고정된 박 층으로서 제공될 수 있다.
다수의 관을 포함하는 또다른 반응기 구조에서, 고체 촉매 입자는 이후 열전 달 관으로도 일컫는 상기 관의 외부에 배치되는 한편, 열 교환 매질이 내부를 통과할 수도 있다. 열전달 관의 외부의 고체 촉매는 요구된 화학반응이 일어나는 촉매 층을 제공한다.
열교환 반응기에서 사용되는 열전달 관의 구체적인 유형은 소위 이중-관이다. 이중-관은 기본적으로 두개의 실질적으로 동심의 관의 배치이다. 관 벽 사이의 공간은 촉매 층을 통과하는 공정 스트림과 상기 열교환 매질 사이의 간접 열교환에 의해 온도 제어가 달성되도록 열교환 매질이 통해서 흐를 수 있는 환형 공동을 규정한다. 다수의 이중-관을 포함하는 배치에서, 층 내의 고체 촉매는 이중-관의 외부와 내부 둘다에 배치되는 것이 유리하다.
열교환 반응기에서 열전달 관의 여전히 또 다른 유형은 두개의 실질적으로 동심의 관의 배치이나, 여기서 내부 관은 한 단부 또는 양 단부에서 폐쇄되어 있거나 또는 단순히 금속 바 또는 봉과 같은 고형의 긴 부재이다. 관 벽 사이의 공간은 열교환 매질의 통과를 위한 환형의 공동을 규정한다. 다수의 이 유형의 열전달 관을 포함하는 배치에서 고체 촉매 층은 단지 상기 관의 외부에 배치된다.
이 특허 명세서에서, 용어 "촉매 반응기", "열교환 반응기" 및 "반응기"는 상호교환하여 사용된다. "촉매 층(catalyst bed)"은 상기 층을 형성하는 고체 촉매의 부피를 의미하고 열전달 관의 외부에 있으며, 선택적으로 이중-관의 경우에 상기 관의 내부에도 있다. 용어 "열전달 관" 및 "관"은 이 명세서에서 상호교환하여 사용되고, 촉매 반응을 수행하기 위한 목적으로 열교환 매질뿐만 아니라 촉매와 접촉해 있는 어떤 관도 포함한다.
촉매가 열교환 매질과 간접 접촉해 있는 방법 및 반응기가 EP-A-O 271 299로부터 공지되어 있다. 이 인용문헌에는 수증기 개질 및 자동열 개질을 조합한 반응기 및 방법을 개시한다. 반응기의 하부 영역에 배치된 수증기 개질 지대는 내부에 배치된 촉매를 갖는 수많은 관을 포함하는 한편, 반응기의 상부 영역에서 자동 열개질 촉매가 수증기 개질 관의 외부에 배치되어 있다. EP-A-1 106 570은 수많은 수증기 개질 관을 포함하며 간접 열교환에 의해 가열되는 평행하게 연결된 관형 개질기(반응기)에서 수증기 개질하는 방법을 개시한다. 촉매는 한 반응기에서 수증기 개질관의 외부에 그리고 다른 반응기에서 수증기 개질 관의 내부에 배치되어 있다.
다수의 열전달 관, 예를 들면, 수증기 개질 관의 외부에 층으로서 배치된 고체 촉매 입자들을 포함하는 반응기 구조에서, 이러한 열전달 관의 레이아웃은 결정적으로 중요한데, 반응기의 방사상 방향을 가로질러 균일한 온도 분포를 달성하는 것이 바람직하기 때문일 것이다. 다시 말하면, 반응기의 높이에 따라 어떤 주어진 단면적에서, 방사상 방향으로 촉매 층의 온도는 가능한 한 일정하게 유지되는 것이 바람직할 것이다.
