SE423895B

SE423895B - COMPACT CATALYTIC REACTION EQUIPMENT WITH MULTIPLE PIPES FOR MANUFACTURING GAS PRODUCTS FROM HYDRAULIC FUEL

Info

Publication number: SE423895B
Application number: SE7713225A
Authority: SE
Inventors: R A Sederquist; G R Krar; O L Olesen; D F Szydlowski
Original assignee: United Technologies Corp
Priority date: 1976-12-22
Filing date: 1977-11-23
Publication date: 1982-06-14
Also published as: BR7707896A; DK514377A; IL53404A0; NL7712715A; FR2374947B1; JPS577539B2; FR2374947A1; SE7713225L; CH625827A5; IL53404A; AU3072577A; GB1564995A; JPS5379768A; ES464566A1; IT1089105B; DE2751308A1; DE2751308C2; AU509038B2

Description

77132-25-6 2, tisk reaktionsapparatur som är kompakt. 77132-25-6 2, compact reaction apparatus that is compact.

Ett annat ändamål är att åstadkomma en katalytisk reaktionsappara- tur som inte enbart är kompakt men också uppvisar större hållbarhet och effektivitet. a Ett ändamål med föreliggande uppfinning och ovannämnda publikation är att uppnå hög reaktortermisk effektivitet och lång hållbarhet. För att uppnå detta skall flera faktorer beaktas. En viktig faktor är, att ugnens väremenergi fördelas lika kring rören. En annan faktor är, att den periferiska temperaturen kring varje_rör är lika var som helst utmed rörets längd. När ett stort antal rör är anordnade tätt samman i ugnen ger uppvärmningen av rören i brännarrummet upphov till speciella problem.Another object is to provide a catalytic reaction apparatus luck that is not only compact but also shows greater durability and efficiency. a An object of the present invention and the above-mentioned publication is to achieve high reactor thermal efficiency and long durability. For To achieve this, several factors must be taken into account. An important factor is that the heat energy of the oven is evenly distributed around the pipes. Another factor is, that the peripheral temperature around each_pipe is the same everywhere along the length of the tube. When a large number of pipes are arranged close together in the oven the heating of the pipes in the burner chamber gives rise to special problems.

Exempelvis uppstår vid bränslets förbränning mycket höga temperaturer, och till följd härav förekommer en betydlig värmeutstrålning från flam- man och brännarrummets väggar. Utstrålningsvärmen påverkar endast de delar av rören, som är direkt utsatta för utstrålningsvärmekällan. Rören vid sidan av brännarrummets vägg mottager betydligt mera värme än de andra rören, och dessutom uppvärmes de mer på ena sidan än på den andra.For example, during the combustion of the fuel, very high temperatures arise, and as a result there is a significant heat radiation from the flame man and the walls of the burner room. The radiant heat affects only those parts of the pipes which are directly exposed to the radiant heat source. The pipes next to the wall of the burner chamber receives significantly more heat than they other pipes, and in addition they are heated more on one side than on the other.

Ett ändamål med uppfinningen är att göra denna överuppvärmning och den ojämna uppvärmningen av rören vid sidan av brännarrumsväggen minimal. Även om en alltför stor strâluppvärmning av rören vid sidan av brännar- rumsväggen kunde elimineras, är där en allmän tendens till att rören längre bort från brännarrumsväggen och omgivna av andra rör, mottager mindre värme. Ett annat syfte är att uppnå en mera jämn uppvärmning av alla rören oavsett dera placering i ugnen.An object of the invention is to make this overheating and it uneven heating of the pipes next to the burner chamber wall is minimal. Although excessive radiant heating of the pipes next to the burner the room wall could be eliminated, there is a general tendency for the pipes further away from the burner room wall and surrounded by other pipes, receiver less heat. Another purpose is to achieve a more even heating of all pipes regardless of their location in the oven.

.Enligt uppfinningen är ett antal rör, som placerats tätt vid sidan av varandra, anordnade i en ugn, varvid delar av rören anordnats i ugmas brännarrumm och varvid på bestämda platser anordnats värmeskärmar för att skydda reaktionsrörens väggytor, vilka annars skulle mottaga alltför stor värmeutstrålning från brännarrummets inre.According to the invention, a number of pipes are placed close to the side of each other, arranged in an oven, parts of the pipes being arranged in an oven burner compartments and heat screens for which are arranged in specific places to protect the wall surfaces of the reaction tubes, which would otherwise receive too much large heat radiation from the interior of the burner room.

