NO345531B1 - Kontrollert forbrenning for regenerative reaktorer med blande/strømningsfordeler - Google Patents

Kontrollert forbrenning for regenerative reaktorer med blande/strømningsfordeler Download PDF

Info

Publication number
NO345531B1
NO345531B1 NO20083225A NO20083225A NO345531B1 NO 345531 B1 NO345531 B1 NO 345531B1 NO 20083225 A NO20083225 A NO 20083225A NO 20083225 A NO20083225 A NO 20083225A NO 345531 B1 NO345531 B1 NO 345531B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
gas
zone
regenerative
channel
reaction
Prior art date
Application number
NO20083225A
Other languages
English (en)
Other versions
NO20083225L (no
Inventor
Frank Hershkowitz
Jeffrey W Frederick
Krishnan Sankaranarayanan
Rajeev Agnihotri
Original Assignee
Exxonmobil Res And Engineering Co
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 Exxonmobil Res And Engineering Co filed Critical Exxonmobil Res And Engineering Co
Publication of NO20083225L publication Critical patent/NO20083225L/no
Publication of NO345531B1 publication Critical patent/NO345531B1/no

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/10Mixing gases with gases
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40Static mixers
    • B01F25/42Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/421Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions by moving the components in a convoluted or labyrinthine path
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40Static mixers
    • B01F25/42Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/432Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction with means for dividing the material flow into separate sub-flows and for repositioning and recombining these sub-flows; Cross-mixing, e.g. conducting the outer layer of the material nearer to the axis of the tube or vice-versa
    • B01F25/4323Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction with means for dividing the material flow into separate sub-flows and for repositioning and recombining these sub-flows; Cross-mixing, e.g. conducting the outer layer of the material nearer to the axis of the tube or vice-versa using elements provided with a plurality of channels or using a plurality of tubes which can either be placed between common spaces or collectors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40Static mixers
    • B01F25/42Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/433Mixing tubes wherein the shape of the tube influences the mixing, e.g. mixing tubes with varying cross-section or provided with inwardly extending profiles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40Static mixers
    • B01F25/42Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/433Mixing tubes wherein the shape of the tube influences the mixing, e.g. mixing tubes with varying cross-section or provided with inwardly extending profiles
    • B01F25/4335Mixers with a converging-diverging cross-section
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/2485Monolithic reactors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/26Nozzle-type reactors, i.e. the distribution of the initial reactants within the reactor is effected by their introduction or injection through nozzles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical 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
    • B01J8/0278Feeding reactive fluids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical 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
    • B01J8/04Chemical 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 the fluid passing successively through two or more beds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical 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
    • B01J8/04Chemical 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 the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0403Chemical 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 the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal
    • B01J8/0423Chemical 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 the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal through two or more otherwise shaped beds
    • B01J8/0438Chemical 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 the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal through two or more otherwise shaped beds the beds being placed next to each other
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical 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
    • B01J8/04Chemical 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 the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0403Chemical 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 the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal
    • B01J8/0423Chemical 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 the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal through two or more otherwise shaped beds
    • B01J8/0442Chemical 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 the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal through two or more otherwise shaped beds the beds being placed in separate reactors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical 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
    • B01J8/04Chemical 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 the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0492Feeding reactive fluids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical 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
    • B01J8/04Chemical 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 the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0496Heating or cooling the reactor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32Production 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
    • C01B3/34Production 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
    • C01B3/46Production 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 discontinuously preheated non-moving solid materials, e.g. blast and run
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2215/00Auxiliary or complementary information in relation with mixing
    • B01F2215/04Technical information in relation with mixing
    • B01F2215/0413Numerical information
    • B01F2215/0418Geometrical information
    • B01F2215/0431Numerical size values, e.g. diameter of a hole or conduit, area, volume, length, width, or ratios thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008Controlling the process
    • B01J2208/00017Controlling the temperature
    • B01J2208/00106Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00115Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
    • B01J2208/00132Tubes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008Controlling the process
    • B01J2208/00017Controlling the temperature
    • B01J2208/00106Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00309Controlling the temperature by indirect heat exchange with two or more reactions in heat exchange with each other, such as an endothermic reaction in heat exchange with an exothermic reaction
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008Controlling the process
    • B01J2208/00017Controlling the temperature
    • B01J2208/00504Controlling the temperature by means of a burner
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00823Mixing elements
    • B01J2208/00831Stationary elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00823Mixing elements
    • B01J2208/00831Stationary elements
    • B01J2208/0084Stationary elements inside the bed, e.g. baffles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00823Mixing elements
    • B01J2208/00831Stationary elements
    • B01J2208/00849Stationary elements outside the bed, e.g. baffles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00002Chemical plants
    • B01J2219/00027Process aspects
    • B01J2219/0004Processes in series
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051Controlling the temperature
    • B01J2219/00074Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00076Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements inside the reactor
    • B01J2219/00081Tubes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051Controlling the temperature
    • B01J2219/00074Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00117Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with two or more reactions in heat exchange with each other, such as an endothermic reaction in heat exchange with an exothermic reaction
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051Controlling the temperature
    • B01J2219/00157Controlling the temperature by means of a burner
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/18Details relating to the spatial orientation of the reactor
    • B01J2219/182Details relating to the spatial orientation of the reactor horizontal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/19Details relating to the geometry of the reactor
    • B01J2219/194Details relating to the geometry of the reactor round
    • B01J2219/1941Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped
    • B01J2219/1943Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped cylindrical
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0238Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a carbon dioxide reforming step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0244Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being an autothermal reforming step, e.g. secondary reforming processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/025Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step
    • C01B2203/0261Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step containing a catalytic partial oxidation step [CPO]
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0266Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step
    • C01B2203/0277Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step containing a catalytic decomposition step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0822Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel the fuel containing hydrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0838Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel
    • C01B2203/0844Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel the non-combustive exothermic reaction being another reforming reaction as defined in groups C01B2203/02 - C01B2203/0294
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205Composition of the feed
    • C01B2203/1211Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235Hydrocarbons
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205Composition of the feed
    • C01B2203/1211Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235Hydrocarbons
    • C01B2203/1241Natural gas or methane
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14Details of the flowsheet
    • C01B2203/142At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in series
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Feeding And Controlling Fuel (AREA)
  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)