주어진 반응기 길이 또는 높이에서 열전달 면적(열전달 관의 외표면)에 대한 촉매 면적(촉매가 차지한 반응기 단면의 면적)의 거의 균일한 비율을 얻고 이로써 촉매 층 단면의 내부에, 즉 반응기의 중심을 향해 균일한 온도 분포를 얻는 것은 어렵지 않다. 이 비율은 예를 들어서 관 피치가 같은 열전달 관 직경에 대해 일정하게 유지되면 일정하게 유지될 수 있다. 관 피치는 이웃하는 관들의 중심 대 중 심 거리를 의미한다. 예를 들어서 층의 중심에서의 삼각형 피치로부터 층의 주변 근처에서의 직사각형 피치로의 변화 조차도 열전달 면적에 대한 촉매 면적의 비율의 너무 큰 변동을 경험하지 않고 얻어질 수 있다. 그러나, 가열된 또는 냉각된 촉매 층의 주변에서 반응기의 주변을 규정하는 둘러싸는 외부 반응기는 촉매 층을 가열하지도 냉각시키지도 않는다. 상기 촉매 층의 외부 주변에서, 즉, 외부 반응기 벽 근처의 영역들에서 반응기의 중심을 향하여 직면하는 비율과 유사한 열전달 면적에 대한 촉매 면적의 비율이 얻어지는 것은 불가능할 수 있다. 이것은 촉매 입자들이 최외곽 열전달 관의 전체 외부 표면을 둘러쌀 수 있도록 최외곽 열전달 관들과 외부 반응기 벽 사이에 일정한 최소 거리가 요구될 때 특히 그러하다. 외부 반응기 벽이 최외곽 열전달 관의 외벽과 매우 가깝거나 또는 직접 접촉해 있다면, 고체 촉매 입자는 벽과 상기 관들의 사이에 들어맞을 수 없을 수도 있다. 결국, 죽은 영역 또는 촉매 없는 영역들이 조장될 수도 있다. 이들 촉매 없는 영역들에 의해 형성된 빈 공간은 미변환 또는 덜 반응된 공정 가스뿐만 아니라 촉매 베드에서 고르지 않은 흐름, 고르지 않은 온도 분포에 의해 부수하는 원하지 않는 효과와 함께 원하지 않는 가스 채널링을 가져온다.
발명의 개요
본 발명자들은 이제 놀랍게도 간단한 수단에 의해 상기 문제들을 극복하는 반응기를 개발하였다. 본 발명에 따르면, 본 발명자들은 외부 반응기 벽을 규정하는 하우징, 다수의 열전달 관의 적어도 외부에 배치된 촉매 층에서 열의 공급 또는 제거를 위한 상기 하우징 내에 배치된 다수의 열전달 관, 그리고 열전달 관에 관하여 평행하게 뻗어 있는 긴 부재이고 상기 촉매 층의 외 주변에 배치된 빌트인 요소들을 포함하며, 상기 빌트인 요소들은 열교환 매질이 통과하는 주변 열전달 관이고 상기 열교환 매질은 상기 촉매 층을 통과하는 공정 가스 스트림에 함께 흐르거나 또는 반대로 흐르는 유동체 가스인, 흡열 또는 발열 반응을 수행하기 위한 열교환 반응기를 제공한다.
따라서, 본 발명은 고체 촉매 입자들이 열전달 관의 외부에 배치된 열교환 반응기에서 촉매 층의 외 주변에 빌트인 요소들의 제공에 관한 것이다. "촉매 층의 외주변"은 최외곽 열전달 관의 외벽과 외부 반응기 벽 사이에 국한된 영역을 의미한다. 용어 "다수의 열전달 관의 적어도 외부에 배치된 촉매"는 반응기 내의 촉매가 관의 외부에 배치되나, 이것들이 이중-관일 때 상기 관의 외부 및 내부에서의 촉매로서 둘다 배치될 수도 있다는 것을 의미한다. 따라서, 촉매만이 관의 내부에 배치되어 있는 반응기는 본 발명의 범위 밖이다. "빌트인 요소들"은 외부 반응기 벽과 직접 접촉해 있거나 근처에 놓이고 나머지 층 단면에서 달성되는 것과 유사한 촉매 층의 외주변에서의 열전달 면적에 대한 촉매 면적의 비율을 조장하는 역할을 하는 요소들을 의미한다. 반응기 레이아웃의 열전달 관에 관하여 평행하게 뻗어 있는 긴 부재인 빌트인 요소들의 제공은 외부 반응기 벽의 근처의 영역들에서 촉매의 양을 감소시킨다. 그러므로, 빌트인 요소들은 촉매 면적을 효과적으로 낮추며 동시에 열 제거 또는 냉각을 위한 열전달 면적을 부가할 수도 있다. 적합한 빌트인 요소들은 열교환의 점에서 미소한 효과를 미치며, 여전히 나머지 층 단면에서 달성되는 것과 유사한 촉매 층의 외 주변에서의 열전달 면적에 대한 촉매 면적의 비율을 조장하는 역할을 하는 봉, 예를 들면 금속 봉과 같은 적합한 두께 및 형태의 긴 부재가 될 수 있다. 바람직하게는, 빌트인 요소들은 열전달 관인데, 그것들은 추가로 열교환 매질이 통과하는 것을 허용하기 때문이다. 이들 관은 이후 또한 "주변 열전달 관"으로도 일컬어진다.