Tätt anbringade reaktorer eller reaktorrör, innebär ett icke-lhﬂärt anordnande av minst tre reaktorer, där arrangemanget i huvudsak skall 'fylla ut brännarrummets inre och där reaktorernaärihuvudsak jämnt för- delade och anordnade med samma och rätt små mellanrum inne i brännar- rummet. Exempelvis kan, förutsatt att brännarrummet är cylindriskt, ett arrangemang med tre tätt anordnade reaktorer bestå av en liksidig uiammﬂ med en reaktor i varje hörn, ett arrangemang med fem rör bestå av en centralt placerad reaktor, som omges av fyra i en fyrkant placerade reak- torer. Nio reaktorer kan anordnas i ett fyrkantarrangemang bestående av tre parallella rader med respektive tre reaktorer. Ett arrangemang av hexagonal typ med 19 reaktorer visas i figur 2. Vid alla tillfällen mot- 7713225-6 tager åtminstone en del av varje reaktor en betydligt nedsatt mängd av utstrålningen från brännarrummets vägg. Exempelvis mottager reaktorer närmast väggen betydligt nedsatt strålning på den sida som vänder bort från väggen och vidare kommer en del av reaktorerna att mottaga en betyd- ligt nedsatt strålning till följd av att andra reaktorer i arrangemanget spärrar för utstrålningen.Tightly fitted reactors or reactor tubes, means a non-lh ﬂ pea arrangement of at least three reactors, where the arrangement is mainly to 'fill the interior of the burner chamber and where the reactors are substantially evenly divided and arranged at the same and rather small spaces inside the burner the room. For example, provided that the burner chamber is cylindrical, a arrangements with three tightly arranged reactors consist of an equilateral uiamm ﬂ with a reactor in each corner, an arrangement of five pipes consists of one centrally located reactor, which is surrounded by four reactors located in a square torer. Nine reactors can be arranged in a square arrangement consisting of three parallel rows with three reactors respectively. An arrangement of hexagonal type with 19 reactors is shown in Figure 2. At all times 7713225-6 takes at least a part of each reactor a significantly reduced amount of the radiation from the wall of the burner chamber. For example, receiving reactors closest to the wall significantly reduced radiation on the side facing away from the wall and further, some of the reactors will receive a significant reduced radiation due to other reactors in the arrangement barriers to radiation.

Med "brännarrum" avses här en del av ugnen, där förbränningen sker.By "burner room" is meant here a part of the furnace, where the combustion takes place.

Enligt ett utförande är värmeskärmarna muffar, vilka åtminstone del- vis omger reaktionsrören vid sidan av brännarrumsväggen för att skydda desamma mot väggarnas värmeutstrålning. I föredraget utförande är värme- skärmarna inte enbart avsedda att skydda rörens utsidor mot alltför stor värmestrålning, utan även konstruerade och arrangerade att fördela vär- men jämnare från rör till rör och periferiskt kring varje rör. Slutligen avses att ge varje rör samma värmeförhållanden som varje annat rör så- ledes, att väggtemperaturen är densamma för varje rör på sama ställe längs röret och periferiskt kring respektive rör. Detta nedsätter den maximala temperaturen i rörens vägg, varvid rörens förväntade hållbarhet ökar och reaktorns termiska effektivitet förbättras.According to one embodiment, the heat shields are sleeves, which at least partially vis surrounds the reaction tubes next to the burner chamber wall to protect the same against the heat radiation of the walls. In the preferred embodiment, the heating the screens are not only intended to protect the outside of the pipes from being too large heat radiation, but also designed and arranged to distribute heat but smoother from tube to tube and peripherally around each tube. Finally intended to give each tube the same heat conditions as any other tube so led, that the wall temperature is the same for each pipe in the same place along the tube and circumferentially around the respective tube. This reduces it maximum temperature in the wall of the pipes, whereby the expected durability of the pipes increases and the thermal efficiency of the reactor is improved.

Muffarna kan vara gjorda av icke-värmeledande material som keramik eller av värmeledande material som rostfritt stål. Även om muffar av värmeledande material ger gott skydd mot utstrålningsvärme, är det icke- värmeledande materialet att föredra. Värmeledande muffar kan med fördel anbringas runt de rör, som icke direkt påverkas av ugnsväggen, i ända- mål att fördela värmen jämnare genom brännarrummet och periferiskt kring röret, som muffen omger. Vilket som helst arrangemang av reaktionsrör kan innefatta muffar av olika längd och form. En muff kan helt eller del- vis omge ett rör samt uppvisa räfflor eller andra öppningar och utskär- ningar, som reglerar flödet av brännarrumsgaser runt rören.The sleeves can be made of non-thermal conductive materials such as ceramics or of heat-conducting materials such as stainless steel. Although sleeves off heat-conducting material provides good protection against radiant heat, it is non- heat conducting material to be preferred. Thermally conductive sleeves can with advantage applied around the pipes, which are not directly affected by the furnace wall, in goal to distribute the heat more evenly through the burner chamber and circumferentially around the tube, which the sleeve surrounds. Any arrangement of reaction tubes may include sleeves of different lengths and shapes. A sleeve can be completely or partially surround a pipe and have grooves or other openings and cut-outs which regulate the flow of burner gases around the pipes.

Uppfinningen skall nedan närmare beskrivas med hänvisning till bi- fogade ritningar, i vilka figur l är ett delvis lodrät tvärsnitt genom den katalytiska reak- tﬂnsapparaturen enligt uppfinningen, figur 2 är ett tvärsnitt genom apparaturen i huvudsak längs linjen 2-2 i figur l, figurerna 3 och 4 är delvisa tvärsnitt genom en modifierad kata- lytisk reaktionsapparatur enligt uppfinningen, varvid figur 4 är ett snitt längs linjen 4-4 i figur 3, figur 5 är ett delvis tvärsnitt genom en annan modifierad reaktions- apparatur enligt uppfinningen, och figurerna 6 och 7 är delvisa tvärsnitt genom ytterligare en modi- 77213225-6 fierad katalytisk reaktionsapparatur enligt uppfinningen, varvid figur 6 är ett snitt längs linjen 6-6 i figur 7 och figur 7 ett snitt längs linjen 7-7 i figur 6.The invention will be described in more detail below with reference to attached drawings, in which Figure 1 is a partially vertical cross-section through the catalytic reaction the equipment according to the invention, Figure 2 is a cross-section through the apparatus substantially along the line 2-2 in Figure 1, Figures 3 and 4 are partial cross-sections through a modified lytic reaction apparatus according to the invention, wherein Figure 4 is a section along line 4-4 in Figure 3, Figure 5 is a partial cross-section through another modified reaction medium. apparatus according to the invention, and Figures 6 and 7 are partial cross-sections through a further modi- 77213225-6 catalytic reaction apparatus according to the invention, wherein Figure 6 is a section along line 6-6 in Figure 7 and Figure 7 is a section along line 7-7 in Figure 6.

