NO171708B - Gassinnfoeringsenhet omfattende roer med innsnevrede soner - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en enhet for innføring av gass i en blandesone slik som en reaktor.

Oppfinnelsen vedrører også en reaktor som benytter denne gassinnføringsenheten.

Enheten ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å mate to gasser hvis blanding kan være eksplosiv, inn i en reaktor for å få dem til å reagere.

Enheten ifølge oppfinnelsen har en særlig enkel konstruk-sjon.

Ved anvendelse i forbindelse med en reaktor gjør enheten ifølge oppfinnelsen det mulig å transportere to gasser gjennom to separate kretser til en sone hvor de sammen reagerer gjennom en diffusjonsprosess.

Den foreliggende oppfinnelse er spesielt nyttig i forbindelse med en fremgangsmåte til produksjon av syntesegass, for eksempel for å oppnå kontrollert oksydering av metan.

Lignende teknikk er kjent fra US patent nr. 4,351,647 og GB patent nr. 1,526,847. Den kjente teknikk har imidlertid den ulempe at enheten som tilsvarer foreliggende oppfinnelse er uhensiktsmessig stor. Dessuten mangler enhetene ifølge den kjente teknikk et gunstig arrangement for innføring av gass nr. 2 i blandesonen, hvilket kunne oppnås ved en endring av geometri for rørene som fører den første gassen. En slik endring av geometri foreligger i enheten ifølge oppfinnelsen.

Enheten ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å innføre to gasser i en reaktor uten at de to gassene blandes på forhånd, mens matehastigheten av gassene inn i reaktoren kan styres. Enheten ifølge oppfinnelsen gjør det for eksempel mulig å oppnå etablerte strømmer og strømningshastigheter som er hovedsakelig uniforme i retning og/eller hastighet for hver av gassene før de mates inn i blandesonen, og dermed for å styre reaksjonen.

Enheten ifølge oppfinnelsen omfatter flere små sylindriske rør som er sammenstilt ved hjelp av et ytre hus.

I samsvar med oppfinnelsen strømmer én av de anvendte gassene i reaksjonen inne i de små rørene, mens den andre gassen strømmer i mellomrommene som utgjøres av ytterveggene til de forskjellige små rør.

Ved én av endene av den stabel som utgjøres av sammenstillingen av små rør, er de forskjellige mellomrom pugget over en viss høyde for derved å isolere de to kretsene som henholdsvis defineres ved hjelp av innsiden av de forskjellige små rør og av mellomrommene.

Gassen som bringes til denne enden vil derfor bevege seg inne i de små rørene og tre ut ved den andre enden av stabelen, ved hvilket nivå reaksjonen eller blandingen skal finne sted.

For å gjøre det mulig å mate den andre gassen inn i de forskjellige mellomrom, har de små rørene ved samme nivå, en innsnevret sone. Det skapes dermed et kanalnett for mating av de forskjellige mellomrom med gass.

Gassen kan mates til dette nettet gjennom en fast kanal eller en kanal som utgjør en del av det ytre hus og åpner seg ved nivået til de innsnevrede soner av de små rør.

Ifølge oppfinnelsen er det mulig å bruke flere elementer eller celler for samme reaktor. Med celle eller element menes en sammenstilling som omfatter en gassinnføringsanordning og blandesonen for disse gassene.

Ifølge oppfinnelsen er det også mulig å avkjøle eller oppvarme de gasser som strømmer gjennom et element, ved å skape en varmestrøm som fører fluidum omkring den ytre sylinderen eller sylinderne.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører følgelig en enhet for separat transport av minst to gasser til en blandesone. Enheten innbefatter flere rør, en anordning for å forsyne disse rørene med en av gassene, og en holdeanordning for å holde rørene på plass i forhold til hverandre. Enheten kjennetegnes særskilt ved at holdeanordningen holder rørene sammenføyet for å bevirke at en utvendig vegg på hvert rør har linjekontakt langs en lengde av en utvendig vegg på et annet rør, idet holdeanordningen avgrenser tomrom eller rørmellom-rom, og idet minst noen av rørene har innsnevrede soner som hver er anbrakt hovedsakelig ved samme nivå for å danne et nettverk av passasjer utenfor rørene for fordeling av den andre gassen til minst noen av rørmellomrommene.