따라서, 본 발명에 의해서, 반응기의 전체 층을 가로질러 특히 외부 반응기 벽의 근처에서 더욱 균일한 온도 분포가 달성된다. 외부 반응기 벽을 향한 온도는 반응기의 중심에서와 대략 같은 수준으로 유지될 수 있기 때문에, 더욱 고른 공정 조건들이 달성되며 예를 들어서 고도로 흡열의 수증기 개질 반응에서 더 높은 공정 가스 변환이 얻어질 수도 있다.
바람직한 구체예에서, 주변 열전달 관은 촉매 층의 나머지 부분에서 보통의 열전달 관보다 더 작은 단면적을 갖는다. 주변 열전달 관의 단면은 가열 관 레이아웃에서 최외곽 열전달 관, 즉 반응기 내의 가열 전달 관의 배치와 외부 반응기 벽 사이의 면적에 적당히 들어맞기 위한 형태로 된다. 용어 "적당히 들어맞는"은 촉매 입자가 최외곽 열전달 관과 주변 열전달 관 사이의 공간을 채울 수 있으므로 따라서 가스 채널링이 최소화되도록 함을 의미한다.
주변 열전달 관은 바람직하게는 외부 반응기 벽과 직접 접촉하여 위치된다. 주변 열전달 관은 단일 벽을 갖는 단순한 관들일 수도 있고, 그것들은 실질적으로 반원형 또는 삼각형 단면을 갖도록 하는 형태로 될 수도 있다. 관의 다른 형태들이 생각될 수 있는데, 예를 들면 이중-관이다.
유사하게, 빌트인 요소들이 봉, 예를 들어서, 금속 봉이라면, 그것들의 단면은 가열 관 레이아웃에서 최외곽 열전달 관, 즉 반응기 내의 가열 전달 관의 배치와 외부 반응기 벽 사이의 면적에 적당히 들어맞기 위한 형태로 된다. 상기 봉은 또한 그것들이 실질적으로 반원형 또는 삼각형 단면을 갖도록 하는 형태로도 될 수 있다. 다른 형태들이 당업자들에서 명백할 것이다. 본 발명의 한 구체예에서, 촉매 층을 형성하는 고체 촉매 입자들이 열교환 반응기의 하우징 내에 배치된 열전달 관의 외부에 제공되며, 상기 열전달 관의 내부에는 제공되지 않는다. 즉, 촉매는 열전달 관의 외부에만 배치된다. 또다른 구체예에서, 열교환 반응기의 하우징 내에 배치된 열전달 관은 이중-관이고; 촉매 층을 형성하는 고체 촉매 입자들은 그 다음 상기 이중-관의 외부와 내부에 배치된다.
주변 열전달 관의 외부의 영역은 열전달 관의 외부에서 촉매 층의 일부를 형성하는 고체 촉매 입자들로 채워진다.
본 발명을 첨부 도면에 의해 예시한다.
도 1은 하우징 또는 압력 쉘(도시 않음) 내에 함유된 반경 R의 원통형 열교환 반응기의 단면도를 나타낸다.
도 2는 이중-관의 외부 관의 외경만을 나타낸 열교환 반응기의 30°단편의 단면도이다.