Ett exempel på den katalytiska reaktionsapparaturen 10 enligt upp- finningen visas i figurerna 1 och 2.,I detta utförande är syftet med apparaturen en ångomvandling av omsättningsbart kolvätebränsle till väte medelst passande katalysatorer. Apparaturen l0 innefattar en ugn 12 med brännmunstycken 14, ett bränslesamlingsrör 16 och ett luftsamlingsrör 18. I ugnen 12 är anordnade ett antal cylindriska reaktorer 20.An example of the catalytic reaction apparatus 10 according to The finding is shown in Figures 1 and 2. In this embodiment, the purpose is the apparatus is a vapor conversion of a convertible hydrocarbon fuel to hydrogen by means of suitable catalysts. The apparatus 10 comprises an oven 12 with fuel nozzles 14, a fuel manifold 16 and an air manifold 18. A number of cylindrical reactors 20 are arranged in the furnace 12.

Varje reaktor består av en yttre cylindrisk vägg 22 och en inre cylindrisk vägg eller inre rör 24, mellan vilka avgränsas en ringformad reaktionskammare 26. Reaktionskamaren är fylld med ångomvandlingskata- lysatorpartiklar 28, som vilar på ett gitter 30 som är anbringat vid ireaktionskammarens inlopp 32. Vilken som helst passande ångomvandlings- katalysator såsom nickel, kan användas till att fylla reaktionskammaren från inloppet 32 till dess utlopp 36. cylindern som bildas av den yttre väggen 22, är i den övre änden 38 tillsluten medelst en kapselmutter 40.Each reactor consists of an outer cylindrical wall 22 and an inner one cylindrical wall or inner tube 24, between which an annular boundary is defined reaction chamber 26. The reaction chamber is filled with steam conversion catalysts. lysator particles 28, which rest on a grid 30 attached to inlet of the reaction chamber 32. Any suitable vapor conversion catalyst such as nickel, can be used to fill the reaction chamber from the inlet 32 to its outlet 36. the cylinder formed by the outer the wall 22, is closed at the upper end 38 by means of a capsule nut 40.

Det inre röret 24 har en övre inloppsände 42 och en nedre utloppände 44. Inloppsänden mynnar under kapselmuttern således, att det inre röret står i gasförbindelse med reaktionskammarens utlopp.The inner tube 24 has an upper inlet end 42 and a lower outlet end 44. The inlet end opens under the capsule nut so that the inner tube is in gas communication with the outlet of the reaction chamber.

I det inre röret är anbringad en cylindrisk propp 46, vars ytter- diameter är något mindre än det inre rörets innerdiameter, varvid bildas en ringformad regemææüiomﬂemnare 48 med ett inlopp 49. Proppen 46 kan vara en massiv stång, men i exemplifierat utförande är den ett rör som är tillslutet i ena änden medelst en kapselmutter 50 således, att de reak- tionsprodukter som lämnar reaktionskammaren 26, skall strömma runtom proppen genom regenerationskammaren 48. Avståndet mellan proppen 46 och det inre röret 24 erhålles medelst framsprång 52 på proppens vägg.Arranged in the inner tube is a cylindrical plug 46, the outer of which diameter is slightly smaller than the inner diameter of the inner tube, thereby forming an annular regemææüiom ﬂ item 48 with an inlet 49. The plug 46 may be a solid rod, but in the exemplary embodiment it is a tube that is closed at one end by means of a capsule nut 50 so that they react products leaving the reaction chamber 26 should flow around the plug through the regeneration chamber 48. The distance between the plug 46 and the inner tube 24 is obtained by means of projections 52 on the wall of the plug.

I uppfinningen har regenerationskammaren till uppgift att returnera värme från de reaktionsprodukter, som lämnar utloppet 36, till reaktions- ,kammarens katalysatorbotten, varför med hänsyn till uppfinningen, regene- *rationskammarens 48 utlopp 54 skall tänkas vara anbringat i omedelbar närhet av katalysatorbottnens inlopp 32 istället för vid det inre rörets utloppsände 44, till trots för det faktum att det mellanrum som bildats mellan proppen 46 och det inre röret 24, sträcker sig till utloppsänden 44. I den konstruktion som visas i figur l, är där en viss förvärmning av processbränslet innan detsamma ledes in i katalysatorbottnen.In the invention, the task of the regeneration chamber is to return heat from the reaction products leaving the outlet 36 to the reaction , the catalyst bottom of the chamber, so that in view of the invention, regenerative * the outlet 54 of the ration chamber 48 is intended to be fitted in immediately in the vicinity of the catalyst bottom inlet 32 instead of at the inner tube outlet end 44, despite the fact that the gap formed between the plug 46 and the inner tube 24, extends to the outlet end 44. In the construction shown in Figure 1, there is some preheating of the process fuel before it is introduced into the catalyst bottom.