Description

Nærværende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte for styring av forbrenning for termisk regenerering av regenerative motstrømsreaktorer på en unik og termisk effektiv måte, som angitt i krav 1.
Bakgrunn for oppfinnelsen
Regenerative reaktorer blir konvensjonelt bruk til å utføre syklisk kjemi ved høy temperatur. Typisk er regenerative reaktorsykluser enten symmetriske (samme kjemi eller reaksjon i begge retninger) eller asymmetriske (kjemi eller reaksjon endres med trinn i syklusen). Symmetriske sykluser blir typisk bremseutstyr ved relativt mild eksotermisk kjemi, noen eksempler er regenerativ termisk oksidering («RTO») og autotermisk reformering («ATR»). Asymmetriske sykluser blir typisk brukt til å utføre endotermisk kjemi, og den ønskede endotermiske kjemien blir paret med en annen kjemi som er eksotermisk (typisk: forbrenning) for å skaffe reaksjonsvarme for den endotermiske reaksjonen. Eksempler på asymmetriske sykluser er Wulff Cracking og Pressure Swing Reforming, idet sistnevnte er gjenstand for samtidig patentsøknad USA 2004/016232.
Konvensjonelle regenerative reaktorer leverer en strøm av brensel, oksidant eller en tilleggstilførsel av en av disse reaktantene, direkte til et sted i midten av den regenerative strømningsbanen i reaktoren, uten at denne strømmen må passere gjennom regenerative sjikt eller områder. I midten av den regenerative strømbanen i reaktoren er et område av motstrømsreaktoren som ligger mellom to regenerative sjikt eller områder, med hoveddelen av den regenerative strømmen gående fra et av disse sjiktene til det andre.
I de fleste tilfeller blir denne strømmen innført gjennom dyser, fordelere eller brennere som penetrerer reaktorsystemet ved midler som er stort sett perpendikulære på strømretningen og vanligvis gjennom sideveggen på reaktorbeholderen. For eksempel vil, under det eksotermiske trinnet i en konvensjonell Wulff-spaltingsovn, luft flyte aksielt gjennom de regenerative sjiktene, og brensel bli innført via dyser som penetrerer siden av ovnen, for å kombineres med luft (forbrenne og frigjøre varme) i en åpen sone mellom regenerative sjikt. I en konvensjonell symmetrisk RTO-applikasjon, er en brenner plassert for å levere ekstra forbrenningsvarme i en posisjon mellom to regenerative sjikt. Brenneren forbrenner brensel fra utsiden av reaktoren, enten med luften som passerer gjennom de regenerative sjiktene, eller den bruker ekstern luft.
Det er forsøkt å innføre en reaktant av det eksotermiske trinnet til en plassering i midten av den regenerative reaktoren via kanaler som er plassert aksielt inne i en eller flere av de regenerative sjiktene. For eksempel bruker Sederquist (USA 4,240,805) rør som er plassert aksielt inne i det regenerative sjiktet for å føre oksidant (luft) til steder nær midten av den regenerative strømningsveien.
En mangel ved bruk av dyser, fordelere eller brennere for å innføre en eller flere reaktanter direkte inn i midten av den regenerative strømningsbanen, er at et slikt arrangement går utenom denne reaktanten rundt den regenerative strømningsbanen og derved eliminerer muligheten for å bruke det regenerative reaktorsystemet til å forhåndsoppvarme denne reaktantstrømmen. Den grunnleggende hensikten med et regenerativt reaktorsystem er å kjøre reaksjoner med høy virkningsgrad ved å gjenvinne produktvarme direkte inn i tilførsler.
Forbikobling av en viss fraksjon av tilførselen til reaktoren forbi det regenerative systemet vil derved redusere effektivitetspotensialet i reaktorsystemet.
Nærværende oppfinnelse er dessuten fordelaktig ved at den har spesielt konfigurerte midler for blanding og strømfordeling som oppnår både blanding og strømfordeling. Blandings-/strømfordelingsinnretningen er konfigurert for toveis drift, spesielt fordelaktig for motstrømsreaktorer. Både styrt forbrenning og effektiv blanding/strømfordeling bidrar til øket totalvirkningsgrad for systemet, noe som er et mål for nærværende oppfinnelse.
Sammenfatning av oppfinnelsen
Nærværende oppfinnelse presenterer en fremgangsmåte for styring av stedet for den eksotermiske reaksjonen som brukes til regenerering og blanding av brensel/oksidant og strømfordeling i prosesser med motstrøms, syklisk reaksjon/regenerering slik som trykksvingreformering. Prosessen for termisk regenerering av et syklisk motstrøms regenerativt reaktorsjikt omfatter:
(a) tilførsel av den første reaktanten gjennom en første kanalinnretning i et første regenerativt sjikt og tilførsel av minst én andre reaktant gjennom en andre kanalinnretning i det første regenerative sjiktet, hvor nevnte første og andre kanalinnretning strekker seg aksialt over første regenerative sjikt og fører første og andre gass til en gassblandeinnretning beliggende ved et utløp for første regenerative sjikt,
(b) kombinering av nevnte første og andre reaktanter med en gassblandingsinnretning plassert ved en utgang fra det første regenerative sjiktet og reagering av den kombinerte gassen slik at det oppstår et oppvarmet reaksjonsprodukt, hvor nevnte gassblandeinnretning omfatter segmenter aksialt innrettet med første og andre kanalinnretning og som har gassvirvelblandeinnretninger liggende deri,
(c) jevn fordeling av det oppvarmede reaksjonsproduktet gjennom et andre regenerativt sjikt, slik at det på effektiv måte blir overført varme fra reaksjonsproduktet til det andre regenerative sjiktet.
Kort beskrivelse av tegningsfigurene
Figur 1 er en skjematisk illustrasjon av termisk regenerering i en motstrømsreaktor.
Figur 2 er en skjematisk illustrasjon av en regenerativ sjiktreaktor med midler for regulering av plasseringen av den eksotermiske reaksjonen. Figur 2a er en aksiell skisse av gassfordelerdelen på figur 2.
Figur 3 viser en aksiell skisse av en gassblander, figur 3a viser et snitt av en gasshvirvelinnretning.
Figur 4 viser et snitt av en gassblander-/strømfordelerinnretning.
Figur 5 er et snitt av en gassblander-/strømfordelerinnretning, figur 5a viser et snitt av innretningen 5 langs planet AA.
Figur 6 viser et tverrsnitt av en gassblander-/strømfordelerinnretning, figur 6a er en skjematisk illustrasjon av en strømhvirvler.
Figur 7a er en graf av temperatur versus avstand fra toppen av det regenerative sjiktet for en utførelse av nærværende oppfinnelse, figur 7b er en graf av temperatur versus avstand fra toppen av det regenerative sjiktet for en brenselsinnføringsinnretning.
Figur 8a er en skjematisk illustrasjon av en konvensjonell regenerativ termisk oksideringsreaktor («RTO»), figur 8b er en illustrasjon av en RTO-reaktor med styrt forbrenning.
Detaljert beskrivelse av den foretrukne utførelsen
Den grunnleggende totrinns asymmetriske syklusen til en motstrøms regenerativt sjiktreaktor er vist på figurene 1a og 1b i form av et enkelt sjikt eller reaktor som har to soner, en første sone eller reaksjonssone (1) og en andre sone eller gjenvinningssone (7). Både reaksjonssonen (1) og gjenvinningssonen (7) inneholder regenerative sjikt. Regenerative sjikt, slik det er brukt her, er ment å omfatte materiale som er virksomt ved lagring og overføring av varme. Termen regenerativt reaktorsjikt betyr et regenerativt sjikt som også kan bli brukt til å utføre en kjemisk reaksjon. Regenerative sjikt ("regenerative beds") er alminnelig kjent innen faget og kan omfatte fyllmateriale slik som glass eller keramiske perler eller kuler, metallperler eller -kuler, keramiske eller metalliske cellestrukturmaterialer, keramiske rør, monolitter og liknende.
* ;;Som vist på figur 1a, holder reaksjonssonen (1) en høy temperatur ved begynnelsen av det første trinnet eller «reaksjonstrinnet» i syklusen, og gjenvinningssonen (7) holder en lavere temperatur enn reaksjonssonen (1). ;Tilførsel av reaktant blir ført via en kanal (15), inn i en første ende (3) av reaksjonssonen (1). ;;Denne matestrømmen tar opp varme fra sjiktet og blir påvirket, eventuelt via en katalysator, til å frembringe den ønskede reaksjonen, slik som for eksempel dampreformering. Mens dette trinnet pågår blir det dannet en temperaturprofil (2) basert på varmeoverføringsegenskapene i systemet. Når sjiktet er konstruert med tilstrekkelig varmeoverføringsevne, har denne profilen en relativt skarp temperaturgradient, en gradient som vil bevege seg over reaksjonssonen (1) etter hvert som trinnet blir utført. ;;Reaksjonsgass forlater reaksjonssonen (1) gjennom en andre ende (5) med høy temperatur og passerer gjennom gjenvinningssonen (7) idet den kommer inn gjennom en første ende (11) og går ut i en andre ende (9). Gjenvinningssonen (7) har initielt en lavere temperatur enn reaksjonssonen (1). Når reaksjonsgassen passerer gjennom gjenvinningssonen (7) blir gassen avkjølt til en temperatur som nærmer seg temperaturen i sonen omkring den andre enden (9), nemlig om lag samme temperatur som regenereringstilførselen under det andre trinnet i syklusen, her illustrert som om det går via kanalen (19). Etter hvert som reaksjonsgassen blir avkjølt i gjenvinningssonen (7) oppstår det en temperaturgradient (4) i sonens regenerative sjikt som beveger seg over gjenvinningssonen (7) i løpet av dette trinnet. Reaksjonsgassen går ut av gjenvinningssonen ved (17). Det andre trinnet av syklusen, kalt regenereringstrinnet, begynner så. ;;Regenereringstrinnet er illustrert på figur 1b. Regenerering innebærer varmeoverføring gjenvinningssonen til reaksjonssonen for termisk regenerering av reaksjonssjiktene for den påfølgende reaksjonssyklusen. Regenereringsgass kommer inn i gjenvinningssonen (7), her illustrert som om den går via kanalen (19), og flyter gjennom gjenvinningssonen og inn i reaksjonssonen. Derved beveger