바람직한 구체예의 상세한 설명
도 1에서, 반응기의 주변은 예를 들어서 스테인레스 강과 같은 금속 벽인 외벽(1)에 의해 규정된다. 반응기의 내부는 다수의 열전달 관(2)을 포함하는데, 이것은 원칙적으로 어떤 형태도 가질 수 있으나, 바람직하게는 원통형이고, 즉 원형의 단면을 갖는다. 열전달 관들(2) 사이의 공간은 촉매 층을 형성하는 촉매 입자들(3)을 포함한다. 이 도면에서, 상기 열전달 관(2)은 이중-관이고, 그것들의 내부 관은 고체 촉매 입자들(3')로 채워진다. 열전달 관(2)은 균일한 열 분포를 제공하고 이로써 반응기의 전체 단면을 통해 균일한 온도를 제공하도록 배치된다. 추가의 열교환 면적을 제공하고 외부 반응기 벽(1)의 근처의 촉매의 양을 감소시키는 다수의 빌트인 요소들, 여기서 주변 열전달 관(4)은 상기 벽(1)과 접촉해 있거나 또는 근처에 놓이고, 공정 가스(6)와 반대 흐름으로 열교환 매질(5)의 통과를 허용한다. 공정 가스(6), 예를 들면, 주성분으로서 메탄을 함유하는 기체 혼합물은 종이장의 평면에 횡 방향으로 촉매를 통해 이동하고 열전달 관(2)의 벽들 사이에 조장된 환형 공간을 통해 공정 가스(6)와 반대 흐름으로 통과하는 열교환 매질(5)에 의해 간접적으로 냉각 또는 가열된다.
주변 열 전달 관(4)은 어떤 형태도 가질 수 있으나, 바람직하게는 실질적으로 반원형이거나 실질적으로 삼각형이어서 그것들의 더 편평한 영역이 외부 반응기 벽(1)의 곡률에 들어맞을 수 있도록 한 단순한 관이다. 상기 주변 열전달 관(4)은 시차 열 팽창을 허용하는 적합한 고정 수단에 의해 외부 반응기 벽(1)에 들어맞을 수 있다. 주변 열전달 관(4)의 단면은 주축 d1과 부축 d2를 가져서 상기 주축 d1이 외부 반응기 벽(1)의 곡률과 들어맞을 수 있는 더 편평한 영역을 규정한다. 바람직하게는, 주변 열전달 관(4)은 외벽(1)과 직접 접촉해 있다. 최소 방사상 거리 d가 외부 반응기 벽(1)과 최외곽 열전달 관(2)의 최외곽 벽의 사이에 제공되어, 고체 촉매 입자(3)가 상기 열전달 관(2)의 전체 외표면을 둘러쌀 수 있도록 한다.
보통, 주변 열전달 관(4)과 열전달 관(2)의 길이는 반응기의 길이에 대략 해당하고, 주변 관의 길이는 6 내지 14 m의 범위이다. 주변 관의 두께는 보통 3-8 mm 범위인 한편, 여기서 이중-관으로 나타낸 열전달 관은 보통 2-6 mm의 내벽 두께와 3-8 mm의 외벽 두께를 갖는다. 이중 관에서 열교환 매질(5)의 통과를 위한 환형 공간은 약 4 내지 12 mm이하이다.
이제 도 2를 참고하면, 나타낸 이중-관의 레이아웃은 거울반사하면 60°단편으로 될 수 있는 30°단편이다. 이 60°부분을 반복하여 전체 360°관 레이아웃을 형성한다. 촉매를 함유하는 관의 외부의 면적은 이중 관 중심에서 이중 관 중심으로 그려진 선에 의해 한정된 세부면적들로 분할될 수 있다. 촉매를 함유하는 모든 이러한 면적들은 세 개의 외부 관으로부터 열을 수용하고, 각 관은 관 원주의 60°에 해당하는 열전달 표면에 기여하고, 따라서 외부 관의 원주의 절반과 같은(180°) 전체 열전달 표면을 구성한다. 1-11로 번호매긴 면적들을 규정하는 이중 관들 사이의 11개의 다른 크기로 된 장소들이 존재한다. 1, 2, 6 및 10으로 표시된 장소들은 단지 절반을 나타내고 거울반사되어(대칭선은 자유한 쪽에 있다) 구체적인 장소의 충분한 형태 및 크기를 제공하는 것이 필요하다.