Bemärk att regenerationskammaren är i huvudsak isolerad från de varma ugnsgaserna. För att uppnå maximal reaktoreffektivitet är det vik- tigt att förhindra att reaktionsprodukterna i regenerationskammaren upp- s. 7713225-6 värmes av ugnsgasens värmeenergi. Endast märkbar värme i reaktionspro- dukterna redan vid utloppet 36, överföres till reaktionskammaren.Note that the regeneration chamber is essentially isolated from the the hot oven gases. In order to achieve maximum reactor efficiency, it is to prevent the reaction products in the regeneration chamber from pp. 7713225-6 is heated by the heat energy of the furnace gas. Only noticeable heat in reaction process the products already at the outlet 36, are transferred to the reaction chamber.

Varje reaktor 20 kan anses innefatta en övre del 56 och en nedre del 58. Den övre delen är anordnad i vad som nedan kallas brännarrummet 60. Brännarrummet är den del av ugnen 12, där förbränningen av bränslet och lufttillförseln till ugnen äger rum. Denna del av ugnen känneteck- nas av mycket höga temperaturer, betydlig stråluppvärmning, såväl som konvektionsuppvärmning av reaktorerna 20, och axiell (d.v.s. i reakto- rernas axelriktning) såväl som radiell blandning av de innehållna ga- serna.Each reactor 20 can be considered to comprise an upper part 56 and a lower one part 58. The upper part is arranged in what is below called the burner chamber 60. The burner chamber is the part of the furnace 12 where the combustion of the fuel and the air supply to the furnace takes place. This part of the oven is characterized of very high temperatures, significant radiant heating, as well as convection heating of the reactors 20, and axial (i.e. in the reactor axis direction) as well as radial mixing of the contained serna.

Den nedre delen 58 av varje reaktor är anordnad i vad som nedan kallas ugnens förökande uppvärmningsdel, enär den är avsedd och konst- ruerad för att öka värmeöverföringseffektiviteten mellan ugnsgaserna och reaktorernas nedre delar. I detta utförande omges den nedre delen i varje reaktor av en cylindrisk vägg eller ett rör 62 med avstånd från väggen 22, varvid bildas en ringformad bränngaskanal 64 med ett inlopp 66 och ett utlopp 67. Utloppet 67 är anordnat i omedelbar närhet av reaktionskammarens 26 inlopp. Kanalen 64 är fylld med ett värmeledande material såsom kulor 70 av aluminiumoxid som vilar på ett gitter 68.The lower part 58 of each reactor is arranged in what is below is called the propagating heating part of the oven, since it is intended and to increase the heat transfer efficiency between the furnace gases and the lower parts of the reactors. In this embodiment, the lower part is surrounded in each reactor by a cylindrical wall or tube 62 spaced from the wall 22, thereby forming an annular fuel gas channel 64 with an inlet 66 and an outlet 67. The outlet 67 is arranged in the immediate vicinity of inlet of the reaction chamber 26. The duct 64 is filled with a heat conductor materials such as alumina balls 70 resting on a grid 68.

Mellanrummet 72 mellan tillstötande rör 62 är fyllt med ett värmeisole- rande material såsom keramiskt fiberisoleringsmaterial som är anordnat på en platta 74, som sträcker sig twüs genom ugnen och som har hål genom vilka reaktorerna 20 passerar. Plattan 74 och materialet i mellanrummet 72 förhindrar ugnsgaserna från att strömma runtom rörets 62 utsida.The gap 72 between adjacent pipes 62 is filled with a thermal insulation materials such as ceramic fiber insulation material provided on a plate 74, which extends twüs through the furnace and which has holes through which the reactors 20 pass. The plate 74 and the material in the space 72 prevents the furnace gases from flowing around the outside of the tube 62.

Förutom plattan 74, sträcker sig även plattorna 76, 78 och 80 tvärs genom ugnen och bildar kanaler mellan desamma. Plattan 80 vilar på wmæms botten 82. Mellan plattorna 78 och 80 bildas en reaktionsproduktkanal, mellan plattorna 76 och 78 bildas en processbränsleinloppskanal 86 och plattorna 74 och 76 bildar en utloppskanal för ugnsgas. Propparna 46 och de inre rören 24 stöter ned till bottenplattan 80, reaktorernas ytter- väggar 22 stöter ned till plattan 78 och rören 62 stöter ned till plattmi 74.In addition to the plate 74, the plates 76, 78 and 80 also extend transversely through the furnace and forms channels between them. Plate 80 rests on wmæms bottom 82. Between the plates 78 and 80 a reaction product channel is formed, between the plates 76 and 78 a process fuel inlet channel 86 and is formed the plates 74 and 76 form an outlet duct for furnace gas. The plugs 46 and the inner tubes 24 abut the bottom plate 80, the outer tubes of the reactors walls 22 abut the plate 78 and the tubes 62 abut the plate 74.