temperaturgradientene (6) og (8) over sjiktene på liknende måte som, men i motsatt retning av, temperaturgradientene som er dannet under reaksjonssyklusen. Brensel og oksidant forbrenner i et område proksimalt til grensesnittet (13) mellom gjenvinningssonen (7) og reaksjonssonen (1). ;Gjenvunnet varme fra gjenvinningssonen sammen med forbrenningsvarmen blir overført til reaksjonssonen, og regenererer termisk de regenerative reaksjonssjiktene som befinner seg der. ;;I en konvensjonell motstrøms regenerativ reaktor blir brensel og oksidant typisk kombinert i forbrenningssonen ved å injisere enten brensel eller oksidant, eller begge deler, inn i forbrenningssonen, typisk via dyser eller injektorer, gjennom sideveggene på beholderen. Som nevnt tidligere er imidlertid en slik konfigurasjon best egnet til å integrere varmen i systemet, idet den reduserer den totale virkningsgraden. ;;Figur 2 illustrerer midler for å regulere forbrenningen av brensel og oksidant for å oppnå effektiv regenerering av varmen i reaktorsystemet. Figur 2 viser et enkelt reaktorsystem som virker i regenereringssyklusen. ;;Med henvisning til figuren har gjenvinningssonen (27) en gasskanalinnretning (28) for kanalisering av to eller flere gasser ved innføring i en første ende (29) av gjenvinningssonen (27) gjennom det/de regenerative sjiktet eller sjiktene som finnes der. En første gass (20) kommer inn i en første ende av et antall kanalinnretninger (28). Gasskanalinnretningen (28) kan omfatte kanaler eller rør eller andre midler som passer for å holde gasser atskilt fra minst en andre gass (beskrevet nedenfor) mens de aksielt passerer det/de regenerative sjiktet/sjiktene av gjenvinningssone (27). En gassfordeler (22) dirigerer en andre gasstrøm (25) til utvalgte føringer, her illustrert som kanaler (23). Resultatet er at minst en del av gasstrømmen (25) blir holdt atskilt fra gasstrømmen (20) under den aksielle passeringen av gjenvinningssonen (27). I en foretrukket utførelse omfatter det/de regenerative sjiktet/sjiktene av gjenvinningssonen kanalinnretningen. Derved passerer de minst to gassene som passerer kanalinnretningen det/de regenerative sjiktet/sjiktene. ;;Slik det foregår i nærværende oppfinnelse omfatter gassene (20) og (25) minst to reaktanter som fører til en eksotermisk reaksjon når de blir kombinert, for eksempel en brenselsgass og en oksidantgass som fører til forbrenning når de blir kombinert. Ved å holde disse reaktantene stort sett atskilt regulerer nærværende oppfinnelse stedet for varmeutviklingen som følger på grunn av eksotermisk reaksjon. Med «stort sett separert» mener vi at minst 50 %, fortrinnsvis minst 75 %, av reaktanten i den første gassen (20) ikke er blitt konsumert av reaksjon med den andre gassen (25), og at minst 50 %, fortrinnsvis minst 75 %, av reaktanten i den andre gassen (25) ikke er blitt konsumert av reaksjon med den første gassen (20), i det punktet der disse gassene har fullført sin aksielle passasje av gjenvinningssonen (27). På denne måten blir majoriteten av den første gassen (20) holdt isolert fra majoriteten av den andre gassen (25), og majoriteten av varmeutviklingen fra reaksjonen av kombinerte gasser (20) og (25) vil ikke finne sted før gassene er kommet ut av gjenvinningssonen (27). I en foretrukket utførelse omfatter kanalinnretningsstrukturen av gjenvinningssone (27) et antall individuelle kanaler orientert stort sett parallelt med strømretningen. Slike kanalstrukturer foreligger for eksempel ved regenerative sjikt som består av sjikt som er sammensatt av ekstruderte cellestrukturmonolitter eller av stablede lag av korrugerte materialer, slik det vil være kjent for en fagperson. Slike kanalstrukturer gir et høyt nivå av separasjon av gasser i en kanal fra nabokanalen for minst en majoritet av den aksielle lengden av sjiktet. Alternativt kan de regenerative sjiktene i gjenvinningssonen omfatte pakkingsmateriale eller en porøs keramisk monolitt som er strukturert for å gi betydelig separasjon av gassene (20) og (25). ;;I en foretrukket utførelse omfatter kanalinnretningen (28) og (23) materialer som gir tilstrekkelig varmeoverføringskapasitet til å danne temperaturprofilene (4) og (8) som er illustrert på figur 1 i driftsbetingelsenes romlige hastighet. Tilstrekkelig varmeoverføringshastighet er karakterisert ved en varmeoverføringsparameter ΔTHT under om lag 500 °C, eller fortrinnsvis under om lag 100 °C og helst under om lag 50 °C. Parameteren ΔTHT slik den er brukt her, er forholdet mellom midlere volumetrisk varmeoverføringshastighet for sjiktet som kreves for gjenvinning og den volumetriske varmeoverføringskoeffisienten for sjiktet, hv. Den volumetriske varmeoverføringshastigheten (f.eks. cal/cm<3>s) som er tilstrekkelig for gjenvinning blir beregnet som produktet av gassens strømningshastighet (f.eks. g/s) med varmekapasiteten i gassen (f.eks. cal/g °C) og ønsket ende-til-ende temperaturendring (unntatt mulig reaksjon, f.eks. °C), og så denne størrelsen dividert med volumet (f.eks. cal/cm<3>s) av gjenvinningssonen (27) som gassen passerer. Verdien av ΔTHT i kanalinnretning (28) blir beregnet fra gass (20), kanalinnretning (23) med gass (25) samt total gjenvinningssone (27) med total gass. Den volumetriske varmeoverføringskoeffisienten av sjiktet, hv, er kjent innen faget, og blir typisk beregnet som produktet av en arealbasert koeffisient (f.eks. cal/cm<2>s°C) og et spesifikt overflateareal for varmeoverføring (av, f.eks. cm2/cm<3>), gjerne kalt det vætede arealet av pakkingen. ;;I en foretrukket utførelse omfatter kanalinnretningen (28) og (23) keramiske kanaler eller rør som er i stand til å motstå temperaturer over 600 °C, fortrinnsvis 1000 °C, og helst 1300 °C. Helst skal kanalinnretning (28) og (23) omfatte en keramisk cellestruktur som har kanaler løpende i den aksiale lengden av gjenvinningssonen (27). ;;Gjenvinningssonen (27) kan inkludere monolittiske materialer (ikke vist) i pakket sjikt eller skum som tillater spredning av reaktanter perpendikulært på strømretningen, så lenge radiell spredning er lav nok til å holde reaktanter stort sett separert under passasjen gjennom gjenvinneren. Beregning av radiell spredning og blanding i sjiktmedia er kjent innen faget. ;;Med henvisning til figur 2a er det der vist et snittperspektiv av en gassfordeler (22) som har åpninger (26). Med henvisning både til figur 2 og 2a vil åpningene (26) dirigere den andre gassen (25) med preferanse til utvalgte kanaler (23). I en foretrukket utførelse blir åpninger (26) innrettet med, men blir ikke forseglet til, åpningene fra utvalgte kanaler (23). Dyser eller injektorer (ikke vist) kan bli lagt til åpningene (26), idet dysene er passende konstruert for å dirigere strømmen av den andre gassen (25) fortrinnsvis til de utvalgte kanalene (23). Ved ikke å «forsegle» gassfordelingsåpningene (26) (eller dysene/injektorene) til de utvalgte kanalene (23) kan en bruke disse kanalene under motstrøms- eller reaksjonssyklusen, og derved øke samlet virkningsgrad for systemet. Denne «åpne» gassfordeleren (22) blir også foretrukket fremfor et «lukket» system for å muliggjøre tilpasning til multiple reaktorsystemer, der reaktor-/gjenvinningssjiktene kan rotere inn og ut av en gasstrøm for prosessering. ;;Den første (20) og den andre (25) gassen gjennomløper gjenvinningssonen (27) via kanaler (28) og (23). Varme som er lagret i gjenvinningssonen fra foregående syklus, blir overført til både den første og andre gassen. De oppvarmede gassene blir så ført inn i midlene (24) for gassblanding og gassfordeling. ;Midlene (24) for gassblanding og distribusjon, plassert mellom gjenvinningssonen (27) og reaksjonssonen (21), tjener til å blande gasstrømmene (20) og (25) etter at de kommer ut fra gjenvinningssonen (27), og derpå å fordele den blandede gassen på antallet av aksielle kanaler som omfatter sonen som gassen vil flyte inn i, her vist som reaksjonssone (21). ;;En bemerkelsesverdig side ved nærværende oppfinnelse er innretningen for blanding og gasstrømfordeling. Kanalinnretningen som brukes for effektiv atskilling av brensel fra oksidant forut for ønsket forbrenning, representerer en utfordring for effektiv kombinasjon av brensel og oksidant for forbrenning, og den relativt ensartede fordelingen av gasser over den påfølgende sonen. Effektiv blanding og fordeling er viktig for den samlede systemvirkningsgraden. Følgelig er det et mål for en side av nærværende fremgangsmåte å anvise midler for blanding og strømfordeling som effektivt kombinerer gassene som forlater kanalene (23) med dem som forlater kanalene (28). Disse kombinerte gassene blir så jevnt fordelt over kanalinngangene som omfatter den påfølgende reaksjonssonen (21). ;;Det er også et mål for en side ved nærværende oppfinnelse å sørge for blanding og strømfordeling i en motstrømsreaktor. Nærmere bestemt er det en side ved nærværende oppfinnelse å sørge for blanding og strømfordeling i en strømretning uten at det påvirker strømfordeling i motsatt retning på en negativ måte. Det er videre et mål å sørge for blanding og strømfordeling i en motstrømsreaktor som minimaliserer trykkfall over innretningen for blanding og gasstrømfordeling, hvilket kan være spesielt viktig ved bruk i en reaktor med høy romhastighet. ;;Med henvisning til figur 3 er det der vist et aksielt tverrsnitt av en basiskonfigurasjon av gassblandingsmidlene (34) sammen med et snittperspektiv 3 av en av gasshvirvelmidlene (37). ;;Gassblandemidlene (34) som er vist her, omfatter seksjoner (35) som har gasshvirvel-blandingsmidler (37) plassert innenfor seksjonene (35). I en foretrukket utførelse er seksjoner (35) stort sett av samme