열전달 관은 바람직하게는 삼각형 피치로 배치되고, 이때 이중 관 중심에서 이중 관 중심까지의 최소 거리는 약 143 mm이다. 이것은 이웃하는 이중 관들의 외부 관들 사이에 약 29 mm의 거리를 가져오는데, 이것은 갭을 채우는 촉매 입자들을 위한 적당한 공간을 제공한다.
여러 가지 장소들의 촉매 면적들을 계산하였다. 가장 작은 면적인 3774 mm2 (2 x 1887 mm2)를 갖는 장소(1)는 열이 가장 잘 공급된 한편, 가장 큰 면적인 5304 mm2 (2 x 2652 mm2)를 갖는 장소(10)는 가장 빈약한 열 공급을 가졌다. 상기 두 장소들에 대해, 촉매 면적 나누기 외부 관의 외 원주로 정의되는 가열 표면에 대한 촉매 면적의 비율은 각각 21.0 mm2/mm 및 29.5 mm2/mm가 된다. 그러나, 반응기 조작의 동안에, 번호매긴 면적들의 경계를 가로질러 수평의 열전달과 가스의 일부 혼합이 있을 것이며, 이것은 다른 장소들에 대한 촉매 면적 대 가열 표면 비율에 있어서차이의 효과를 저하시키는 경향이 될 것이다. 관들의 외부의 촉매 면적은 반응기의 직경을 따라 다섯 개의 "촉매 고리(catalyst rings)"로 분할되었고 이것은 같거나 또는 거의 같은 직경에 놓이는 이중 관들의 중심들 사이에 그려진 선들에 의해 한정되었다. 가장 좋은 관 레이아웃에 대한 결과를 이하의 표에 제공한다.
촉매 고리 번호 1 2 3 4 5
촉매 고리의 번호매긴 장소들 No. 1 2, 3 4, 5, 6 7, 8, 9, 10 11
촉매 고리에서 전체 촉매 면적 mm2 22644 84060 145764 208392 150192
촉매 고리에서 전체 촉매 면적 % 3.7 13.8 23.9 34.1 24.6
고리에서 전체 열 표면 원주 mm 1077 3232 5386 7541 6616*
촉매 면적/열 표면 mm 21.0 26.0 27.1 27.6 22.7*
5번째 고리에서, * 로 표시한 값들은 삼각형 단면을 갖는 주변 열전달 관으로부터의 열전달 표면을 포함한다. 단지 촉매와 접촉해 있는 면적만을 계수하였다.
촉매 면적 대 열 표면의 변동은 만족스럽게 낮은 것으로 발견된다. 내부 고리(No. 1)는 열이 과도히 공급되나 전체 촉매 면적의 3.7%만을 구성한다. 외부 반응기 벽으로부터의 열 손실을 보충하기 위해 외부 고리(No. 5)의 열전달 표면은 평균 열전달 표면보다 더 크다. 주변 열전달 관들이 없이, 촉매 고리에서의 전체 촉매 면적은 171178 mm2이 되는 한편, 고리에서의 전체 열 표면 원주는 4668 mm이다. 열 표면에 대한 촉매 면적의 비율의 최고값은 36.7 mm 로 얻어졌다.
CFD 계산으로 관들의 외부의 촉매 층 밖으로의 온도 변동은 ±30℃ 이내이었음이 확인되었다.
본 발명은 열교환 반응기의 하류에 놓인 자동열 개질 반응기로부터의 고온 유출물 가스 및 공정으로부터의 수증기 개질된 생성물 가스로부터 공급된 열에 의해 메탄을 포함하는 탄화수소 원료의 수증기 개질에 특히 유용하다. 약 1050℃의 온도를 갖는 자동열 개질 반응기로부터의 고온 유출물 가스는 약 880℃에서 반응기의 바닥에서의 촉매 층을 떠나는 본 발명의 열교환 반응기에서 변환된 공정 가스와 조합된다. 조합된 가스는 열전달 관과 평행하게 외부 반응기 벽에 또는 근처에 위치된 주변 열전달 관을 통해서뿐만 아니라 열전달 관을 통해 위로 상기 조합된 가스를 통과하게 함으로써 반응기 레이아웃의 열전달 관의 외부에 배치된 촉매 층의 간접 가열을 위해 사용된다. 조합된 가스는 약 1000℃에서 약 650℃로 냉각되고 이 온도에서 반응기를 떠나고 더 이상의 가공처리를 위해 수소-풍부 합성 가스 스트림으로서 제거된다.