Värmeskärmar i form av muffar 90 omger den övre delen 56 av varje reaktor. Dessa muffar är gjorda av rostfritt stâl.Muffarna 90, som om- ger reaktorerna vid sidan av brännarrumsväggen 89 och som härefterkaﬂas "yttre" muffar, är gjorda av rostfritt stål och skyddar reaktorerna mot brännarrumsväggarnas värmeutstrålning. Muffarna, som omger de andra reaktorerna, kallas härefter "inre" muffar. Dessa inre muffar utstrålar värme till de omgivande muffarna och utjämnar därvid den ojämna tempera- turfördelningen i brännarrummet och nedsätter den periferiska temperatur- 1113225-6 sin fördelningen.runtom de enskilda reaktorerna. Bemärk att användningen av muffar eller värmeskärmar till de reaktorer, som är anordnadevid sidan av brännarrummsväggen, eller till endast de delar av reaktorerna som mot- tager direkt.värmeutstrålning från väggarna, anses ligga inom uppfin- ningens ram, då enbart härigenom uppnås en väsentlig förbättring.Heat shields in the form of sleeves 90 surround the upper part 56 of each reactor. These sleeves are made of stainless steel. The sleeves 90, which are gives the reactors next to the burner chamber wall 89 and which are hereinafter referred to as "outer" sleeves, are made of stainless steel and protect the reactors against the heat radiation of the burner room walls. The sleeves, which surround the others the reactors, hereinafter referred to as "internal" sleeves. These inner sleeves radiate heat to the surrounding sleeves, thereby equalizing the uneven temperature distribution in the burner chamber and reduces the peripheral temperature 1113225-6 sin distribution.around the individual reactors. Note that the use of sleeves or heat shields for the reactors, which are arranged on the side of the burner chamber wall, or to only those parts of the reactors which directly radiates heat from the walls, is considered to be within the framework, only in this way a significant improvement is achieved.

Det har också noterats att muffarna 90 inte behöver vara lika långa.It has also been noted that the sleeves 90 do not have to be as long.

Anordnandet av och formen på muffarna eller värmeskärmarna är företrädes- vis avsedda för det speciella arrangemang av reaktorer_med det slutliga målet att.uppnâ samma eller liknande betingelser kring varje-reaktor vid varje punkt utmed reaktornslängd och periferiskt runtom densamma.The arrangement and shape of the sleeves or heat shields are preferred. intended for the special arrangement of reactors_with the final the goal of achieving the same or similar conditions around each reactor at each point along the reactor length and circumferentially around it.

(Den axiella temperaturen kommer att variera, då ugnsgaserna blir kyli- gare, i det de avger värme till reaktorerna medan de rör sig bort från brännarmunstyckena l4). Maximal reaktortermisk effektivitet och större phållbarhet kan inte uppnås, ifall en.reaktor är varmare än en annan eller ifall reaktorns ena sida är varmare än den andra.The axial temperature will vary as the furnace gases cool down. as they emit heat to the reactors as they move away from burner nozzles l4). Maximum reactor thermal efficiency and greater Sustainability cannot be achieved if one reactor is hotter than another or if one side of the reactor is hotter than the other.

I detta utförande utgår kanalerna 64 från den ringformade delen 92, som bildas mellan muffarna 90 och reaktorerna 20. Konventionsvärmeöver- föringen till reaktorernas övre delar 56 ökar genom användning avnmﬁﬁnna 90 och är speciellt fördelaktig ju längre bort från munstyckena man kommer, där gastemperaturen är något lägre, och förbättrad värmeöver- föringseffektivitet eftersträvas. En betydande värmeöverföring inne i brännarrummet sker fortfarande vid värmeutstrâlning, men är densamma nu jämnare fördelad mellan reaktorerna.In this embodiment, the channels 64 start from the annular part 92, formed between the sleeves 90 and the reactors 20. Conventional heat transfer the feed to the upper parts 56 of the reactors increases through the use of the m 90 and is especially advantageous the further away from the nozzles man where the gas temperature is slightly lower, and improved heat transfer management efficiency is sought. A significant heat transfer inside the burner chamber still occurs during heat radiation, but is the same now more evenly distributed between the reactors.

Under drift ledes en blandad ström av ånga och omvandlingsbart kol- vätebränsle från kanalen 86 till reaktionskammarens 26 inlopp 32 via hålen 91 i väggen 22, i det kanalen tillföres blandningen från ett rör 93. Blandningen börjar genast värmas upp av de varma ugnsgaserna som strömmar i motsatt riktning genom bränngaskanalen 64 och börjar reagera under påverkan av katalysatorpartiklarna 28. Efterhand som bränslet, ångan och reaktionsprodukterna rör sig upp genom reaktionskammaren 26, fortsätter dessa att reagera och samla ytterligare värme. Vid utloppet 36 är reaktionsprodukternas temperatur maximal. De varma reaktionspro- dukterna passerar genom regenerationskammarens 48 inlopp 49. Efterhand som reaktionsprodukterna rör sig genom den ringformade regenerations- kammaren, överföres värmen härifrån tillbaka till reaktionskammaren 26.During operation, a mixed stream of steam and convertible carbon hydrogen fuel from the channel 86 to the inlet 32 of the reaction chamber 26 via the holes 91 in the wall 22, in which the channel is supplied to the mixture from a pipe 93. The mixture immediately begins to be heated by the hot furnace gases which flows in the opposite direction through the fuel gas channel 64 and begins to react under the influence of the catalyst particles 28. As the fuel, the steam and the reaction products move up through the reaction chamber 26, these continue to react and collect additional heat. At the outlet 36, the temperature of the reaction products is maximum. The hot reaction products the products pass through the inlet 49 of the regeneration chamber 48. Gradually as the reaction products move through the annular regeneration chamber, the heat is transferred from here back to the reaction chamber 26.