Rørene kan ha hovedsakelig form av omdreiningssylindere.

Holdeanordningen kan omfatte et hus i hvilket rørene kan være anbragt. Dette huset kan omfatte en åpning for mating av den andre gassen ved nivået til de innsnevrede soner.

Huset kan være forlenget utover rørenes utløpsende og dermed definere blande- eller reaksjonssonen. Hele innførings-anordningen og blandesonen danner en celle.

Huset kan være forlenget utover endene av rørene overfor deres utløpsender.

Rørmellomrommene kan omfatte anordninger for å isolere disse mellomrommene i forhold til det kammer som dannes av forlengelsen av huset.

Dette kammeret kan omfatte en gassinnførings-åpning. Dette kammeret kan tjene som forsyning av rørene.

Ifølge oppfinnelsen kan enheten for separat transport anvendes som en brenner.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også en reaktor for tilveiebringelse av en reaksjon mellom to gasser, og reaktoren kjennetegnes særskilt ved at den omfatter minst en celle av den type som er angitt ovenfor.

Denne cellen kan være anbragt i en forseglet omhylling som inneholder et varmeførende fluidum.

Reaktoren kan omfatte flere celler.

Omhyllingen kan ha minst én innløpsåpning og minst én utløpsåpning for det varmeførende fluidum for å sikre strømning av dette.

Cellen kan videre ha en åpning for tilførsel av et tredje fluidum hovedsakelig i blandesonen, slik som damp eller reaktive produkter.

Uten å avvike fra rammen for den foreliggende oppfinnelse, kan cellens vegger ha et keramisk materiale på i det minste de soner som er mest utsatt for høye temperaturer, idét disse veggene for eksempel er foret med et keramisk materiale.

Den foreliggende oppfinnelse vil bli mer detaljert forklart og dens fordeler fremgår klarere av den følgende beskrivelse av spesielle utførelsesformer, som på ingen måte er begrensende, som illustrert på de vedføyde tegninger, hvor: Figur 1 viser en celle utsyrt med innføringsenheten ifølge oppfinnelsen, Figur 2 og 3 viser to tverrsnitt av figur 1, henholdsvis gjennom AA og BB, Figur 4 illustrerer en detalj ved enhetens innføringsrør ifølge oppfinnelsen, Figur 5 viser en utførelsesform med innføringsrør med forskjellige diametere,

Figur 6 viser en reaktor med flere omhyllinger, og

Figur 7 viser et snitt av reaktoren på figur 6.

Det spesielle eksempel som er beskrevet vedrører en enhet for innføring av to gasser som skal reagere med hverandre og hvis blanding kan være eksplosiv.

Eksempelet angår også en celle utstyrt med denne gass-innføringsenheten.

Den foreliggende oppfinnelse kan anvendes til å oppnå syntesegass fra et brennstoff slik som hydrokarboner og et forbrenningsmiddel slik som oksygen.

De to gassene kan derfor være metan eller naturgass og oksygen.

På figur 1 betegner henvisningstallet 1 cellen som en helhet. Den omfatter en blande- eller reaksjonssone 2 og gassinnføringsenheten 3. Henvisningstallet 25 betegner cellens akse.

Gassinnføringsanordningen 3 omfatter flere hovedsakelig sylindriske rør 4, 5, 6 og 7.

Disse rørene kan være sammenstilt med hverandre langs generatriser 8, 9, 10, 11, 12.

Rørene kan holdes sammen i et ytre hus 13 som selv er er i innbyrdes kontakt med de ytre rørene langs generatriser 14, 15, 16, 17.