따라서, 본 발명은 또한 (a) 청구항 1에 따르는 열교환 반응기에서 조합된 가스(5)를, 자동열 개질기로부터의 고온 유출물 가스를 상기 반응기의 열전달 관(2)의 적어도 외부에 배치된 촉매 층(3, 3')을 떠나는 변환된 공정 가스(6)와 조합함으로써 형성하는 단계, (b) 상기 촉매 층(3, 3')의 간접 가열을 위해 바람직하게는 이중-관인 상기 열전달 관들의 환형 공간을 통해 상기 조합된 가스(5)를 통과시키는 단계, (c) 상기 조합된 가스(5)를 열교환 반응기로부터 수소-풍부 합성 가스 스트림으로서 제거하는 단계를 포함하며,
열교환 반응기는 외부 반응기 벽(1)에서 또는 근처에 위치된 주변 열전달 관(4)을 포함하고 단계(a)의 조합된 가스(5)가 열전달 관(2)과 평행하게 위치된 상기 주변 열전달 관(4)을 통과하도록 하는 탄화수소 원료의 수증기 개질을 위한 방법을 또한 포함한다.

Claims (10)

  1. 외부 반응기 벽(1)을 규정하는 하우징, 다수의 열전달 관(2)의 적어도 외부(3)에 배치된 촉매 층(3, 3')에서 열의 공급 또는 제거를 위한 상기 하우징 내에 배치된 다수의 열전달 관(2), 그리고 열전달 관에 관하여 평행하게 뻗어 있는 긴 부재이고 상기 촉매 층(3)의 외 주변에 배치된 빌트인 요소들(4)을 포함하며,
    상기 빌트인 요소들은 열교환 매질이 통과하는 주변 열전달 관이고, 상기 열교환 매질은 상기 촉매 층을 통과하는 공정 가스 스트림에 함께 흐르거나 또는 반대로 흐르는 유동체 가스이고,
    상기 열전달 관(2)은 이중-관이어서 촉매 층(3,3')을 형성하는 고체 입자들이 열전달 관(2)의 외부(3)와 상기 열전달 관(2)의 내부(3') 둘 다에 배치되도록 하거나, 또는 상기 촉매 층을 형성하는 고체 입자들이 상기 열전달 관(2)의 외부(3)에 촉매 층으로서 제공되며 열전달 관(2)의 내부(3')에는 제공되지 않는 것을 특징으로 하는, 흡열 또는 발열 반응을 수행하기 위한 열교환 반응기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 빌트인 요소들(4)은 외부 반응기 벽(1)과 직접 접촉해서 위치되는 것을 특징으로 하는 반응기.
  5. 제 1 항에 있어서, 빌트인 요소들(4)은 실질적으로 삼각형 또는 반원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 반응기.
  6. (a) 제 1 항에 따르는 열교환 반응기에서 조합된 가스(5)를, 자동열 개질기로부터의 고온 유출물 가스를 상기 반응기의 열전달 관(2)의 적어도 외부에 배치된 촉매 층(3, 3')을 떠나는 변환된 공정 가스(6)와 조합함으로써 형성하는 단계, (b) 상기 촉매 층(3, 3')의 간접 가열을 위해 상기 열전달 관들의 환형 공간을 통해 상기 조합된 가스(5)를 통과시키는 단계, (c) 상기 조합된 가스(5)를 열교환 반응기로부터 수소-풍부 합성 가스 스트림으로서 제거하는 단계를 포함하며,
    열교환 반응기는 외부 반응기 벽(1)에서 또는 근처에 위치된 주변 열전달 관(4)을 포함하고 단계(a)의 조합된 가스(5)가 열전달 관(2)과 평행하게 위치된 상기 주변 열전달 관(4)을 통과하도록 하고,
    열전달 관(2)은 이중 관이고 조합된 가스(5)는 상기 이중-관의 환형 공간을 통과하는 것을 특징으로 하는, 탄화수소 원료의 수증기 개질을 위한 방법.
  7. 삭제
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