Därefter ledes reaktionsprodukterna till kanalen 84 via hålen 94 i det inre röret 24, och ut från reaktorn via röret 96 för antingen vidare bearbetning, upplagring eller förbrukning.Thereafter, the reaction products are passed to the channel 84 via the holes 94 therein inner tube 24, and out of the reactor via tube 96 for either further processing, storage or consumption.

Bränslet till ugnen tillföres kanalen 16 via ett rör 98 och passe- rar därefter in i brännarrummet 60 via munstyckena 14. Luft tillföres 7. 7713225-6 kanalen 18 via ett rör l00 och kommer in i brännarrummet via ringformade passager 102 som omger varje munstycke 14. Bränsle- och luftförbränningmi sker i brännarrumet 60. De yttre muffarna tjänar till att jämt fördela värmen mellan och omkring alla reaktorerna. De varma gaserna kommer in genom den ringformade delens 92 inlopp 104, passerar genom kanalerna 64 och lämnar ugnen via röret 103, varvid de avger värme till reaktorerna, medan de passerar över desammas utsida.The fuel for the furnace is supplied to the duct 16 via a pipe 98 and then enters the burner chamber 60 via the nozzles 14. Air is supplied 7. 7713225-6 the channel 18 via a tube 100 and enters the burner chamber via annular passages 102 surrounding each nozzle 14. Fuel and air combustion mi takes place in the burner chamber 60. The outer sleeves serve to distribute evenly the heat between and around all the reactors. The hot gases come in through the inlet 104 of the annular portion 92, passes through the channels 64 and leaving the furnace via the pipe 103, delivering heat to the reactors, as they pass over the outside of them.

Uppfinningen medger anordnande av många reaktorer tätt vid sidan av varandra i ugnen, enär den medger relativt jämn värmefördelning till alla reaktorerna (inklusive de, som är anordnade i mitten av ett stort arnnme- mang) såväl som den förhindrar alltför stor och ojämn uppvärmning av reaktorerna vid sidan av ugnsväggen.The invention allows the arrangement of many reactors close to the side each other in the oven, since it allows relatively even heat distribution to all the reactors (including those located in the middle of a large mang) as well as preventing excessive and uneven heating of the reactors next to the furnace wall.

Det bör framgå att förgreningsrörsarrangemanget och brännarkonstruk- tionen enligt figurerna endast är exempel på och utgör ej del av eller är kritiska för föreliggande uppfinning. Det bör också framgå att upp- finningen är inte begränsad till ångomvandling av kolvätebränslen för framställning av väte. Värmeöverföringsbegreppet, som uppfinningen ju är baserad på, kan också användas för andra endotermiska, katalytiska reaktioner.It should be apparent that the manifold arrangement and burner design the tion according to the figures is only an example of and does not form part of or are critical to the present invention. It should also be noted that the find is not limited to steam conversion of hydrocarbon fuels for production of hydrogen. The concept of heat transfer, as the invention of course is based on, can also be used for other endothermic, catalytic reactions.

Figurerna 3 och 4 visar ett annat uppfinningsutförande. Komponenter motsvarande de i figurerna l och 2 har samma hänvisningsbeteckningar. I detta utförande är de yttre muffarna ersatta med värmeskärmar 200. Varje värmeskärm är anordnad över reaktorns topp och omger delvis de översta två tredjedelarna av den del av reaktorn som är anordnad i brännar- rummet. Den del, som omges eller avskärmas, är den del som vänder mot brännarrummsväggen och som annars skulle vara utsatt för direkt värme- utstrålning härifrån och för de allra högsta brännarrumstemperaturer.Figures 3 and 4 show another embodiment of the invention. Components corresponding to those in Figures 1 and 2 have the same reference numerals. IN In this embodiment, the outer sleeves are replaced with heat shields 200. Each heat shield is arranged over the top of the reactor and partly surrounds the top ones two thirds of the part of the reactor located in the burner the room. The part that is surrounded or shielded is the part that faces the burner compartment wall and which would otherwise be exposed to direct heat radiation from here and for the very highest burner room temperatures.

Den sida av reaktorn, som vänder bort från brännarrumsväggen, är inte avskärmad. Detta syftar till att uppnå en mera likartad periferisk tem- peraturfördelning omking reaktorn, samt medger något varmt gasflöde mellan värmeskärmen 200 och reaktorn. Värmeisoleringen 201 är anbringad mellan kapselmuttern 40 och värmeskärmen 200. Gastemperaturen och där- med utstrålningsuppvärmningen är något lägre i brännarrummets nedersta tredjedel, då det redan överförts energi från brännarrummet till reak- torernas översta delar, och är därför muffar och värmeskärmar ej nöd- vändiga här. Reaktorer som inte anordnats vid sidan av brännarrumsväggen är respektive försedda med en värmeledande muff 202, som sträcker sig kring de nedersta två tredjedelarna av den del av reaktorn som är anord- nad i brännarrummet. Detta avser att fördela värmen jämnare mellan och runtom reaktorerna vid utstrålning och konduktion. 7713225-6 a.The side of the reactor that faces away from the burner chamber wall is not shielded. This aims to achieve a more similar peripheral temperature. temperature distribution around the reactor, and allows some hot gas flow between the heat shield 200 and the reactor. The thermal insulation 201 is applied between the canister nut 40 and the heat shield 200. The gas temperature and with the radiant heating is slightly lower in the bottom of the burner chamber third, when energy has already been transferred from the burner chamber to the the upper parts of the towers, and therefore sleeves and heat shields are not turn here. Reactors not arranged next to the burner chamber wall are respectively provided with a heat-conducting sleeve 202, which extends around the bottom two thirds of the part of the reactor which is arranged nad in the burner room. This is to distribute the heat more evenly between and around the reactors during radiation and conduction. 7713225-6 a.