tverrsnittareal, og gasshvirvelmidler (37) er plassert sentralt innenfor seksjonene (35). ;;Gassblandeseksjoner (35) er satt inn for å segmentere gasstrømmen i et antall gasskanalinnretninger (28) og (23). I en foretrukket utførelse har seksjoner (35) stort sett samme tverrsnittareal for å kunne oppfange gasstrøm fra stort sett samme antall gasskanalinnretninger (28) og (23). Også i en foretrukket utførelse er gasskanalinnretninger (28) og (23) distribuert innenfor gjenvinner (27) slik at hver av seksjonene (25) oppfanger gasstrøm fra stort sett samme fraksjon av første gasskanalinnretning (28) og andre gasskanalinnretning (23). Matematisk uttrykt kan en definere fAi som brøkdelen av samlet tverrsnittsareal omsluttet av seksjon i, f28i som brøkdelen av samlet kanalinnretning (28) oppfanget av seksjon i, og f23i som brøkdelen av samlet kanalinnretning (23) oppfanget av seksjon i. I en foretrukket utførelse vil, for hver seksjon i, verdiene f28i og f23i ligge innenfor om lag 20 % av (dvs. mellom om lag 0,8 og 1,2 ganger verdien av) fAi, og helst innenfor om lag 10 %. En kan videre definere f20i som fraksjonen av gasstrøm (20) som blir oppfanget av seksjon i, og f25i som fraksjonen av gasstrøm (25) som blir oppfanget av seksjon i. i en foretrukket utførelse vil, for hver seksjon i, verdiene av f20i og f25i ligge innenfor om lag 20 % av fAi, og helst innenfor om lag 10 %. ;;Med henvisning for et øyeblikk til figur 3a, viser denne et snittperspektiv av en individuell gassblanderseksjon (35) med hvirvelblandingsmidler (37). Et aspekt ved nærværende oppfinnelse minimaliserer åpent volum av gassblandemidlene (34) mens det opprettholder tilstrekkelig blanding og fordeling av de blandede gassene. Termen åpent volum betyr det samlede volumet av hvirvelblanderne (37) og gassblandeseksjonen (35), minus volumet av materialstrukturen av gassblanderen. Følgelig er gassblanderseksjonen (35) og gasshvirvelmidlene (37) konfigurert for å minimalisere åpent volum-midler mens den samtidig funksjonerer for å lage betydelig gassblanding av gassene som løper ut av gasskanalinnretningen (28) og (23). I en foretrukket fremgangsmåte ved oppfinnelsen blir gassblandesegmentets (35) dimensjoner L og D tilpasset for å oppnå tilstrekkelig blanding og fordeling av gassene (20) og (25) mens åpent volum blir minimalisert. Dimensjonsforholdet L/D ligger fortrinnsvis i området 0,1 til 5,0, og helst i området 0,3 til 2,50. For generelle segmenter av arealet A kan det beregnes en karakteristisk diameter D lik 2(A/ π)<1/2>. ;;I tillegg blir det totale volumet som skyldes gassblanderen (34), fortrinnsvis tilpasset i forhold til det totale volumet av gjenvinnerlaget og reformeringslaget. Gassblanderen har fortrinnsvis et totalt volum som er mindre enn om lag 20 %, og helst mindre enn 10 % av det samlede volumet av gjenvinnersonen, reaksjonssonen og gassblandemidlene. ;;Med henvisning til figur 4, viser denne en enkel utførelse av et blander-/strømfordelingsmiddel (44) brukt i nærværende oppfinnelse. En første konvergenssone (41) tjener til å konvergere gasser som kommer inn i sonen, som illustrert. ;Blandersonen (42) tjener til å blande den(de) innkommende gassen(e) som tidligere ble holdt atskilt som illustrert i kanaler (28) og (23) på figur 2. Der disse gassene omfatter brensel og oksidant, tjener blandersonen til å blande gassene grundig for effektiv forbrenning på stedet inne i reaktoren. I denne illustrasjonen vil en betydelig majoritet av forbrenningen foregå proksimalt til regionene (41), (42) og (43). ;;Som antydet tidligere er det å foretrekke at den(de) forbrente gassen(e) blir jevnt fordelt til den påfølgende reaksjonssonen. Følgelig blir forbrenningsgassen ledet gjennom divergenssonen (43), der strømningsveiene av utstrømmende gasser blir spredt relativt jevnt over utløpsåpningen (45). ;;Blandefordelingsmidlene (44) er konstruert eller tilvirket av et materiale som kan motstå de høye temperaturene som ventes å forekomme i reaksjonssonen. I en foretrukket utførelse er blandefordeleren (44) konstruert av et materiale som er i stand til å motstå temperaturer på over 600 °C, fortrinnsvis 1000 °C, og helst 1300 °C. For dampreformering av metan for eksempel, vil temperaturen i reaksjonssonen typisk overskride 1000 °C. I en foretrukket utførelse er blandefordelingsmidlene (44) konstruert av keramisk(e) materiale(r) slik som for eksempel alumina eller silisiumkarbid. ;;Figurene 5 og 6 illustrerer videre utførelser av blander-/strømfordelermidler som kan brukes i nærværende oppfinnelse. Med henvisning til figur 5 har blander-/strømfordeleren en konusformet konvergenssone (51) for gassen som tjener til å konvergere innkommende gass(er). Den(de) konvergerte gassen(e) flyter inn i gasskammeret (52) gjennom aksiell åpning (53), og strømmer så radielt inn i første hvirvelkammer (55) som illustrert på figur 5a. Et antall første hvirvelvinger innenfor (55) dirigerer den(de) innkommende gassen(e) radielt utover mens de påtrykker en hvirvel langs omkretsen. Gasser med hvirvler i omkretsen passerer gjennom kammeret (54), kommer inn i det andre hvirvelkammeret(56) gjennom periferien. Gasser blir dirigert radielt innover forbi andre hvirvelvinger i (56), kommer inn i det andre gasskammeret (52'), der gassblanding og hvirvling fortsetter inntil de går inn i divergenssonen (58) via aperturen (57). ;;Selv om de er vist som radielt skråstilte finner, kan hvirvelvingene i kamrene (55) og (56) bli konfigurert og konstruert på alternativ måte av en fagperson, dersom gasshvirvelen som dannes av hvirvelgenereringsinnretningen frembringer et antall hvirvler i området fra om lag 0,1 til om lag 1,3, fortrinnsvis fra om lag 0,4 til om lag 1,0, spesifisert ved inngangen til konusen via apertur (57). Den koniske ekspanderen (58) har en vinkel på mellom om lag 20 og 65 grader. Alternative konfigurasjoner for å oppnå disse hvirvelantallene kan være åpenbare for fagpersoner. En fagperson vil også forstå hvordan hvirvelantallet kan finnes og kan beregnes i samsvar med «Combustion Aerodynamics», kapittel 5, av J. M. Beer, Krieger Publishing, 1983. Gass(er) som forlater divergenssonen (58) gjennom aperturen (59) blir relativt jevnt fordelt over tverrsnittarealet av aperturen (59). Termen «relativt jevnt fordelt» viser til en jevn gasshastighet i aksiell retning. ;Hvert element av tverrsnittarealet innenfor aperturen (59) kan bli evaluert for tilknyttet aksiell hastighet, enten ved beregninger basert på fluiddynamikk eller ved eksperimentell måling. Relativt jevnt fordelt betyr at aksiell hastighet for minst 70 % av tverrsnittarealet er innenfor /-50 % av midlere aksiell hastighet over hele aperturen (59). Fortrinnsvis er aksiell hastighet for minst 80 % av tverrsnittarealet innenfor /-25 % av midlere aksiell hastighet. Helst er aksiell hastighet for minst 90 % av tverrsnittarealet innenfor /-15 % av midlere aksiell hastighet. ;;En øvet bruker av denne oppfinnelsen vil være klar over at blander/strømfordeleren er stort sett symmetrisk langsetter akse BB, og virker stort sett likedan for motstrøm. Selv om gassblandingsfunksjonen i blanderen ikke spiller en rolle i prosessen motstrømmen, må konfigurasjonen av blander/strømfordeleren i motstrømsretningen tillate passasje av gass mens den må sørge for relativt jevnt fordelt gass der den kommer ut av aperturen (50) i motstrømsretning. ;;Figur 6 illustrerer en alternativ utførelse av første og andre hvirvelblandere på figur 5. Med henvisning til figur 6 passerer de konvergerte gassene gjennom åpningen (67) inn i kammeret (62). I utførelsen på figur 6 vandrer gassene radielt utover i kammer (62) før de passerer gjennom hvirvelgenereringskammeret (63) i en stort sett aksiell retning. Passasjene (65) innenfor hvirvelgenereringskammeret (63) påtrykker en omkretshastighetskomponent på gassene som derpå går inn i kammer (62') som en hvirvelstrøm. Som illustrert på figur 6a kan passasjene (65) være konfigurert som et sett av sylindriske passasjer orientert langsetter en bane som går dels aksielt og dels langs omkretsen. Alternative fasonger på hvirvelgenererende passasjer som er kjent innen faget, kan brukes i hvirvelgenereringskammeret (63), for eksempel spiralpassasjer eller rom dannet mellom propellvinger. Hvirvelantallet som følger av hvirvlene bør være fra om lag 0,1 til om lag 1,3, fortrinnsvis fra om lag 0,4 til om lag 1,0, spesifisert ved inngangen til konusen via apertur (67). Den koniske ekspanderen (68) bør ha en vinkel på mellom om lag 20 og 65 grader. ;;Det enkelte blander/fordelingsmiddelet som er beskrevet på figurene 4, 5, og 6 kan brukes som det eneste blandingselementet i motstrømsreaktoren, eller det kan bli kopiert som multiple parallelle blandesegmenter, analogt med segmentene (35) som omfatter blandermidler (34). For utvidede sett av multiple parallelle segmenter (34) kan individuelle blandere som beskrevet på figurene 4, 5, og 6 utformes med heksagonal utvendig tverrsnittform for å oppnå lett sammenpakking i store grupperinger. Alternative midler for å oppnå blanding av gass(er) kan angis av en fagperson. ;;Med henvisning igjen til figur 2 vil gassblandemidlene (24) slik konfigurert kombinere gasser fra kanalene (23) og (28), og redistribuere den kombinerte gassen over og inn i reaksjonssonen (21). ;;I en foretrukket utførelse omfatter første og andre gass brensel og oksidant. ;Brensel kan omfatte hydrogen, karbonmonoksid, hydrokarboner, oksygenater, petrokjemiske strømmer eller blandinger av disse. Oksidant omfatter typisk en gass som inneholder oksygen, vanligvis blandet med N2 slik som i luft. Når brensel og oksidant blandes i gassblanderen (24), vil gassene