Disse rørene som er omdreiningssylindere, avgrenser mellom seg frie rørmellomrom 18, 19, 20.

Disse rørmellomrommene er på den ytre rad med rør 4, 5, 6 avgrenset ved hjelp av innerveggen til ytterhuset 13. De således avgrensede rørmellomrom bærer henvisningstallene 21, 22, 23.

Noen av rørene har ved sin nedre del en sone med redusert tverrsnitt eller en innsnevret sone 24 (se figur 1 og 4).

Disse innsnevrede sonene eller partiene er anordnet hovedsakelig ved samme nivå slik at de danner et kanalnett 24a for tilførsel til rørmellomrommene.

Det er sikkert at alle rørene ikke nødvendigvis må ha et innsnevret part 24. I eksempelet på figur 1, 2 og 3 trenger således det midtre røret 26 ikke noe innsnevret parti siden det er de innsnevrede partier av rørene som omgir det, som vil tjene til å forsyne de rørmellomrommene som er tilstøtende det midtre røret.

Ved den nedre ende av rørene betraktet i forhold til retningen på figur 1, er rørmellomrommene 18, 19, 20, 21, 22 og 23 plugget igjen, for eksempel ved hjelp av en tetningssement 27 eller ved hjelp av én eller flere plater eller vegger som kan være sveiset, fastspent eller festet på annen måte. Dette gjør det spesielt mulig å holde rørene i posisjon ved å fiksere disse platene eller veggene til det ytre huset 21. Den gass som derved tilføres det nettverket som dannes av de innsnevrede soner, blir gjennom rørmellomrommene ført til blande- eller reaksjonssonen 2.

Den innsnevrede sone 24 kan ha form av en torus eller ha enhver annen form så lenge den muliggjør tilførsel til de rørmellomrommene som det er ønskelig å forsyne.

På figur 1 er det ytre huset 13 forlenget utover enden 28, gjennom hvilken gassene føres ut for å danne reaksjonssonen 2. Dette huset 13 ender i et tak 29 som har en utløpsåpning 30.

Ved den nedre del av figur 1, er huset 13 også forlenget ut over enden av rørene for å danne et kammer 32 for tilførsel av en av gassene til rørene.

Dette kammeret har en gassinnføringsåpning 33.

Dette kammeret forsyner selvsagt rørene og ikke rørmellomrommene, på grunn av pluggeanordningen (sement eller plater eller vegger) 27 som lukker rørmellomrommene.

Rørmellomrommene blir forsynt med gass gjennom en kanal 34 som kommer inn gjennom en åpning 35 dannet i det ytre huset

13 ved nivået for de innsnevrede soner 24.

Det ytre huset 13 kan i tillegg ha en rille ved nivået til de innsnevrede soner 24 for å forbedre forsyningen til de forskjellige innsnevrede soner 24 og dermed til nettverket 24a.

Rørenes diameter kan selvsagt være forskjellig fra et rør til et annet.

Figur 5 illustrerer en slik utførelsesform. På denne figuren har rørene 36,37,38 og 39 en mindre diameter enn de andre rørene, for eksempel 40, 41, 42.

Antallet og/eller formen av rørene gjør det mulig å styre gassinnføringshastighetene og dermed deres blandehastigheter.

Virkemåten til anordningen ifølge oppfinnelsen er selv-forklarende. Gassene kommer fra kammeret 3 3 som forsyner innsiden av rørene og forlater dem inn i blandesonen 2.

De gassene som ankommer gjennom kanalen 34 blir delt av nettverket 24a som dannes av de forskjellige innsnevrede soner 24 for å forsyne rørmellomrommmene, og forlater disse inn i blandesonen 2.

Lengden av rørene og rørmellomrommene gjør det mulig å oppnå stabiliserte strømninger slik at strukturen til de gasser som kommer ut i blandesonen 2 er jevn.

Figur 6 og 7 illustrerer en reaktor med flere celler 43, 44, 45.

Disse cellene, 7 i tallet (figur 7), er anordnet i en tett omhylling 46. Disse cellene er fortrinnsvis ikke i berøring med omhyllingens vegger.

Omhyllingen kan være fylt med et varmeførende fluidum for å utveksle varme med cellene 43, 44, 45. Disse fluider kan bringe varme til eller hente varme fra reaktoren etter behov.

Kanaler 47 og 48 som er forbundet med omhyllingen 46, muliggjør en strøm av det varmeførende fluidum.

Kanaler 49 gjør det mulig å forsyne kammeret 32 med gass som forsyner rørene i de forskjellige cellene 3, mens kanaler 50 gjør det mulig å levere gass til det nettverket som mater rørmellomrommene i de forskjellige cellene. Kanaler 51 samler avgassene fra de forskjellige cellene.

En reaktor med flere celler kan anvendes til å tilveiebringe syntesegass fra en forbrenningsgass, slik som oksygen, og en brennstoffgass slik som hydrokarbon-gasser.

Claims (11)

1. Enhet for separat transport av minst to gasser til en blandesone (2), hvilken enhet innbefatter flere rør (4, 5, 6), en anordning for å forsyne disse rørene med én av gassene, samt en holdeanordning (13) for å holde rørene på plass i forhold til hverandre, karakterisert ved at holdeanordningen (13) holder rørene sammenføyet for å bevirke at en utvendig vegg på hvert rør har linjekontakt (8-11) langs en lengde av en utvendig vegg på et annet rør, idet holdeanordningen (13) avgrenser tomrom eller rørmellomrom (18-23), idet minst noen av rørene har innsnevrede soner (14) som hver er anbragt hovedsakelig ved samme nivå for å danne et nettverk av passasjer (24a) utenfor rørene for fordeling av den andre gassen til minst noen av rørmellomrommene.

2. Enhet ifølge krav l, karakterisert ved at rørene (4, 5, 6) har form av omdreiningssylindre.

3. Enhet ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at holdeanordningen (13) omfatter et hus i hvilket rørene (4, 5, 6) er anbragt, og huset har en åpning (35) for tilførsel av den andre gassen ved nivået til de innsnevrede soner (24).

4. Enhet ifølge krav 3, karakterisert ved at huset (13) er forlenget ut over rørenes utløpsende for derved å danne blandesonen (2), idét sammenstillingen av enheten og blandesonen utgjør en celle (1; 43, 44, 45).

5. Enhet ifølge noen av kravene 3 eller 4, karakterisert ved at huset (13) er forlenget ut over de ender av rørene som ligger motsatt deres utløps-ender, og ved at rørmellomrommene omfatter en anordning (27) for å isolere mellomrommene i forhold til det kammer (32) som dannes ved forlengelsen av huset, idét kammeret (32) har en gassinnføringsåpning (33) og tjener som kammer for forsyning av rørene.

6. Anvendelse av enheten ifølge noen av kravene 1 til 5 som brenner.

7. Reaktor for tilveiebringelse av en reaksjon mellom to gasser, karakterisert ved minst én celle (1; 43, 44,

45) som angitt i krav 4.

8. Reaktor ifølge krav 7, karakterisert ved at cellene (1; 43, 44, 45) er anbragt i en forseglet omhyIling (46) som inneholder et varmeførende fluidum.

9. Reaktor ifølge krav 7, karakterisert ved at den omfatter flere celler (43, 44, 45).

10. Reaktor ifølge krav 9, karakterisert ved en forseglet omhylling (46) som inneholder et varmeførende fluidum.

11. Reaktor ifølge et av kravene 8 eller 10, karakterisert ved at omhyllingen (46) har minst én innløpsåpning (47) og minst én utløpsåpning (48) for det varmeførende fluidum for å sikre en strømning av dette.