Figur 5 visar ytterligare ett utförande av uppfinningen. I detta ut- förande är varje reaktor 20 omgiven av en muff 204 med räfflor eller ut- skärningar 206. Utskärningarna låter de varma gaserna i brännarrummet komma in i den ringformade kanal 208, som omger varje reaktor, vid olika ställen utmed reaktorn.Storleken och formen på samt anordnandet av ut- skärningarna 206 och längden på muffarna 204 kan göras sålunda, att jämn temperatur erhålles mellan och runtom reaktorerna. Naturligtvis kan utskärningar som anses nödvändiga eller önskvärda för att uppnå jämna temperaturer användas i.samband med respektive av ovan beskrivna utfö- randen. För att uppnå bästa möjliga resultat med vilket som helst arnuge- ,mang av reaktionsrör är det förmodligen nödvändigt att experimentera med olika konstruktioner.Figure 5 shows a further embodiment of the invention. In this edition each reactor 20 is surrounded by a sleeve 204 with grooves or extensions. cuts 206. The cuts allow the hot gases in the burner chamber enter the annular channel 208, which surrounds each reactor, at different places along the reactor.The size and shape of and the arrangement of the cuts 206 and the length of the sleeves 204 can be made so that even temperature is obtained between and around the reactors. Of course can cutouts that are considered necessary or desirable to achieve even temperatures are used in connection with each of the embodiments described above. the edges. In order to achieve the best possible results with any , mang of reaction tubes, it is probably necessary to experiment with different constructions.

Utförandet enligt figurerna 6 och 7 visar ytterligare ett sätt att anordna muffar. Här är rektangulära muffar 218 utformade kring varje reaktor 20 med hjälp av paneler 220, som är anordnade kors och tvärs och som griper in i varandra.The embodiment according to Figures 6 and 7 shows a further way of arrange sleeves. Here, rectangular sleeves 218 are formed around each reactor 20 by means of panels 220, which are arranged crosswise and which intervene in each other.

Exempel I en ångomvandlingsreaktionsapparatur med 19 rör och påminnande om den enligt figurerna 3 och 4 och med ett arrangemang enligt figur 2 var varje reaktor 152 cm lång mätt från inloppet 32 och uppvisade densamma en yttervägg med diametern 22,86 cm. Halva reaktorn (76,2 cm) sträckte sig in i brännarrummet. Muffarna 202 var 50,8 cm långa. Avståndet mellan intilliggande- reaktorers ytterväggar var 7,62 cm och reaktorerna vid sidan av ungsväggen var anordnade 10,16 - 12,70 cm från densamma. Mellan- rummet mellan muffen 202 och ytterväggen 22 var 0,63 cm, mellanrummet mellan ytterväggen och innerväggen 24 var 2,54 cm, mellanrummet mellan innerväggen och proppen 46 var 0,63 cm och mellan röret 62 och ytter- väggen var det 3,18 cm. Värmeskärmarna 200 var 45,72 cm långa och sträck- te sig 1800 runt respektive reaktor. Muffarna och Värmeskärmarna var av ~rostfritt stål. Bränngaskanalen var fylld med raschigringar av aluminiunv oxid med diametern 1,27 cm och katalysatorn hade formen av cylindriska pariktlar.Example In a steam conversion reaction apparatus with 19 tubes and reminiscent of the one according to Figures 3 and 4 and with an arrangement according to Figure 2 was each reactor 152 cm long measured from the inlet 32 and exhibited the same an outer wall with a diameter of 22.86 cm. Half the reactor (76.2 cm) stretched into the burner chamber. The sleeves 202 were 50.8 cm long. The distance between the outer walls of adjacent reactors were 7.62 cm and the reactors at the side of the cubicle wall was arranged 10.16 - 12.70 cm from it. Between- the space between the sleeve 202 and the outer wall 22 was 0.63 cm, the space between the outer wall and the inner wall 24 was 2.54 cm, the space between the inner wall and the plug 46 were 0.63 cm and between the tube 62 and the outer the wall was 3.18 cm. The heat shields 200 were 45.72 cm long and te sig 1800 around the respective reactor. The sleeves and heat shields were off ~ stainless steel. The fuel gas channel was filled with raschigrings of aluminum no oxide with a diameter of 1.27 cm and the catalyst was in the form of cylindrical pariktlar.

Processbränslet utgjordes av nafta som leddes in i katalysatorbott- nen i form av en ångblandning av 4,5 delar ånga per viktenhet. Process- bränslets hastighet var ca ll,3 kg/h per reaktor med en total bränsle- hastighet på ca 215 kg/h.The process fuel consisted of naphtha which was introduced into the catalyst bed. in the form of a steam mixture of 4.5 parts steam per unit weight. Process- the fuel velocity was about 11.3 kg / h per reactor with a total fuel speed of about 215 kg / h.