forbrenne idet en betydelig andel av forbrenningen foregår proksimat til inngangen til reaksjonssonen (21). ;;Forbrenningen av gassen som inneholder brensel og oksygen proksimat til inngangen til reaksjonssonen, skaper en varm røkgass som varmer opp (eller gjenoppvarmer) reaksjonssonen (21) idet røkgassen passerer over denne sonen. Sammensetningen av den oksygenholdige gass/brensel-blandingen blir justert til å gi den ønskede temperaturen i reaksjonssonen. Sammensetningen og dermed temperaturen blir justert ved hjelp av forholdet mellom brennbare og ikkebrennbare deler av blandingen. For eksempel kan ikke-brennbare gasser slik som H2O, CO2, og N2 bli addert til blandingen for å redusere forbrenningstemperaturen. I en foretrukket utførelse omfatter ikke-brennbare gasser damp, røkgass eller oksygenfattig luft som minst én komponent av blandingen. Det varme forbrenningsproduktet passerer gjennom reaksjonssonen. Strømmen av forbrenningsprodukt oppretter en temperaturgradient innenfor reaksjonssonen, og gradienten beveger seg aksielt gjennom reaksjonssonen. Ved begynnelsen av regenereringstrinnet, vil denne utgangstemperaturen være stort sett lik (typisk innenfor 25 °C) med inntakstemperaturen av den reformerende tilførselen av det foregående, reformerende trinnet. Etter hvert som regenereringstrinnet skrider frem vil denne utgangstemperaturen øke først sakte og så hurtig idet temperaturgradienten når enden av reformeringssjiktet og kan bli 50-500 °C høyere enn temperaturen av reaksjonstilførselen på slutten av trinnet. ;;Det motstrøms regenerative reaktorsystemet med regulert forbrenning som her er beskrevet, er spesielt godt tilpasset for dampreformeringsreaksjoner slik som «Pressure Swing Reforming» som er beskrevet i USA-patentsøknad 2003/0235529A1. ;;Figur 1 kan brukes som illustrasjon på «Pressure Swing Reforming». I begynnelsen av første trinn av syklusen, også kalt reformeringstrinnet, er reformeringssonen (1) på en høy temperatur og gjenvinningssonen (7) er på en lavere temperatur enn reformeringssonen (1). En tilførsel som inneholder hydrokarbon kan bli innført via en kanal (15), inn i en første ende (3) av reformeringssonen (1), sammen med damp. Hydrokarbonet kan være hvilket som helst materiale som gjennomgår den endotermiske dampreformeringsreaksjonen, inkludert metan, petroleumsgasser, petroleumsdestillater, kerosen, jetbrensel, brenselsolje, fyringsolje, dieselbrennstoff og gassolje, bensin og alkoholer. Fortrinnsvis vil hydrokarbonet være et materiale i gassform som omfatter metan og/eller hydrokarboner som er i gasstilstand ved temperaturen og trykket i reaktoren. Fortrinnsvis vil dampen være tilstede i forhold til hydrokarbon i en mengde som fører til et forhold mellom damp og karbon på mellom om lag 1 og om lag 3 (idet en kun betrakter karbon i hydrokarbonet, ikke karbon i prøver av CO eller CO2 som måtte være tilstede). ;;Denne matestrømmen henter varme fra sjiktet og blir konvertert over katalysator og varme til syntetisk gass. Mens dette trinnet pågår blir det dannet en temperaturprofil (2) basert på varmeoverføringsegenskapene i systemet. Når sjiktet er konstruert med tilstrekkelig varmeoverføringsevne, som beskrevet her, har denne profilen en relativt steil temperaturgradient, en gradient som vil bevege seg over reformeringssonen (1) i løpet av trinnet. ;;Syntesegass forlater reformeringssjiktet (1) gjennom en andre ende (5) ved en høy temperatur, passerer gjennom blanderen (24) som vist på figur 2, og passerer derpå gjennom gjenvinningssonen (7) ved å gå inn i en første ende (11) og ut i en andre ende (9). Gjenvinningssonen (7) har initielt en lavere temperatur enn reformeringssonen (1). Idet syntesegassen passerer gjennom gjenvinningssonen (7), blir syntesegassen avkjølt til en temperatur som nærmer seg temperaturen i sonen ved den andre enden (9), som er om lag samme temperatur som regenereringstilførselen innført under det andre trinnet av syklusen via kanalen (19) (f.eks. fra om lag 20 °C til om lag 600 °C). Etter hvert som syntesegassen blir avkjølt i gjenvinningssonen (7) blir det dannet en temperaturgradient (4) som beveger seg over gjenvinningssonen (7) i løpet av dette trinnet. ;;På dette punktet mellom trinnene har temperaturgradientene beveget seg stort sett over reformeringssonen (1) og gjenvinningssonen (7). Størrelsen på sonene er valgt slik at gradientene beveger seg over begge i sammenlignbar tid under reformeringstrinnet ovenfor. Gjenvinningssonen (7) har nå høy temperatur, og reformeringssonen (1) har lav temperatur, bortsett fra temperaturgradienten som foreligger nær utgangene av de respektive sonene. Temperaturen av reformeringssonen (1) nær inntaksenden (3) er nå blitt redusert til en temperatur som nærmer seg temperaturen til hydrokarbontilførselen som er kommet via kanal (15) (f.eks. fra om lag 20 °C til om lag 600 °C). ;;Etter at syntesegassen er samlet opp via en utgangskanal (17) i den andre enden (9) av gjenvinningssonen (7), starter det andre trinnet av syklusen, også kalt regenereringstrinnet. Regenereringstrinnet, illustrert på figur 1b, gjelder hovedsakelig overføring av varmen fra gjenvinnerlaget (7) til reformersjiktet (1) og en eksotermisk reaksjon i grensesnittet (13). I dette forløpet beveger temperaturgradientene 6 og 8 seg over sjiktene på samme måte som, men i motsatt retning av, gradientene 2 og 4 under reformering. En regenereringsgass som består av en oksygenholdig gass og brensel, blir ført inn i den andre enden (9) av gjenvinningssonen (7). Som beskrevet med henvisning til figur 2 blir den oksygenholdige gassen kanalisert gjennom gjenvinningssonen stort sett atskilt fra brenselet. Brensel og oksidant blir kombinert ved hjelp av en blander (24) i grensesnitt (13), og forbrenner stort sett i grensesnittet mellom gjenvinningssonen (7) og reaksjonssonen (1). Forbrenning foregår i et område proksimat til grensesnittet (13) mellom gjenvinningssonen (7) og reformeringssonen (1). ;Betegnelsen «regionsproksimat» betyr i nærværende oppfinnelse det området av PSR-sjiktene der forbrenning i regenereringstrinnet vil oppnå de to følgende resultatene: (a) oppvarming av reformeringssonen slik at enden (5) på reformeringssonen har en temperatur på minst 800 °C og fortrinnsvis minst 1000 °C ved slutten av regenereringstrinnet, og (b) avkjølingen av gjenvinningssonen er tilstrekkelig til at den kan utføre sin funksjon med å ta opp fri varme fra syntesegassen i det påfølgende reformeringstrinnet. Avhengig av den spesifikke regenereringsutførelsen som er beskrevet her, kan området proksimat til grensesnittet inkludere fra 0 % til om lag 50 % av volumet av gjenvinningssonen (7), og kan inkludere fra 0 % til om lag 50 % av volumet av reformeringssonen (1). I en foretrukket utførelse av nærværende oppfinnelse foregår mer enn 90 % av forbrenningen i regenereringstrinnet i et område proksimat til grensesnittet, idet volumet av denne regionen inkluderer mindre enn om lag 20 % av volumet av gjenvinningssonen (7) og mindre enn om lag 20 % av volumet av reformeringssonen (1). ;Reformeringssonen er nå på nytt på en reformeringstemperatur som passer for katalytisk reformering. ;;Eksempel 1 ;;Her følger et eksempel på et asymmetrisk motstrøms reaktorsystem brukt til å utføre metandamp-reformering. Reaktoren brukes i den orienteringen som er vist på figur 2, med det endotermiske reformeringstrinnet flytende oppover gjennom reaktoren (ikke vist), og trinnet med eksotermisk brenselforbrenning flytende nedover gjennom reaktoren (som illustrert). Diameteren av reaktoren (innenfor isolasjon) er 2,5 tommer. Sjiktkomponentene har diametre på om lag 6,4 cm (2,5 tommer) for å passe innenfor isolasjonen. Reformerings- eller reaksjonssonen (21) består av en ca. 6,4 cm (2,5 tommer) lang cellestruktur med 400 celler/40 cm<2 >som er blitt dekket med en «wash-coat» av reformeringskatalysator. ;;Gjenvinningssonen (27) ble konstruert av flere lengder av ukatalysert cellestruktur med 400-celler/40 cm<2 >plassert ved inntaksenden og stablet til en samlet kombinert høyde på ca. 3 cm. ;;Et fordelingsmiddel (22) illustrert på figur 2 og 2a ble plassert ovenfor gjenvinnercellestrukturen. Det omfattet en ring med diameter på ca. 4,6 cm (1,8 tommer), av et rustfritt stålrør med ca. 0,6 cm (0,25 tommers) utvendig diameter (OD) og med én eke av rør som går til senteret, og syv måleåpninger med innerdiameter ca. 0,09 cm (0,034 tommer), tilvirket på nedsiden av ringen, én i midten av en eke og seks fordelt i lik avstand rundt ringen. Under regenereringssyklusen frigir åpningene i ringen brensel (25) i syv strømmer plassert noenlunde over sentrene i hver av kanalinnretningene (23) og (dermed) de syv blandersegmentene. ;Forbrenningsluft (20) strømmer ned omkring fordeleren (22) ovenfra og inn i kanalinnretningen (28). ;;Etter passering av gjenvinnersonen ble gassene (20) og (25) kombinert av gassblanderen (24). Blanderen (24) var konstruert som illustrert på figur 3, med syv segmenter, et i senter og seks rundt omkretsen. Lengden av delingen (39) var satt til om lag 1,9 cm (0,73 tommer) for å gi likt tverrsnittareal i de syv segmentene. Segmenthøyde (L) var ca. 1 cm (0,375 tommer), mens segmentkarakteristikk (D) var ca. 2,4 cm (0,95 tommer), hvilket førte til et forhold L/D for segmentet på om lag 0,40. Et lengdeområde på ca. 1,3 cm (0,500 tommer) med perler av inert alumina med diameter på 0,3 cm (0,125 tommer) er lagt inn mellom gassblanderen og den øvre enden av reaksjonssonen for å dispergere de blandede gassene ytterligere. ;;Fordi blanderen (34) var konstruert til å ha like segmentareaer, var Fai-verdien for hver av de syv segmentene 1/7 eller 14,3 %. Fordi hver fordeleråpning i prinsippet mater ett segment, ble verdiene for f25i definert av ytelsen hos fordeleren. Forut for operasjonen ble ytelsen til fordeleren målt utenfor reaktoren. f25i –verdiene for fordeleren var: 15,5 % for senteråpningen og 13,9 %, 14,5 %, 14,1 %, 14,1 %, 13,8 % og 14,3 % for de seks åpningene rundt ringen. Dette representerer en maksimum deviasjon fra FAi på 8,3 %. ;;Ventiler over og under reaktoren ble brukt til å styre de alternerende strømmene i motstrømsdriften. Motstrøms-reaktorsystemet ble kjørt med følgende syklus: 15 sekunder regenerering bestående av en strøm av oksidant (20) som omfatter 46,8 SLM luft og 137 SLM nitrogen, og en strøm av brensel (25) som omfatter 16 SLM hydrogen, fulgt av 13,5 sekunder med reformering (oppstrøm) som omfatter 11,9 SLM metan og 28,2 SLM damp, fulgt av 1.5 sekunder produkttømming (oppstrøm) som omfatter 28,2 SLM damp. Regenereringssyklusen ble kjørt ved om lag 1,7 atm abs, og reformeringssyklusen ved 2,0 atm abs. Alle strømmer blir ført til reaktoren ved en temperatur på om lag 250 °C. ;;Motstrømsreaktoren ble kjørt i denne konfigurasjonen med strømmer som beskrevet ovenfor, og temperaturer ble målt på fem påfølgende tidspunkter under regenereringstrinnet, på tre steder innenfor gjenvinningssonen (27) og ett sted proksimat til grensesnittet (13) mellom gjenvinningssone og reformeringssone, alt målt fra toppen av det første regenerative cellestruktur-monolittsjiktet innenfor gjenvinningssonen (27). Temperaturmålinger er vist på figur 7a. ;;Et tilsvarende eksempel ble utført ved bruk av et rør for innmating av brensel, koblet til en brenseldistribusjonsskive plassert mellom reformeringssonen og gjenvinningssonen, i stedet for gassfordeler, kanalinnretning og gassblander. I dette eksempelet ble de nederste ca. 0,5 cm (0,19 tommer) av gjenvinningssonen (27) erstattet med et ca. 1,3 cm (0,5 tommer) langt regenerativt sjikt som inneholdt aluminakuler med diameter lik ca. 0,3 cm (0,125 tommer). Slik konfigurert injiserte brenselstilførselsrøret og fordeleren i dette sammenlignbare eksempelet brenselgass til området mellom gjenvinningssonen (27) og reformeringssonen (21). Innretning av dette sammenlignbare eksempelet ble kjørt stort sett på samme måte som eksempelet ovenfor, med stort sett liknende temperaturmålinger som vist på figur 7b. ;Systemet med styrt forbrenning som er beskrevet her kan brukes i andre regenerative reaktorsystemer med asymmetrisk motstrøm. Regenereringstrinnet (eksotermisk) som er beskrevet i samband med figur 1b og figur 2, kan bli forbrenning, som beskrevet ovenfor for Pressure Swing-reformering, eller kan være andre eksotermisk reaksjoner slik som partiell oksidering. I forbindelse med partiell oksidering omfatter strømmene som blir matet frem under det eksotermiske trinnet en hydrokarbonholdig strøm og en strøm med en sub-stokiometrisk mengde oksidant. Med sub-stokiometrisk mener vi mindre oksidant en det som ville gå med for fullstendig oksidering av den hydrokarbonholdige strømmen. Disse to strømmene vil bli holdt stort sett atskilt, som beskrevet med henvisning til figur 2 ovenfor. Typisk vil den strømmen som har lavere strømningshastighet bli tilført som strøm (25), og den med høyere hastighet som strøm (20). Det endotermiske reaksjonstrinnet kan være dampreformering, som beskrevet ovenfor for Pressure Swing-reformering, eller kan være andre endotermiske reaksjoner. Under det endotermiske reaksjonstrinnet, som beskrevet i forhold til figur 1A, blir den endotermiske reaktanten matet via kanal 15, den blir oppvarmet og reagert i reaksjonssonen (1), og blir avkjølt i gjenvinningssonen (7), med reaksjonsprodukter som blir oppsamlet via kanalen (17). Katalysator kan brukes i en eller begge sonene for å lette reaksjonen. Foretrukne endotermiske reaksjoner for bruk med nærværende oppfinnelse inkluderer dampreformering, tørr (CO2) reformering, pyrolyse, katalytisk krakking, dehydrogenering og dehydrering. ;Foretrukne pyrolysereaksjoner for bruk med nærværende oppfinnelse inkluderer damp-krakkingsreaksjoner slik som etan, nafta eller gassolje, oljekrakking, hydropyrolysereaksjoner slik som metan hydropyrolyse til acetylen, og ikkehydrokarbon-krakkingsreaksjoner slik som H2S-pyrolyse til hydrogen og svovel. Foretrukne dehydrogeneringsreaksjoner for bruk med nærværende oppfinnelse inkluderer alkane dehydrogeneringer slik som propan-dehydrogenering og alkylaromatisk dehydrogenering slik som etylbenzen-dehydrogenering. Foretrukne dehydreringsreaksjoner for bruk med nærværende oppfinnelse inkluderer metanolog etanol-dehydrering. ;;Eksempel 2 ;;Den motstrøms regenerative reaksjonen med styrt forbrenning kan brukes til prosesser med regenerativ termisk oksidering («RTO»). RTO-prosessene blir vanligvis brukt til å forbrenne relativt lave nivåer av forurensninger fra en større luftstrøm. Figur 8a illustrerer den konvensjonelle konfigurasjonen av en RTO-reaktor, figur 8b viser en RTO-motstrømsreaktor med styrt forbrenning. ;Med henvisning til figur 8a omfatter prosessen generelt to regenerative legemer (801, 802) med en brenner (803) imellom. Forurenset luft (804) blir oppvarmet i det første regenerative legemet (801), og tilleggsvarme blir skaffet ved forbrenningen av brensel (805) i brenneren (803) som er plassert mellom de to regenerative legemene, og produktene blir avkjølt til utløp fra det andre regenerative legemet som ren luft (806). Hyppig reversering av strømmen og omkobling til strømmene (804a og 806a) brukes for å holde den frie varmen (fra oppvarming eller avkjøling) i bevegelse frem og tilbake mellom de to legemene (801, 802). Hele eller deler av det regenerative sjiktsystemet (801, 802) kan inkludere katalysator for å forbedre forbrenningen av forurensningene. Typisk inkluderer RTO-systemet distribusjonsvolum (807) i den kalde inngangen til hvert regenerative legeme, og et åpent volum (808) der den brennerdrevne forbrenningen foregår. ;;Med henvisning nå til figur 8b i nærværende oppfinnelse, er de regenerative legemene (801, 802) konstruert med pakking som har stort sett parallelle kanaler, og disse kanalene er orientert stort sett koaksielt med strømretningen. Mellom de to regenerative legemene er blandingsinnretningen (809) plassert. Forurenset luft (804) blir oppvarmet i det første regenerative sjiktet. Brenselfordelingsmidler (810), plassert i distribusjonsvolumet (807) ved den kalde inngangen i hvert regenerative sjikt plasserer tilleggsbrensel (805) inn i et utvalg av kanaler innenfor det regenerative legemet. Dette brenselet blir oppvarmet i det første regenerative legemet og blir så blandet med den oppvarmede forurensede luften i blanderen (809), hvilket fører til forbrenning og frigjøring av varme inn i strømmen. ;Forbrenningsprodukter blir avkjølt for å gå ut av det andre regenerative sjiktet som ren luft (806). Hyppig reversering av strømmen og omkobling til strømmene (804a, 810a, 807a, 805a, 806a) brukes for å holde den frie varmen (fra oppvarming eller avkjøling) i bevegelse frem og tilbake mellom de to legemene (801, 802). Hele eller deler av det regenerative sjiktsystemet (801, 802) kan inkludere katalysator for å forbedre forbrenningen av forurensningene. ;;Som illustrert trenger det ikke være en tetning mellom fordeleren (810) og det regenerative legemet (801). Forbrenning vil ikke skje før gassene er blitt oppvarmet, en oppvarming som skjer under passasjen gjennom gjenvinnersonen. Så lenge det meste av brenselet er isolert fra det meste av luften som det er foreskrevet her, vil det meste av varmeutviklingen ikke finne sted før blanderen (809) nås. Så lenge mesteparten av varmeutviklingen foregår ved eller etter blanderen (809), vil den regenerative reaktoren funksjonere med høy ;virkningsgrad. ;Eksempel 3 - Autotermisk reformering («ATR») ;;Den motstrøms regenerative reaktoren med styrt forbrenning kan brukes til Autotermisk reformering («ATR»). I RTO-applikasjonen er mengden av oksidant (luft) vanligvis mange ganger større enn mengden som kreves for stoikiometrisk forbrenning av forurensninger og tilleggsbrensel. Dessuten er den innkommende forurensede luften i en tilstand av trykk og temperatur som er noenlunde den samme som i omgivelsene. For ATR er oksidanten tilstede i sub-stoikiometriske mengder og kan være fri for fortynningsmidler. Brenselet er ikke et tilleggsmateriale, men et tilførselsmateriale som skal reformeres. Trykk og matetemperatur er typisk høyere. Til tross for disse forskjellene omfatter applikasjonen stort sett de samme komponentene som RTO-applikasjonen, og er illustrert på figur 8b. Fortrinnsvis vil matestrømmen (804) i størst volumstrømningshastighet bli fordelt inn i majoriteten av regenerative kanallegemer (801) via inngangsfordelingsvolumet (807). Matestrømmen (805) som har lavere volumstrømningshastighet blir fordelt via fordeleren (810) inn i utvalgte kanaler. Oksidant, brensel og valgfritt damp eller CO2 blir oppvarmet i regenerativt legeme (801) og blir blandet i blanderen (809), hvoretter de eksotermisk autotermisk reformeringsreaksjonene skjer. Reaksjonene kan være assistert av katalysator plassert i hele eller deler av de regenerative legemene (801 og 802). Reaksjonen er stort sett begrenset til innenfor det regenerative legemet (802) som følger etter blanderen, og avkjøling skjer innenfor det regenerative legemet (802) som følger etter blanderen. Kjølig syntetisk gass er produktet (806) fra reaktoren. Hyppig reversering av strømmen (via strømmene 804a, 805a, 806a) brukes for å holde den frie varmen (fra oppvarming eller avkjøling) i bevegelse frem og tilbake mellom de to legemene. *

Claims (8)

Patentkrav
1. Fremgangsmåte for å kontrollere forbrenning for termisk regenerering av et syklisk motstrøms regenerativt reaktorsystem, omfattende:
(a) tilførsel av en første reaktant gjennom en første kanalinnretning i et første regenerativt sjikt og tilførsel av minst en andre reaktant gjennom en andre kanalinnretning i det første regenerative sjiktet, hvor nevnte først og andre kanalinnretning strekker seg aksialt over første regenerative sjikt fører første og andre gass til en gassblandeinnretning beliggende ved et utløp for første regenerative sjikt,
(b) kombinering av nevnte første og andre reaktanter med gassblandeinnretningen og omsetning av den kombinerte gassen for å frembringe et oppvarmet reaksjonsprodukt, hvor nevnte gassblandeinnretning omfatter segmenter aksialt innrettet med første og andre kanalinnretning og som har gassvirvelblandeinnretninger beliggende deri,
(c) føre det oppvarmede reaksjonsproduktet gjennom et andre regenerativt sjikt for derved å overføre varme fra reaksjonsproduktet til det andre regenerative sjiktet.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori gassblandesegmentene har aksiale tverrsnittsområder som er omtrent like i areal.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori gass fra den første og andre kanalinnretningen strømmer inn i gassblandesegmentene, kombineres deri, forbrennes og passerer gjennom det andre regenerative sjiktet.
4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, hvori gassen fra første og andre kanalinnretninger hver blir delt om lag likt mellom gassblandesegmentene.
5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, hvori nevnte forbrenning foregår i nærheten av et grensesnitt mellom gassblandeinnretningen og det andre regenerative sjiktet.
6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori nevnte sykliske motstrøms reaktorsystem omfatter en reaksjonssone og en hvilesone og en gassblandeinnretning plassert mellom disse og hvor gassblandeinnretningen omfatter:
a. en konvergenssone, og
b. minst én gassvirvelgenereringssone, og
c. en divergenssone.
7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, hvori minst én gassvirvelgenereringssone omfatter skovler som tjener til å påføre omkretsmessig gasshastighet på gassen som går inn i den virvelgenererende sonen fra konvergenssonen.
8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori nevnte første og andre kanalinnretninger har som funksjon å holde de første og andre reaktantene adskilte slik at minst femti prosent av slike gasser ikke reagerer i det første regenerative sjiktet mens de løper gjennom det første regenerative sjiktet.
NO20083225A 2005-12-23 2006-12-21 Kontrollert forbrenning for regenerative reaktorer med blande/strømningsfordeler NO345531B1 (no)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US75396105P 2005-12-23 2005-12-23
US87520306P 2006-12-15 2006-12-15
PCT/US2006/049077 WO2007079030A2 (en) 2005-12-23 2006-12-21 Controlled combustion for regenerative reactors with mixer/flow distributor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
NO20083225L NO20083225L (no) 2008-09-19
NO345531B1 true NO345531B1 (no) 2021-03-29

Family

ID=38110607

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20083225A NO345531B1 (no) 2005-12-23 2006-12-21 Kontrollert forbrenning for regenerative reaktorer med blande/strømningsfordeler

Country Status (8)

Country Link
EP (1) EP1979083B1 (no)
JP (1) JP5292103B2 (no)
AU (1) AU2006332888B2 (no)
BR (1) BRPI0620356A2 (no)
CA (1) CA2632847C (no)
DK (1) DK1979083T3 (no)
NO (1) NO345531B1 (no)
WO (1) WO2007079030A2 (no)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2953150B1 (fr) * 2009-12-01 2013-08-09 Air Liquide Reacteur catalytique comprenant une structure alveolaire catalytique et au moins un element structural
WO2013095931A1 (en) * 2011-12-20 2013-06-27 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Mixer/flow distributors
KR101743807B1 (ko) * 2014-10-21 2017-06-07 주식회사 효성 탄화수소의 탈수소화 방법 및 장치
CN104492353A (zh) * 2014-12-11 2015-04-08 中国核动力研究设计院 易燃气体水封环状多孔均匀配气系统
WO2020028030A1 (en) * 2018-07-30 2020-02-06 Exxonmobil Research And Engineering Company Compositions for high temperature catalysis

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2313157A (en) * 1938-07-28 1943-03-09 Koppers Co Inc Process for carrying out endothermic gas reactions at high temperatures
US4200682A (en) * 1979-03-16 1980-04-29 United Technologies Corporation Integrated fuel cell and fuel conversion apparatus
US20030235529A1 (en) * 2002-06-25 2003-12-25 Frank Hershkowitz Pressure swing reforming

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5665619A (en) * 1979-10-31 1981-06-03 Nippon Kokan Kk <Nkk> Gas mixing accelerating furnace
JP3350760B2 (ja) * 1992-05-22 2002-11-25 月島機械株式会社 反応器およびビスフェノール類の製造法
JP4468513B2 (ja) * 1998-05-11 2010-05-26 ハルドール・トプサー・アクチエゼルスカベット 混合装置及びそれが装備された燃料ガス流路
JP2002177751A (ja) * 2000-12-14 2002-06-25 Tokyo Gas Co Ltd 混合器及び該混合器を備えたガスバーナ
JP2003117367A (ja) * 2001-10-18 2003-04-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガス混合器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2313157A (en) * 1938-07-28 1943-03-09 Koppers Co Inc Process for carrying out endothermic gas reactions at high temperatures
US4200682A (en) * 1979-03-16 1980-04-29 United Technologies Corporation Integrated fuel cell and fuel conversion apparatus
US20030235529A1 (en) * 2002-06-25 2003-12-25 Frank Hershkowitz Pressure swing reforming

Also Published As

Publication number Publication date
NO20083225L (no) 2008-09-19
AU2006332888A1 (en) 2007-07-12
WO2007079030A2 (en) 2007-07-12
WO2007079030A3 (en) 2007-10-11
CA2632847C (en) 2014-12-02
CA2632847A1 (en) 2007-07-12
EP1979083B1 (en) 2018-03-07
DK1979083T3 (en) 2018-06-14
JP2009521317A (ja) 2009-06-04
AU2006332888B2 (en) 2011-02-17
JP5292103B2 (ja) 2013-09-18
EP1979083A2 (en) 2008-10-15
BRPI0620356A2 (pt) 2017-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7815873B2 (en) Controlled combustion for regenerative reactors with mixer/flow distributor
US7846401B2 (en) Controlled combustion for regenerative reactors
US7625414B2 (en) Partial oxidation reactor
CA2304681C (en) Flameless combustor process heater
US9322549B2 (en) Mixer/flow distributors
CN101432065A (zh) 固定床吸热反应内燃交换反应器
JP5898785B2 (ja) 混合器/流量分配器
EP1021244B1 (en) A method of providing heat
NO345531B1 (no) Kontrollert forbrenning for regenerative reaktorer med blande/strømningsfordeler
WO2019204082A1 (en) Reverse flow reactors having high purge efficiencies while containing asymmetric feeds, methods of using same, and pyrolysis products made from same
NO328140B1 (no) Fremgangsmate og apparat hvor det benyttes et platearrangement for oppvarming og forvarming av reaktanter
EP1209140B1 (en) Process for preparing styrene by dehydrogenation of ethylbenzene and reaction system which can be used for the process
US20200324265A1 (en) Micro-reactor and method implementation for methanation
WO2019204081A1 (en) Reverse flow reactors having low maldistribution parameter while containing asymmetric feeds, methods of using same, and pyrolysis products made from same
NO328777B1 (no) Metode og anordning for a blande og reagere to eller flere fluider samt overforing av varme mellom disse.
KR20170099433A (ko) 촉매층 내부에 열원 플레이트가 장착된 자체 열공급 탈수소 반응기
MXPA00003152A (en) Flameless combustor process heater