En omvandlingsgrad på 95% uppnåddes och reaktorernas samlade ter- miska effektivitet var 90%. Den maximala genomsnittliga temperaturvaria- tionen mellan reaktorrören eller periferiskt runtom enskilt rör medA conversion rate of 95% was achieved and the total chemical efficiency was 90%. The maximum average temperature variation between the reactor pipes or peripherally around individual pipes with

Claims

7715225-6 the same axial position was maintained at 15.6 ° C. This corresponds to a maximum average temperature variation of about 120 DEG C. during a test, where an arrangement of seven tubes is used (one tube surrounded by six tubes), which are not provided with sleeves (i.e. heat shields or the like) in the burner chamber. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be modified and further modified within the scope of the appended claims without departing from the spirit and spirit of the invention. Endothermic reaction apparatus, characterized in that a furnace for generating heat for an endothermic reaction and comprising a propagating heating part and a wall means, which form a burner space, the furnace also comprising an outlet means in connection therewith and a means in connection with the burner chamber and intended to lead fuel and oxidizing agent into the burner chamber, and a number of tubular reactors, which are arranged close to each other in the furnace, each comprising a first part of the burner chamber and a second part forming an extension of the first the part and which are arranged in the propagating heating part of the furnace, the heating part comprising inlet and outlet means, the inlet means communicating with the burner space and the outlet means with the outlet means of the furnace, and partly sleeve means arranged in the burner space to reduce between the reactors, the sleeve means comprising screen means, v which are arranged between the wall means of the burner space and the reactors next to the wall means in order to reduce the radiant heating of the reactors next to the first part of the wall means.

Reaction apparatus according to claim 1, characterized in that the shielding means consists of sleeves which are spaced apart around the first part of the reactors next to the wall means and which form an annular part around the respective first part, each annular part comprising a gas inlet means allowing the hot gas in the burner compartment to flow into the annular part and a gas outlet means in connection with the propagating heating part.

Reaction apparatus according to claim 1, characterized in that the sleeve means also comprise screens which surround the first part of the reactors which are not arranged next to the wall, the screens being arranged at intervals to the first part so that an annular part is formed around respective first part, the respective annular part comprising an inlet means which allows hot gases from 7713225-6 g 10. the burner space flows into the annular part and outlet means in connection with the propagating heating part and wherein the screens, the inlet means to the annular part and the screen means are art arranged and arranged in such a way that essentially the same temperature conditions are obtained around the first part of each reactor.

Reaction apparatus according to claim 3, characterized in that the propagating heating part comprises a wall means surrounding the second part of each reactor and thereby forming an annular flue gas duct, each annular duct formed by the sleeves being an extension of the flue gas duct and surrounding respective reactor.

Reaction apparatus according to claim 2, characterized in that the screen means comprise sleeves around the first part of all reactors, the sleeves forming an annular channel around the respective first part, the annular channels respectively comprising an inlet means which allows hot gases from the burner space to flow in. in the ducts - as well as an outlet means in connection with the propagating heating part of the furnace and wherein the sleeves and inlet means of the annular ducts are designed and arranged such that substantially the same heating conditions are obtained around the first part of each reactor.

Reaction apparatus according to claim 5, characterized in that the propagating heating part comprises a wall means surrounding the second part of the respective reactor and thereby forming an annular fuel gas channel, which is coaxial with and arranged next to the reactors, each annular channel surrounding the first part of each reactor, in that it is an extension of the fuel gas channel around the reactor.

Reaction apparatus according to claim 6, characterized in that the respective flue gas duct is filled with heat-conducting material.

Reaction apparatus according to claim 1, characterized in that the apparatus is a steam conversion apparatus and each reactor contains a steam conversion catalyst.

Endothermic reaction apparatus according to claim 1, characterized in that the reactors are arranged vertically in the furnace and that the first parts are the uppermost parts of the reactors.

Reaction apparatus according to claim 1 for catalytic steam conversion, characterized partly by a furnace for generating heat for the steam conversion reaction and comprising a wall means forming a burner space for burning fuel and generating hot gases, and partly a number of tubular reactors, which are arranged vertically and closely next to each other in the oven and which comprise respectively 7713225-6 ll. inner and outer wall means forming an annular reaction chamber with a steam conversion catalyst, each reaction chamber comprising a first and a second part and an inlet and an outlet end, the first part comprising the outlet end and being arranged in the burner space and the second part being arranged outside , each reaction chamber being connected to a means forming a narrow annular regeneration chamber coaxial with and disposed in the reaction chamber, the regeneration chamber having an inlet and an outlet end where the inlet end is intended to receive all the reaction products. from the outlet end of the reaction chamber and wherein the regeneration chamber is adapted to direct the reaction products in the opposite direction to the flow through the reaction chamber and to transfer only appreciable heat, which is already present in the reaction products at the outlet end of the reaction chamber, back to the reaction chamber. the temperature difference between the reactors, the sleeve means comprising screen means arranged between the wall means of the burner space and the reactors next to the wall means for reducing the radiant heating of the first parts of the reactors next to the wall means, and screens arranged at a distance from and around the first reactors. parts and wherein each annular duct comprises a gas inlet means which allows the hot gas from the burner chamber to flow into the annular ducts and on the one hand a wall means which surrounds the other parts of the reactors and which form annular combustion gas ducts coaxial with and arranged next to the reactors, the annular channels surrounding the first parts of the reactors in extension of the reactors' flue gas channels and directing the hot furnace gas in the opposite direction to the flow through the reaction chamber to supply it with heat. ll. Catalytic steam conversion apparatus according to claim 10, characterized in that the first parts are the upper parts of the reactors. BEFORE PUBLICATIONS: