SE423896B - COMPACT CATALYTIC REACTION EQUIPMENT FOR THE PRODUCTION OF GAS PRODUCTS FROM THE HYDRAULIC FUEL - Google Patents

COMPACT CATALYTIC REACTION EQUIPMENT FOR THE PRODUCTION OF GAS PRODUCTS FROM THE HYDRAULIC FUEL

Info

Publication number
SE423896B
SE423896B SE7713226A SE7713226A SE423896B SE 423896 B SE423896 B SE 423896B SE 7713226 A SE7713226 A SE 7713226A SE 7713226 A SE7713226 A SE 7713226A SE 423896 B SE423896 B SE 423896B
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
chamber
reaction
reaction chamber
wall
reactor
Prior art date
Application number
SE7713226A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE7713226L (en
Inventor
R F Buswell
R A Sederquist
D J Snopkowski
Original Assignee
United Technologies Corp
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
Priority claimed from US05/827,804 external-priority patent/US4098589A/en
Application filed by United Technologies Corp filed Critical United Technologies Corp
Publication of SE7713226L publication Critical patent/SE7713226L/en
Publication of SE423896B publication Critical patent/SE423896B/en

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
    • B01J8/06Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/062Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes being installed in a furnace
    • 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
    • C01B3/38Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/384Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
    • 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
    • B01J2208/00026Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2208/00035Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
    • B01J2208/00044Temperature measurement
    • B01J2208/00061Temperature measurement of the reactants
    • 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
    • B01J2208/00026Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2208/00035Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
    • B01J2208/00097Mathematical modelling
    • 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
    • B01J2208/00477Controlling the temperature by thermal insulation means
    • B01J2208/00495Controlling the temperature by thermal insulation means using insulating materials or refractories
    • 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
    • B01J2208/00008Controlling the process
    • B01J2208/00017Controlling the temperature
    • B01J2208/0053Controlling multiple zones along the direction of flow, e.g. pre-heating and after-cooling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

7713226-4 i_2_ producerade värmeenergin ugnen i form av spillgas med hög temperatur (d.v.s. värmeförlust). Följaktligen skall stora mängder bränsle användas för att uppnå en hög uppvärmningsgrad. Ifall värmeenergin inte utnyttjas till en sidolöpande process, såsom ångframställning, går densamma förlo- rad. Även om spillvärmen utnyttjas, användes den inte för framställning av väte, och därmed reduceras reaktorns termiska effektivitet, och om- kostnaderna för väteproduktionen stiger. 7713226-4 i_2_ produced the heat energy of the furnace in the form of waste gas with high temperature (i.e. heat loss). Consequently, large amounts of fuel must be used to achieve a high degree of heating. If the heat energy is not used for a side-by-side process, such as steam production, it is lost. Even if the waste heat is used, it is not used for the production of hydrogen, and thus the thermal efficiency of the reactor is reduced, and the costs of hydrogen production rise.

Sidolöpande med utvecklingen av bränslecellkraftanläggningen upp- stod behovet för billigt väte som bränsle, såväl som behovet för låga anläggningsomkostnader, så attbfiàsbaælfluaftmfläqnfimfim var i stånd till att konkurna2.med existerande elektriska kraftanläggningar. Dessa behov motiverade industrin ytterligare till att nedbringa storleken av och kostnaderna för den bränslebehandlingsapparatur som användes vid omvand- ling av kolvätebränslen till väte. De amerikanska patentskrifterna 3 144 312 och 3 541 729 försöker bägge att reducera reaktionsapparatu- rens storlek och samtidigt öka den termiska effektiviteten. I hur hög grad detta lyckas, om det lyckas, är inte lätt att fastställa, men i efterföljande beskrivning kommer nackdelarna med dessa konstruktioner att framhävas vid jämförelse med föreliggande uppfinning.In parallel with the development of the fuel cell power plant, the need for cheap hydrogen as a fuel arose, as well as the need for low construction costs, so that Bsbaæl 'uaftm fl äqn fi m fi m was able to compete with existing electric power plants. These needs further motivated the industry to reduce the size and cost of the fuel treatment equipment used in the conversion of hydrocarbon fuels to hydrogen. U.S. Pat. Nos. 3,144,312 and 3,541,729 both seek to reduce the size of the reaction apparatus while increasing thermal efficiency. The extent to which this succeeds, if successful, is not easy to determine, but in the following description, the disadvantages of these constructions will be highlighted in comparison with the present invention.

Amerikansk patentskrift 3 909 299 visar en ångomvandlingsreaktor- konstruktion med några fördelaktiga egenskaper, men denna är inte heller så effektiv eller kan bliva så kompakt som apparaturen enligt uppfin- - ningen såsom framgår nedan.U.S. Pat. No. 3,909,299 discloses a steam conversion reactor construction having some advantageous properties, but it is also not as efficient or can be as compact as the apparatus of the invention as set forth below.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en kata- lytisk reaktionsapparatur som kan fungera vid hög termisk reaktoreffek- tivitet.An object of the present invention is to provide a catalytic reaction apparatus which can operate at high thermal reactor efficiency.

Vidare avses att åstadkomma en kompakt katalytisk reaktionsappa- ratur.Furthermore, it is intended to provide a compact catalytic reaction apparatus.

Ett tredje ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en kataly- tisk reaktionsapparatur, som inte endast är kompakt utan också uppvisar hög termisk reaktoreffektivitet och som fungerar vid höga uppvärmnings- grader.A third object of the invention is to provide a catalytic reaction apparatus which is not only compact but also exhibits high thermal reactor efficiency and which operates at high degrees of heating.

Den katalytiska reaktionsapparaturen enligt uppfinningen består av en ringformad reaktionskammare i en ugn, där reaktionsvärmen alstras av l) varm ugnsgas, som strömmar i motsatt riktning mot flödet genom reak- tionskammaren inne i en smal ringformad del, som är koaxiell med och anordnad vid sidan av den ringformade reaktionskammarens yttre vägg och av 2) regenerationsvärme från de reaktionsprodukter som lämnar reaktions- kammaren och som strömmar mot flödet genom reaktionskammaren inne i en -3- 7715226-4 trång ringformad del, som är koaxiell med och anordnad vid sidan av reaktionskammarens inre vägg, där den ringformade del som transporterar reaktionsprodukterna i huvudsak är isolerad från ugnsgasens värmepåver- kan. Uppfinningen är speciellt lämpad för anbringande av ett stort antal reaktorer i ett kompakt ugnsrum.The catalytic reaction apparatus according to the invention consists of an annular reaction chamber in a furnace, where the heat of reaction is generated by l) hot furnace gas flowing in the opposite direction to the flow through the reaction chamber inside a narrow annular part coaxial with and arranged next to the outer wall of the annular reaction chamber and of 2) regeneration heat from the reaction products leaving the reaction chamber and flowing towards the flow through the reaction chamber inside a narrow annular part coaxial with and arranged next to the inner wall of the reaction chamber , where the annular part transporting the reaction products is mainly insulated from the heat action of the furnace gas. The invention is particularly suitable for mounting a large number of reactors in a compact furnace space.

För att med låga omkostnader uppnå höga uppvärmningsgrader (d.v.s. den hastighet med vilken värmen överföres från de varma ugnsgaserna till reaktionsströmmen per väggytenhet, som âtskiljer de två strömmarna) krävs ett kompakt anbringande. Hög termisk reaktoreffektivitet kräver en hög omvandling av processbränsle till väte tillsammans med en minimal bräns- leförbrukning i ugnen. Invecklade och dyra konstruktioner i syfte att ungå extrema termiska belastningar uppkomna vid temperaturskillnader mellan de förbundna delarna, torde inte vara nödvändiga.In order to achieve high heating rates at low cost (i.e. the rate at which heat is transferred from the hot furnace gases to the reaction stream per wall unit, which separates the two streams), a compact application is required. High thermal reactor efficiency requires a high conversion of process fuel to hydrogen together with a minimal fuel consumption in the furnace. Intricate and expensive constructions in order to avoid extreme thermal loads arising from temperature differences between the connected parts, should not be necessary.

Ovanstående uppnås medelst uppfinningen, i vilken tvâ strömmar ut- nyttjas till att värma upp reaktionsströmmen. Huvudvärmekällan kommer från det motströmmande flödet av ugnsgaser genom en smal ringformad del längs den ringformade reaktionskammarens yttre vägg, medan den andra värmekällan utgöres av regenerationsvärme från de reaktionsprodukter som lämnar reaktionskammaren och som strömmar motsatt väg genom en smal ring- formad del längs denna inre vägg. Utnyttjandet av motsatta flöden och smala ringformade gasuppvärmningskanaler är nödvändigt för att uppnå optimal uppvärmningshastighet och optimal termisk reaktoreffektivitet.The above is achieved by means of the invention, in which two streams are used to heat the reaction stream. The main heat source comes from the countercurrent flow of furnace gases through a narrow annular portion along the outer wall of the annular reaction chamber, while the other heat source is regenerative heat from the reaction products leaving the reaction chamber and flowing opposite through a narrow annular portion along this inner wall. The utilization of opposite flows and narrow annular gas heating ducts is necessary to achieve optimum heating rate and optimum thermal reactor efficiency.

En hög överföringseffektivitet av regenerationsvärme, nedsätter det nöd- vändiga ugnsvärmeutbytet per processbränsleströmningsenhet. Därför kan mera bränsle behandlas med samma bränsleförbrukning i ugnen (d.v.s. att apparaturen fungerar med en samlad högre termisk effektivitet). Storle- ken på det ringformade mellanrummet i respektive av de två ringformade kanalerna, som leder de varma gaserna i värmeöverföringsförhållande till reaktionskammaren, är i detta samband kritiskt, idet de bestämmer hur mycket av den till rådighet stående värmen i värmeströmmarna som rent faktiskt överföras till reaktionsströmmen.A high transfer efficiency of regeneration heat reduces the necessary furnace heat output per process fuel flow unit. Therefore, more fuel can be treated with the same fuel consumption in the furnace (i.e. the appliance works with an overall higher thermal efficiency). The magnitude of the annular gap in each of the two annular channels which conduct the hot gases in heat transfer relationship to the reaction chamber is critical in this connection, determining how much of the available heat in the heat streams is actually transferred to the reaction stream. .

Vid beskrivningen av föreliggande uppfinning är det ändamålsenligt att betrakta den parameter som heter värmeöverföringseffektivitet (E).In describing the present invention, it is expedient to consider the parameter called heat transfer efficiency (E).

Värmeöverföringseffektiviteten motsvarar värmeströmmens entalphivariation dividerad med den teoretiskt maximala entalphivariationen. Med andra ord, om uppvärmningsströmmen har entalphin El vid densammas inloppstem- peratur Tl och entalphin E2 vid utloppstemperaturen T2, och ifall den uppvärmda strömmen har en inloppstemperatur T3, så framgår värmeöver- föringseffektiviteten mellan de två strömmarna av följande funktion: 7713226-4 - 4- 1 2 E: El - E3 där E3 = värmeströmmens entalphi vid temperaturen T3.The heat transfer efficiency corresponds to the enthalpy variation of the heat flow divided by the theoretically maximum enthalpy variation. In other words, if the heating stream has enthalphine E1 at its inlet temperature T1 and enthalphin E2 at the outlet temperature T2, and if the heated stream has an inlet temperature T3, then the heat transfer efficiency between the two streams is shown by the following function: - 7713226 - 1 2 E: El - E3 where E3 = enthalpy of heat flow at temperature T3.

Det är också viktigt att definiera reaktorns termiska effektivitet (? ): N LHV ( i H2) ( H2) (F (LHvr) +åFf (LHvf) där NH2 = nettomängden producerat väte, LHVH2 = vätets nedre värmnings- r) värde, Fr = den.processbränslemängd som tillföres reaktionen, och LHVr och LHVf = de nedre uppvärmningsvärdena för processen respektive ugns- bränslet. Ovanstående förutsätter att väte är den önskade reaktionspro- dukten. Funktionen kan lätt ändras att avse andra reaktionsprodukter.It is also important to define the thermal efficiency of the reactor (?): N LHV (in H2) (H2) (F (LHvr) + åFf (LHvf) where NH2 = net amount of hydrogen produced, LHVH2 = lower hydrogen heating r) value, Fr = the amount of process fuel added to the reaction, and LHVr and LHVf = the lower heating values for the process and the furnace fuel respectively. The above assumes that hydrogen is the desired reaction product. The function can be easily changed to refer to other reaction products.

Det är en fördel att komma ihåg att ?>, är nästan proportionellt mot E, varvid hög effektivitet kräver hög värmeöverföringseffektivitet.It is an advantage to remember that?>, Is almost proportional to E, with high efficiency requiring high heat transfer efficiency.

Huvudfördelen med reaktionsapparaturen enligt uppfinningen är, att densamma kan ge en hög termisk reaktoreffektivitet över ett brett område av uppvärmningsgrader (inklusive mycket höga sådana), samtidigt som apparaturen är kompakt. Resultatet är ett hållbart, kompakt, ekonomiskt och effektivt utförande, som medger höga genomströmningar av process- bränsle.The main advantage of the reaction apparatus according to the invention is that it can give a high thermal reactor efficiency over a wide range of heating degrees (including very high ones), while the apparatus is compact. The result is a sustainable, compact, economical and efficient design, which allows high throughput of process fuel.

Uppfinningen skall nedan närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar, i vilka figur l är ett delvis lodrät tvärsnitt genom den katalytiska reaktionsapparaturen enligt uppfinningen, och figur 2 är ett tvärsnitt genom apparaturen enligt figur l och i huvudsak längs linjen 2-2.The invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 is a partially vertical cross-section through the catalytic reaction apparatus according to the invention, and Figure 2 is a cross-section through the apparatus according to Figure 1 and substantially along line 2-2.

Ett exempel på den katalytiska reaktionsapparaturen 10 enligt upp- finningen visas i figurerna l och 2. I detta utförande är syftet med apparaturen_en ângomvandling av omsättningsbart kolvätebränsle till väte medelst passande katalysatorer. Apparaturen 10 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 invention is shown in Figures 1 and 2. In this embodiment, the object of the apparatus is a conversion of convertible hydrocarbon fuel to hydrogen by means of suitable catalysts. The apparatus 10 comprises a furnace 12 with combustion nozzles 14, a fuel collecting pipe 16 and an air collecting pipe 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. Reaktionskammaren är fylld med ângomvandlingskata- lysatorpartiklar 28, som vilar på ett gitter 30 som är anbringat vid reaktionskammarens inlopp 32. Vilken som helst passande ångomvandlings- - 5- 7715226-4 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 cylindrical wall or inner tube 24, between which an annular reaction chamber 26 is defined. The reaction chamber is filled with conversion catalyst particles 28, which rest on a grid 30 mounted at the inlet 32 of the reaction chamber. Any suitable steam 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 wall 22 is closed at the upper end 38 by a capsule nut 40. .

Det inre röret 24 har en övre inloppsände 42 och en nedre utloppsände 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 below 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 reaktionskammare 48 med ett inlopp 49. Proppen 46 kan vara en massiv stång, men i exemplifierat utförande är den ett rör som är tillsluten 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 diameter of which is slightly smaller than the inner diameter of the inner tube, forming an annular reaction chamber 48 with an inlet 49. The plug 46 may be a solid rod, but in the exemplary embodiment it is a tube which is closed at one end by a capsule nut 50 so that the reaction products leaving the reaction chamber 26 will 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 returne- ra värme från de reaktionsprodukter, som lämnar utloppet 36, till reak- tionskammarens katalysatorbotten, varför med hänsyn till uppfinningen, regenerationskammarens 48 utlopp 54 skall tänkas vara anbringat i ome- delbar närhet av katalysatorbottens 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 ut- loppsänden 44. I den konstruktion som visas i figur 1, är där en viss förvärmning av processbränslet innan detsamma ledes in i katalysator- botten, men är detta ej kritiskt för uppfinningen. Vidare sträcker sig proppen 46 i exemplifierat utförande i reaktionskammarens fulla längd således, att regenerationskammarens inlopp 49 är anordnat i omedelbar närhet av reaktionskammarens utlopp 36, men även om detta är att föredra, kan regenerationskammarens inlopp anbringas var som helst mellan reak- tionskammarens inlopp och utlopp genom att använda en kortare propp.In the invention, the task of the regeneration chamber is to return heat from the reaction products leaving the outlet 36 to the catalyst bottom of the reaction chamber, so for the purposes of the invention, the outlet 54 of the regeneration chamber 48 is to be arranged in the immediate vicinity of the catalyst bottom inlet 32 instead. for at the outlet end 44 of the inner tube, despite the fact that the space 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 a certain preheating of the process fuel before it is led into the catalyst bottom, but this is not critical to the invention. Furthermore, in the exemplary embodiment, the plug 46 extends the full length of the reaction chamber so that the inlet 49 of the regeneration chamber is arranged in the immediate vicinity of the outlet 36 of the reaction chamber, but although this is preferred, the inlet of the regeneration chamber can be arranged anywhere between the inlet by using a shorter plug.

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 uppvärmes av ugnsgasens värmeenergi. Endast märkbar värme i reaktions- produkterna redan vid utloppet 36, överföres till reaktionskammaren.Note that the regeneration chamber is mainly isolated from the hot furnace gases. In order to achieve maximum reactor efficiency, it is important to prevent the reaction products in the regeneration chamber from being heated by the heat energy of the furnace gas. Only noticeable heat in the reaction products already at the outlet 36 is 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 kännetecknas av mycket höga temperaturer, betydlig stråluppvärmning, såväl som kon- 7713226-4 _ 6- ' vektionsuppvärmning av reaktorerna 20, och axiell (d.v.s. i reaktorernas axelriktning) såväl som radiell blandning av de innehållna gaserna.Each reactor 20 can be considered to comprise an upper part 56 and a lower part 58. The upper part is arranged in what is hereinafter referred to as 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 furnace is characterized by very high temperatures, considerable radiant heating, as well as convection heating of the reactors 20, and axial (i.e. in the axis direction of the reactors) as well as radial mixing of the contained gases.

Den nedre delen 58 av varje reaktor omges 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 an- * ordnat 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. Mellanrummet 72 mellan tillstötande rör 62 är fyllt med ett värmeisolerande material såsom keramiskt fiberisole- ringsmaterial som är anordnat på en platta 74, som sträcker sig tvärs 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 lower portion 58 of each reactor is surrounded by a cylindrical wall or tube 62 spaced from the wall 22, forming an annular fuel gas passage 64 with an inlet 66 and an outlet 67. The outlet 67 is disposed in the immediate vicinity of the reaction chamber 26. inlet. The channel 64 is filled with a heat conducting material such as alumina balls 70 resting on a grid 68. The gap 72 between adjacent tubes 62 is filled with a heat insulating material such as ceramic fiber insulating material arranged on a plate 74 extending transversely through the furnace and having holes through which the reactors 20 pass. The plate 74 and the material in the gap 72 prevent 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 ugnens botten 82. Mellan plattorna 78 och 80 bildas en reaktionsprodukt- kanal, 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 ytterväggar 22 stöter ned till plattan 78 och rören 62 stöter ned till plattan 74.In addition to the plate 74, the plates 76, 78 and 80 also extend across the furnace and form channels therebetween. The plate 80 rests on the bottom 82 of the furnace. A reaction product duct is formed between the plates 78 and 80, a process fuel inlet duct 86 is formed between the plates 76 and 78 and the plates 74 and 76 form a furnace gas outlet duct. The plugs 46 and the inner tubes 24 abut the bottom plate 80, the outer walls 22 of the reactors abut the plate 78 and the tubes 62 abut the plate 74.

Under drift ledes en blandad ström av ånga och omvandlingsbart kolvätebränsle från kanalen 86 till reaktionskammarens 26 inlopp 32 via hålen 90 i väggen 22, idet kanalen tillföres blandningen från ett rör 92. 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 de att reagera och samlar ytterligare värme. Vid utloppet 36 är reaktionsprodukternas temperatur maximal. De varma reaktionsproduk- terna passerar genom regenerationskammarens 48 inlopp 49. Efterhand som reaktionsprodukterna rör sig genom den ringformade regenerationskammarem överföres värmen härifrån tillbaka till reaktionskammaren 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.During operation, a mixed stream of steam and convertible hydrocarbon fuel is passed from the duct 86 to the inlet 32 of the reaction chamber 26 via the holes 90 in the wall 22, the duct being supplied to the mixture from a tube 92. The mixture immediately begins to be heated by the hot furnace gases flowing in the opposite direction. fuel gas channel 64 and begins to react under the influence of the catalyst particles 28. As the fuel, steam and reaction products move up through the reaction chamber 26, they continue to react and collect additional heat. At the outlet 36, the temperature of the reaction products is maximum. The hot reaction products pass through the inlet 49 of the regeneration chamber 48. As the reaction products move through the annular regeneration chamber, the heat is transferred from there back to the reaction chamber 26. Thereafter, the reaction products are passed to the channel 84 through the holes 94 in the inner tube 24, and out of the reactor. 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 munstycken l4. Luft tillföres ka- nalen 18 via ett rör l00 och kommer in i brännarrummet via ringformade -1- 7713226-4 passager 102 som omger varje munstycke 14. Bränsle- och luftförbrän- ningen sker i brännarrummet 60. De varma gaserna från brännarrummet pas- serar genom kanalerna 64 till kanalen 88 och sändes ut via röret l03.The fuel for the furnace is supplied to the duct 16 via a pipe 98 and then passes into the burner chamber 60 via nozzles 14. Air is supplied to the duct 18 via a pipe 100 and enters the burner chamber via annular passages 102 surrounding each nozzle 14. The fuel and air combustion takes place in the burner chamber 60. The hot gases from the burner chamber pass through the channels 64 to the channel 88 and transmitted via the tube 103.

Inne i brännarrummet är temperaturen normalt tillräckligt hög för att uppnå höga uppvärmningsgrader över reaktionskammarens övre delar 56, trots den förhållandevis låga värmeöverföringskoefficienten i detta om- råde. Efterhand som ugnsgasernas temperatur faller, medan de rör sig ytterligare bort från munstyckena, kommer uppvärmningsgraden normalt att bli oacceptabelt låg, men sker så ej enligt uppfinningen genom an- vändningen av ringformade bränngaskanaler över reaktorernas nedre delar 58. Dessa kanaler höjer, när de har den riktiga storleken, den lokala värmeöverföringskoefficienten och därmed nivån för värmeöverförings- effektiviteten. Detta resulterar i höga uppvärmningsgrader över såväl de övre som de nedre delarna till trots för ugnsgasernas lägre tempera- tur över de nedre delarna.Inside the burner chamber, the temperature is normally high enough to achieve high degrees of heating above the upper parts 56 of the reaction chamber, despite the relatively low heat transfer coefficient in this range. As the temperature of the furnace gases decreases as they move further away from the nozzles, the degree of heating will normally be unacceptably low, but this is not the case according to the invention through the use of annular fuel gas ducts over the lower parts of the reactors 58. These ducts increase when the correct size, the local heat transfer coefficient and thus the level of heat transfer efficiency. This results in high degrees of heating over both the upper and lower parts, despite the lower temperature of the furnace gases over the lower parts.

Storleken på de ringformade mellanrummen på bränngaskanalen, reak- tionskammaren och regenerationskammaren är av primär betydelse för att uppnå höga uppvärmningsgrader. Enligt uppfinningen är mellanrummen ut- formade för att medge högsta möjliga värmeöverföringseffektivitet, fören- lig med ugnsgasernas och reaktionsprodukternas önskade utloppstempera- tur. Även om värmeöverföringseffektiviteten teoretiskt stiger med sma- lare bränngaskanaler och mindre regenerationskammarmellanrum, kommer, inom ett speciellt användningsområde, praktiska begränsningar såsom maximalt tillåtbara väggtemperaturer och tryckfall i mellanrummen att bli viktiga faktorer i faställelsen av tillåtbara minimala mellanrums- storlekar. Reaktionskammarens mellanrumsstorlek är vald att tillsammans med storleken på bränngaskanalens och regenerationskammarens mellanrum åstadkomma tillräckligt hög temperatur över hela katalysatorbotten, utan att ugnsgaserna i bränngaskanalen värmer upp reaktionsprodukterna i regenerationskammaren på andra sidan om botten. Som nämnts ovan skall regenerationskammaren med andra ord vara fullständigt isolerad från ugnsgasernas uppvärmningspåverkan.The size of the annular spaces on the combustion gas channel, the reaction chamber and the regeneration chamber are of primary importance for achieving high degrees of heating. According to the invention, the gaps are designed to allow the highest possible heat transfer efficiency, compatible with the desired outlet temperature of the furnace gases and the reaction products. Although heat transfer efficiency theoretically increases with narrower flue gas ducts and smaller regeneration chamber gaps, within a particular area of use, practical limitations such as maximum allowable wall temperatures and pressure drops in the gaps will be important factors in determining allowable minimum gaps. The gap size of the reaction chamber is chosen to together with the size of the gap of the fuel gas channel and the regeneration chamber produce a sufficiently high temperature over the entire catalyst bottom, without the furnace gases in the fuel gas channel heating the reaction products in the regeneration chamber on the other side of the bottom. In other words, as mentioned above, the regeneration chamber must be completely isolated from the heating effect of the furnace gases.

I samband härmed är det intressant att jämföra uppfinningen med den apparatur som visas i ovannämnda U.S. patent 3 541 729 och 3 144 312.In this connection, it is interesting to compare the invention with the apparatus shown in the aforementioned U.S. Pat. patents 3,541,729 and 3,144,312.

I U.S. patent 3 541 729 strömmar ugnens uppvärmningsström i samma rikt- ning som flödet genom den ringformade katalysatorbotten längs densammas inre vägg. Denna metod är klart mindre effektiv och skild från uppfin- ningens motlöpande flöde längs bottens yttre vägg. Dessutom finns de högsta ugnsgastemperaturerna i närheten av katalysatorbottens inlopps- 7715226-4 i -s- ände, som är den kyligaste änden, således att värmeöverföringen i detta område kan bli så stor, att en betydlig värmemängd från ugnsgaserna över- föres till regenerationsströmmens övre delar i den ringformade delen 113.In U.S. Pat. U.S. Pat. No. 3,541,729 flows the heating current of the furnace in the same direction as the flow through the annular catalyst bottom along its inner wall. This method is clearly less effective and differs from the opposite flow of the invention along the outer wall of the bottom. In addition, the highest furnace gas temperatures are in the vicinity of the inlet end of the catalyst bottom, which is the coldest end, so that the heat transfer in this area can become so large that a significant amount of heat from the furnace gases is transferred to the upper parts of the regeneration stream. in the annular part 113.

Denna värme lämnar ugnen med reaktionsprodukterna, varvid reaktorns sam- lade termiska effektivitet nedsättes. Detta sker enligt uppfinningen, eftersom bränngasen är kallast vid reaktionskammarens inlopp som ett resultat av det motlöpande flödet.This heat leaves the furnace with the reaction products, thereby reducing the overall thermal efficiency of the reactor. This is done according to the invention, since the fuel gas is coldest at the inlet of the reaction chamber as a result of the opposing flow.

U.S. patent 3 144 312 skiljer sig från uppfinningen genom att ugnsgaserna befinner sig i närheten av den inre ringformade katalysator- botten. Vidare strömmar ugnsgaserna i närheten av både den inre och den yttre reaktionsströmmen i motsats till uppfinningen, i vilken regenera- tionsströmmen är i huvudsak isolerad från de varma ugnsgaserna, vilket är en viktig betingelse för uppfinningen. Bemärk vidare att den förhål- landevis kyliga yttre cylinderväggen 10 är fast anbringad på den rela- tivt varma inre cylinderväggen 9. De belastningar som uppstår på grund av differentiell termisk förökning mellan dessa två väggar, kommer an- tagligen att bli oacceptabelt höga och kunna förorsaka driftsfel. Där- till kommer att ingen av de kända apparaturerna är avsedd att användas med ett antal reaktorer i en enda ugn.U.S. U.S. Pat. No. 3,144,312 differs from the invention in that the furnace gases are located in the vicinity of the inner annular catalyst bottom. Furthermore, the furnace gases flow in the vicinity of both the internal and the external reaction stream in contrast to the invention, in which the regeneration stream is substantially isolated from the hot furnace gases, which is an important condition for the invention. Note further that the relatively cool outer cylinder wall 10 is fixedly attached to the relatively hot inner cylinder wall 9. The loads resulting from differential thermal propagation between these two walls are likely to be unacceptably high and could cause operating error. In addition, none of the known apparatuses is intended to be used with a number of reactors in a single furnace.

För att vända tillbaka till uppfinningen, har det fastslagits att ett relativt smalt område av mellanrumsstorlekar ger goda reaktortermiska effektiviteter vid såväl hög som låg processbränslegenomströmning. Det -värmeledande materialet 70 inne i kanalerna 64, förbättrar ytterligare värmeöverföringseffektiviteten och en likformig värmefördelning i jäm- förelse med ett ringformat mellanrum med samma storlek men utan värme- ledande material. Då värmeöverföringseffektiviteten förbättras med mind- re ringformade mellanrum, kan det värmeledande materialet i föreliggande utförande undvaras, ifall den ringformade bränngaskanalens storlek re- duceras. Denna ändring anses ligga inom uppfinningens ram, men en större ringformad kanal med värmeledande material är att föredra, eftersom det är svårare och dyrare att bevara acceptabla dimensionella toleranser, när mellanrummen blir mindre. Acceptabla mellanrumsstorlekar med och utan värmeledande material anges i tabell l, och bäst resultat uppnås om man håller sig inom de föredragna områden som anges i tabell 2. De angivna områdena är förmodade beräkningar, som huvudsakligen är base- rade på testresultat. Det skall noteras att för reaktorer med mycket stor eller mycket liten diameter skall de angivna områdena utvidgas. -9- 7715226-4 Tabell l Acceptabla ringformade mellanrumsstorlekar Reaktionskammare 7,62 - 50,8 mm Regenerationskammare 2,54 - 25,4 mm Bränngaskanal (utan värmeledande material) 2,54 - 25,4 mm Bränngaskanal (med värmeledande material) 12,7 - 76,2 mm Tabell 2 Föredragna ringformade mellanrumsstorlekar Reaktionskammare 12,7 - 38,10 mm Regenerationskammare 3,175 - 12,7 mm Bränngaskanal (utan värmeledande material) 6,35 - 12,7 mm Bränngaskanal (med värmeledande material) 12,7 - 50,8 mm Några andra faktorer som bestämmer valet av mellanrumsstorlek är: gasernas och katalysatorpartiklarnas egenskaper, tjocklek och termisk ledförmåga hos de väggar som âtskiljer denuppvärmande och den uppfihmda ga- sen, samt de olika strömmarnas Reynoldtal. Med hänsyn till väggarna som åtskiljer de motlöpande strömmarna, är dessa vanligen gjorda så tunna som möjligt, förenade med strukturell hâllfasthet, och av material, som inte är våldsamt dyra men som uppvisar god termisk ledningsförmåga. Ka- talysatorn väljes normalt på grund av god reaktionsförmåga och stor hållbarhet. Katalysatorpartikelstorleken väljes normalt så liten som möjligt för att ge maximal katalysatorytarea, men inte så liten att ett oacceptabelt tryckfall uppstår i reaktionskammaren.To return to the invention, it has been established that a relatively narrow range of gap sizes provides good reactor thermal efficiencies at both high and low process fuel throughput. The heat conducting material 70 inside the ducts 64 further improves the heat transfer efficiency and a uniform heat distribution compared to an annular space of the same size but without heat conducting material. As the heat transfer efficiency is improved at less annular intervals, the heat conductive material in the present embodiment can be dispensed with if the size of the annular fuel gas duct is reduced. This change is considered to be within the scope of the invention, but a larger annular channel with thermally conductive material is preferred, as it is more difficult and expensive to maintain acceptable dimensional tolerances as the gaps become smaller. Acceptable gap sizes with and without thermally conductive materials are given in Table 1, and the best results are obtained if one stays within the preferred ranges given in Table 2. The ranges given are assumed calculations, which are mainly based on test results. It should be noted that for reactors with very large or very small diameters, the specified ranges must be extended. -9- 7715226-4 Table l Acceptable annular gap sizes Reaction chamber 7.62 - 50.8 mm Regeneration chamber 2.54 - 25.4 mm Flue gas duct (without heat-conducting material) 2.54 - 25.4 mm Flue gas duct (with heat-conducting material) 12 , 7 - 76.2 mm Table 2 Preferred annular gap sizes Reaction chamber 12.7 - 38.10 mm Regeneration chamber 3.175 - 12.7 mm Flue gas duct (without heat-conducting material) 6.35 - 12.7 mm Flue gas duct (with heat-conducting material) 12, 7 - 50.8 mm Some other factors that determine the choice of gap size are: the properties of the gases and the catalyst particles, thickness and thermal conductivity of the walls that separate the heating and the heated gas, and the Reynolds number of the different streams. With regard to the walls which separate the opposing currents, these are usually made as thin as possible, combined with structural strength, and of materials which are not violently expensive but which exhibit good thermal conductivity. The catalyst is normally selected due to its good reactivity and high durability. The catalyst particle size is normally chosen as small as possible to give maximum catalyst area, but not so small that an unacceptable pressure drop occurs in the reaction chamber.

Exempel l.Example 1

I en ångomvandlingsreaktionsapparatur med 19 rör som liknar det som visas i figurerna 1 och 2, var varje reaktor 152,4 cm lång, mätt från inloppet 32 och hade en yttre vägg med diametern 22,86 cm. Halva reaktorn (76,2 cm) sträckte sig in i brännarrummet. Avståndet mellan in- till varandra liggande reaktorers yttre väggar 22 var 7,62 cm och reak- torerna sidan om ugnsväggen var placerade 10,16-12,7 cm från denna.In a 19 tube steam conversion reaction apparatus similar to that shown in Figures 1 and 2, each reactor was 152.4 cm long, measured from the inlet 32 and had an outer wall 22.86 cm in diameter. Half the reactor (76.2 cm) extended into the burner chamber. The distance between the outer walls 22 of adjacent reactors 22 was 7.62 cm and the reactors on the side of the furnace wall were located 10.16-12.7 cm from this.

Mellanrummet mellan den yttre väggen 22 och den inre väggen 24 var 27,9 mm, mellan den inre väggen 24 och proppen 46 6,35 mm och mellan röret 62 och den yttre väggen 22 31,75 mm. Bränngaskanalen var fylld med raschigringar av aluminiumoxid med diametern 12,7 mm och användes katalysatorn i form av cylindriska partiklar. Processbränslet utgjordes av nafta som leddes in i katalysatorbotten i form av en ångblandning av 7715226f4 -10- 4,5 delar ånga per viktenhet. Processbränslets hastighet var ca 11,3 kg/h per reaktor med en total bränslehastighet på ca 215 kg/h. En om- vandlingsgrad på 95% uppnåddes och reaktorernas samlade termiska effek- tivitet var 90%.The gap between the outer wall 22 and the inner wall 24 was 27.9 mm, between the inner wall 24 and the plug 46 6.35 mm and between the tube 62 and the outer wall 22 31.75 mm. The flue gas duct was filled with 12.7 mm diameter alumina rush rings and the catalyst was used in the form of cylindrical particles. The process fuel consisted of naphtha which was introduced into the catalyst bottom in the form of a vapor mixture of 4.5 parts of steam per unit weight. The process fuel speed was about 11.3 kg / h per reactor with a total fuel speed of about 215 kg / h. A conversion rate of 95% was achieved and the overall thermal efficiency of the reactors was 90%.

Exempel 2.Example 2.

I en ångomvandlingsreaktionsapparatur med endast ett rör enligt uppfinningen, var reaktorn 152,4 cm lång, mätt från inloppet 32 och upp- visade en yttre väggdiameter på 22,86 cm. Halva reaktorn (76,2 cm) sträckte sig in i brännarrummet. Avståndet mellan reaktorns yttervägg och ugnsväggen var runtom 7,62 cm. Mellanrummet mellan ytterväggen 22 och innerväggen 24 var 27,9 mm, mellan innerväggen och proppen 46 '6,35 mm och mellan röret 62 och ytterväggen 22 31,75 mm. Bränngaskanalen var fylld med aluminiumoxidkulor med en diameter på 12,7 mm, medan kata- lysatorn hade formen av cylindriska partiklar. Processbränslet var nafta 'som leddes in i botten som en ångblandning med 4,5 delar ånga per vikt- enhet. Processbränsleströmmens hastighet var 27,7 kg/h. Omvandlingsgra- den var 88% och reaktorns samlade termiska effektivitet var 87%.In a steam conversion reaction apparatus with only one tube according to the invention, the reactor was 152.4 cm long, measured from the inlet 32 and showed an outer wall diameter of 22.86 cm. Half the reactor (76.2 cm) extended into the burner chamber. The distance between the outer wall of the reactor and the furnace wall was around 7.62 cm. The space between the outer wall 22 and the inner wall 24 was 27.9 mm, between the inner wall and the plug 46 '6.35 mm and between the tube 62 and the outer wall 22 31.75 mm. The fuel gas channel was filled with alumina spheres with a diameter of 12.7 mm, while the catalyst was in the form of cylindrical particles. The process fuel was naphtha, which was introduced into the bottom as a steam mixture with 4.5 parts of steam per unit weight. The process fuel flow rate was 27.7 kg / h. The conversion rate was 88% and the overall thermal efficiency of the reactor was 87%.

Förgreningsrörarrangemanget och brännarkonstruktionen enligt rit- ningarna är endast exempel och är ej kritiska för eller utgör del av uppfinningen, idet uppfinningen avser såväl en som flera reaktioner.The manifold arrangement and burner construction according to the drawings are only examples and are not critical of or form part of the invention, the invention relating to both one and several reactions.

Dock är uppfinningen speciellt lämplig om flera reaktorer är anordnade i en enda ugn, enär densamma medger tätt anbringande av reaktorerna ge- nom att säkra såväl likformig som högeffektiv uppvärmning av reaktorer- nas nedre delar.However, the invention is particularly suitable if several reactors are arranged in a single furnace, since the same allows close application of the reactors by ensuring both uniform and highly efficient heating of the lower parts of the reactors.

Tätt anbringade reaktorer eller reaktorrör, innebär ett icke-lin- järt anordnande av minst tre reaktorer, där arrangemanget i huvudsak skall fylla ut brännarrumets inre och där reaktorerna är i huvudsak jämnt fördelade och anordnade med samma och rätt små mellanrum inne i brännarrummet. Exempelvis kan, förutsatt att brännarrummet är cylind- riskt, ett arrangemang med tre tätt anordnade reaktorer bestå av en lik- sidig triangel 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 reaktorer. Nio reaktorer kan anordnas i ett fyrkantarrange- mang bestående av tre parallella rader med respektive tre reaktorer.Tightly fitted reactors or reactor tubes involve a non-linear 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 distributed and arranged at the same and rather small spaces inside the burner chamber. For example, provided the burner chamber is cylindrical, an arrangement of three tightly arranged reactors may consist of an equilateral triangle with a reactor in each corner, an arrangement of five tubes may consist of a centrally located reactor surrounded by four in a square placed reactors. Nine reactors can be arranged in a square arrangement consisting of three parallel rows with three reactors, respectively.

Ett arrangemang av hexagonal typ med 19 reaktorer visas i figur 2. Vid alla tillfällen mottager åtminstone en del av varje reaktor en betydligt nedsatt mängd av utstrålning från brännarrummets vägg. Exempelvis mot- tager reaktorer närmast väggen betydligt nedsatt strålning på den sida som vänder bort från väggen, och vidare kommer en del av reaktorerna attAn arrangement of hexagonal type with 19 reactors is shown in Figure 2. At all times, at least a part of each reactor receives a significantly reduced amount of radiation from the wall of the burner chamber. For example, reactors closest to the wall receive significantly reduced radiation on the side facing away from the wall, and further, some of the reactors will

Claims (10)

_11- 7713226-4 mottaga en betydligt nedsatt strålning till följd av att andra reaktorer i arrangemanget spärrar för utstrålningen. Det bör också framhållas att uppfinningen inte är begränsad till ångomvandling av kolvätebränslen för framställning av väte. Värmeöver- föringsbegreppet, som uppfinningen ju är baserad på, kan också användas för andra endotermiska, katalytiska reaktioner. Det är för fackmannen uppenbart att föreliggande uppfinning kan ändras och modifieras inom ramen för efterföljande patentkrav utan att frângå uppfinningens idé och ändamål. Patentkrav_11- 7713226-4 receive a significantly reduced radiation due to other reactors in the arrangement blocking the radiation. It should also be noted that the invention is not limited to steam conversion of hydrocarbon fuels to produce hydrogen. The concept of heat transfer, on which the invention is based, can also be used for other endothermic, catalytic reactions. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be modified and modified within the scope of the appended claims without departing from the spirit and spirit of the invention. Patent claims 1. l. Katalytisk reaktionsapparatur, k ä n n e t e c k n a d a v dels ett organ som avgränsar ett brännarrum, i vilket bränsle förbrännes för att alstra varma gaser, dels minst en rörformad reaktor med en första del, som sträcker sig in i brännarrummet idet reaktorn uppvisar en yttre vägg och en inre vägg, varvid den inre väggen är anordnad med ett mellan- rum till den yttre väggen, så att det bildas en ringformad reaktionskam- mare för en reaktionskatalysator, och varvid reaktionskammaren uppvisar ett inlopp och ett utlopp, där utloppet är utformat i den del av reak- torn som sträcker sig in i brännarrummet, dels ett väggorgan som är anordnat relativt reaktionskammarens yttervägg så, att det bildas en smal, ringformad bränngaskanal, som sträcker sig koaxiellt med och vid sidan av reaktionskammaren, varvid nämnda kanal har en inloppsände i gasförbindelse med brännarrummet och en utloppsände i huvudsak vid si- dan av reaktionskammarens inloppsände, och varvid nämnda bränngaskanal är avpassad att leda varm gas från brännarrummet över reaktorns ytter- vägg i flödet genom reaktionskammarens motsatta riktning för att leda värme därtill, samt dels ett organ som är anordnat med mellanrum innan- för reaktorns innervägg således, att det bildas en smal ringformad re- generationskammare koaxiellt med och vid sidan av den ringformade reak- tionskammaren varvid den ringformade regenerationskammaren har en in- loppsände och en utloppsände, varvid regenerationskammarens inloppsände är avpassad att mottaga alla reaktionsprodukterna från reaktionskam- marens utloppsände och varvid regenerationsprodukterna i motsatt rikt- ning mot flödet genom reaktionskammaren och överföra märkbar värme, som redan finns i reaktionsprodukterna vid reaktionskammarens utloppsände, tillbaka till reaktionskammaren.1. l. Catalytic reaction apparatus, characterized by a means delimiting a burner chamber, in which fuel is burned to generate hot gases, and at least one tubular reactor with a first part extending into the burner chamber, the reactor having an outer wall and an inner wall, the inner wall being provided with a gap to the outer wall, so as to form an annular reaction chamber for a reaction catalyst, and the reaction chamber having an inlet and an outlet, the outlet being formed in the part of the reactor extending into the combustion chamber, and a wall member arranged relative to the outer wall of the reaction chamber so as to form a narrow, annular combustion gas channel extending coaxially with and beside the reaction chamber, said channel having an inlet end in gas connection to the burner chamber and an outlet end substantially at the side of the inlet end of the reaction chamber, and said combustion gas duct being assad to conduct hot gas from the burner chamber over the outer wall of the reactor in the flow through the opposite direction of the reaction chamber to conduct heat thereto, and partly a means arranged at intervals within the inner wall of the reactor so as to form a narrow annular regeneration chamber coaxially with and adjacent to the annular reaction chamber wherein the annular regeneration chamber has an inlet end and an outlet end, the inlet end of the regeneration chamber being adapted to receive all the reaction products from the outlet end of the reaction chamber and wherein the regeneration reaction means transfer appreciable heat already present in the reaction products at the outlet end of the reaction chamber back to the reaction chamber. 2. Katalytisk reaktionsapparatur enligt patentkrav 1, k ä n n e - t e c k n a d a v att reaktorns innervägg bildar ett cylindriskt rör som är koaxiellt med den ringformade reaktionskammaren, varvid det med _12... ~7v1s22e-4 mellanrum anordnade, organet innanför reaktorns innervägg utgöres av en cylindrisk propp, som anbringats i röret och som har en yttre väggyta anbringad inne i och på avstånd från reaktorns innervägg således, att den ringformade regenerationskammaren avgränsas.2. A catalytic reaction apparatus according to claim 1, characterized in that the inner wall of the reactor forms a cylindrical tube which is coaxial with the annular reaction chamber, the means inside the inner wall of the reactor being constituted by a 12 ... ~ 7v1s22e-4 spacing. plug, which is fitted in the tube and which has an outer wall surface fitted inside and at a distance from the inner wall of the reactor so that the annular regeneration chamber is delimited. 3. Katalytisk reaktionsapparatur enligt något av patentkraven l eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v att mellanrummet mellan regenerations- kammarens väggar är 0,254-2,54 cm, mellanrummet mellan bränngaskanalens väggar är 0,254-7,62 cm och mellanrummet mellan reaktionskammarens väggar är 0,762-5,08 cm.Catalytic reaction apparatus according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the space between the walls of the regeneration chamber is 0.254-2.54 cm, the space between the walls of the combustion gas channel is 0.254-7.62 cm and the space between the walls of the reaction chamber is 0.762-5 , 08 cm. 4. Katalytisk reaktionsapparatur enligt något av patentkraven l-3, k ä n n e t e c k n a d a v att reaktionskammaren innehåller en ångom- vandlingskatalysator och att den katalytiska reaktionsapparaturen inne- fattar ett organ för att införa ett omsättningsbart kolvätebränsle och ånga i reaktionskammarens inloppsände samt ett organ för att införa bränsle och oxideringsmedel i brännarrummet.Catalytic reaction apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the reaction chamber contains a steam conversion catalyst and in that the catalytic reaction apparatus comprises means for introducing a marketable hydrocarbon fuel and steam into the inlet end of the reaction chamber and and oxidizing agents in the burner chamber. 5. Katalytisk reaktionsapparatur enligt något av patentkraven l-4, k ä n n e t e c k n a d a v att bränngaskanalen i huvudsak är fylld med ett värmeledande material.Catalytic reaction apparatus according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the combustion gas duct is substantially filled with a heat-conducting material. 6. Katalytisk reaktionsapparatur enligt något av patentkraven l-5, k ä n n e t e c k n a d a v att mellanrummet mellan regenerations- kammarens väggar är 0,317-l,27 cm, mellanrummet mellan gaskanalens väggar l,27-5,08 cm och mellanrummet mellan reaktionskammarens väggar är 1,27-3,81 cm.Catalytic reaction apparatus according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the space between the walls of the regeneration chamber is 0.317-127 cm, the space between the walls of the gas channel 1, 27-5.08 cm and the space between the walls of the reaction chamber is 1, 27-3.81 cm. 7. Katalytisk reaktionsapparatur enligt något av patentkraven l-6, k ä n n e t e c k n a d a v att reaktorn är anbringad lodrät inne i ugnen och att reaktionskammarens utloppsände är anordnad vid reaktions- kammarens övre ände.Catalytic reaction apparatus according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the reactor is arranged vertically inside the furnace and in that the outlet end of the reaction chamber is arranged at the upper end of the reaction chamber. 8. Katalytisk reaktionsapparatur enligt något av patentkraven l-7, k ä n n e t e c k n a d a v dels en ugn med ett organ som bildar ett brännarrum för förbränning av bränsle och för att alstra varma gaser, _ dels ett antal rörformade reaktorer som anordnats inne i ugnen och som respektive innefattar en inre och en yttre vägg, emellan vilka bildas en ringformad reaktionskammare avsedd att innehålla en reaktionskataly- sator, varvid respektive reaktionskammare består av en första del, en andra del, en inloppsände och en utloppsände, där den första delen om- fattar utloppsände och är anordnad inne i brännarrummet medan den andra delen är anordnad utanför brännarrummet, varvid varje reaktionskammare uppvisar organ förbundna därmed, vilka organ bildar en smal ringformad regenerationskammare koaxiellt med och vid sidan av samt inne i reak- -is- 7713226-4 tionskammaren åtskild från denna med ett mellanrum, varvid regenera- tionskammaren uppvisar en inlopps- och en utloppsände, där inloppsänden är avpassad att mottaga alla reaktionsprodukter från reaktionskammarens utloppsände och regenerationskammaren är avpassad att leda reaktionspro- dukterna i motsatt riktning mot flödet genom reaktionskammaren och att överföra endast märkbar värme, som redan finns i reaktionsprodukterna vid reaktionskammarens utloppsände, tillbaka till reaktionskammaren, och där den andra delen av respektive reaktionskammare uppvisar väggar, som är anordnade runtom och med ett mellanrum till densamma, varvid det bildas en smal ringformad bränngaskanal, som är koaxiell med och anord- nad vid sidan av reaktionskamrarna längs hela den andra delen och som uppvisar en inloppsände i gasförbindelse med brännarrummet samt en ut- loppsände varvid bränngaskanalen är avpassad att leda varm gas från brännarrummet till kanalens utloppsände i motsatt riktning mot strömmen genom reaktionskammaren för att tillföra denna värme, och varvid ugnen innefattar ett organ för att hindra den varma gasen i brännarrummet från att lämna detsamma genom andra vägar än genom de ringformade bränngas- kanalerna.Catalytic reaction apparatus according to one of Claims 1 to 7, characterized on the one hand by a furnace with a means which forms a combustion chamber for the combustion of fuel and for generating hot gases, and on the other hand by a number of tubular reactors arranged inside the furnace and comprising an inner and an outer wall, between which an annular reaction chamber is formed intended to contain a reaction catalyst, the respective reaction chamber consisting of a first part, a second part, an inlet end and an outlet end, the first part comprising the outlet end and is arranged inside the burner chamber while the second part is arranged outside the burner chamber, each reaction chamber having means connected thereto, which means form a narrow annular regeneration chamber coaxial with and beside and inside the reaction chamber separated therefrom. at a space, the regeneration chamber having an inlet end and an outlet end, where the inlet end n is adapted to receive all reaction products from the outlet end of the reaction chamber and 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 already present in the reaction products at the other end of the reaction chamber to the other end of the reaction chamber. the part of the respective reaction chambers has walls which are arranged around and at a space thereto, forming a narrow annular fuel gas channel which is coaxial with and arranged next to the reaction chambers along the entire second part and which has an inlet end in gas connection with the burner chamber and an outlet end, the combustion gas duct being adapted to conduct hot gas from the burner chamber to the outlet end of the duct in the opposite direction to the flow through the reaction chamber to supply this heat, and the furnace comprising means for preventing the hot gas in the burner chamber from t leave the same through other means than through the annular fuel gas ducts. 9. Katalytisk reaktionsapparatur enligt patentkrav 8, k ä n n e - t e c k n a d a v att regenerationskammaren sträcker sig i huvudsak i hela reaktionskammarens längd.Catalytic reaction apparatus according to claim 8, characterized in that the regeneration chamber extends substantially along the entire length of the reaction chamber. 10. l0. Katalytisk reaktionsapparatur enligt patentkrav 8, k ä n n e - t e c k n a d a v att bland de i samband med reaktionskammaren angivna organen, som bildar regenerationskammaren, finns en cylindrisk propp, med en yttre cylindrisk yta skild från reaktorns innervägg med ett mel- lanrum, varvid regenerationskammaren bildas. ÅNFÖRDA PUBLIKATIONER:10. l0. Catalytic reaction apparatus according to claim 8, characterized in that among the means indicated in connection with the reaction chamber, which form the regeneration chamber, there is a cylindrical plug, with an outer cylindrical surface separated from the inner wall of the reactor with a gap, whereby regeneration is formed. PUBLICATIONS MADE:
SE7713226A 1976-12-22 1977-11-23 COMPACT CATALYTIC REACTION EQUIPMENT FOR THE PRODUCTION OF GAS PRODUCTS FROM THE HYDRAULIC FUEL SE423896B (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US75334876A 1976-12-22 1976-12-22
US05/827,804 US4098589A (en) 1976-12-22 1977-08-25 Catalytic reaction apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE7713226L SE7713226L (en) 1978-06-23
SE423896B true SE423896B (en) 1982-06-14

Family

ID=27115731

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE7713226A SE423896B (en) 1976-12-22 1977-11-23 COMPACT CATALYTIC REACTION EQUIPMENT FOR THE PRODUCTION OF GAS PRODUCTS FROM THE HYDRAULIC FUEL

Country Status (13)

Country Link
JP (1) JPS5378983A (en)
AU (1) AU511188B2 (en)
BR (1) BR7707894A (en)
CH (1) CH631637A5 (en)
DE (1) DE2751251C2 (en)
DK (1) DK158385C (en)
ES (1) ES464565A1 (en)
FR (1) FR2374946A1 (en)
GB (1) GB1545669A (en)
IL (1) IL53400A (en)
IT (1) IT1143715B (en)
NL (1) NL184770C (en)
SE (1) SE423896B (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6086305U (en) * 1983-11-21 1985-06-14 篠原 鼎 Seki electrode for skin polarization resistance meter
JPS63162503A (en) * 1986-12-25 1988-07-06 Toyo Eng Corp Gas producer
JPH03232703A (en) * 1989-12-26 1991-10-16 Tokyo Electric Power Co Inc:The Reformer of hydrocarbon
DE19721630C1 (en) * 1997-05-23 1999-02-11 Fraunhofer Ges Forschung Device for reforming hydrocarbons containing starting materials
US6258330B1 (en) * 1998-11-10 2001-07-10 International Fuel Cells, Llc Inhibition of carbon deposition on fuel gas steam reformer walls
JP6678327B2 (en) * 2015-08-28 2020-04-08 パナソニックIpマネジメント株式会社 Hydrogen generator and fuel cell system
EP3414000B1 (en) * 2016-02-08 2024-04-10 KT - Kinetics Technology S.p.A. Enhanced efficiency endothermic reactor for syngas production with flexible heat recovery to meet low export steam generation.

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1580740A (en) * 1923-02-20 1926-04-13 Commercial Solvents Corp Catalyzing apparatus
US3144312A (en) * 1961-06-06 1964-08-11 Mertens Carl Catalytic conversion plant for the continuous generation of gases of any kind out of ydrocarbons
US3645701A (en) * 1967-06-19 1972-02-29 Lummus Co Reformer furnace
US3541729A (en) * 1968-05-09 1970-11-24 Gen Electric Compact reactor-boiler combination
US3909299A (en) * 1973-10-01 1975-09-30 United Technologies Corp Fuel cell system including reform reactor
DE2521710A1 (en) * 1975-05-15 1976-11-18 Siemens Ag REACTOR FOR THE CATALYTIC REVISION OF HYDROCARBONS WITH AN OXYGEN-CONTAINING GAS

Also Published As

Publication number Publication date
SE7713226L (en) 1978-06-23
NL184770C (en) 1989-11-01
DK158385C (en) 1990-10-15
DE2751251C2 (en) 1986-11-20
NL184770B (en) 1989-06-01
FR2374946A1 (en) 1978-07-21
FR2374946B1 (en) 1983-07-22
JPS577538B2 (en) 1982-02-10
AU3072477A (en) 1979-05-24
CH631637A5 (en) 1982-08-31
ES464565A1 (en) 1979-01-01
IT1143715B (en) 1986-10-22
DE2751251A1 (en) 1978-06-29
DK158385B (en) 1990-05-14
IL53400A (en) 1981-03-31
BR7707894A (en) 1978-08-01
AU511188B2 (en) 1980-07-31
IL53400A0 (en) 1978-01-31
DK514477A (en) 1978-06-23
GB1545669A (en) 1979-05-10
NL7712716A (en) 1978-06-26
JPS5378983A (en) 1978-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4098588A (en) Multi-tube catalytic reaction apparatus
US4098589A (en) Catalytic reaction apparatus
US4098587A (en) Compact multi-tube catalytic reaction apparatus
CN111656858B (en) Apparatus for filling solid material for endothermic reactions by direct electrical heating
CA1084433A (en) Steam reforming process and apparatus therefor
US6932958B2 (en) Simplified three-stage fuel processor
JP5298118B2 (en) Compact exchanger-reactor with multiple porous burners
US20200048085A1 (en) Electrically heated steam reforming reactor
KR101624359B1 (en) Hydrogen generating apparatus using steam reforming reaction with improved distribution of exhaust gas
US8617266B2 (en) Hydrogen generating apparatus using steam reforming reaction
JPS6470644A (en) Heat exchanger for reformer of fuel cell generator
JPH09503615A (en) Built-in converter / CPN solid oxide fuel cell stack / module design
CN110770525A (en) Reaction device with heat exchanger and use thereof
CA1251020A (en) Radiating sleeve for catalytic reaction apparatus
SE423896B (en) COMPACT CATALYTIC REACTION EQUIPMENT FOR THE PRODUCTION OF GAS PRODUCTS FROM THE HYDRAULIC FUEL
JP4355119B2 (en) Dehydrogenation method
GB1564993A (en) Multi-tube catalytic reaction apparatus
KR102315289B1 (en) Steam Reformer with Multi Reforming Reactor
KR970704252A (en) Fuel cell power plant furnace
GB1564995A (en) Compact multi-tube catalytic reaction apparatus
JP3842352B2 (en) Fuel reformer
KR101815753B1 (en) Self heat supply dehydrogenation reactor with heat source plate inside catalyst layer
RU2299093C2 (en) Reactor for realization of the non-adiabatic reactions
JPS59102804A (en) Device for modifying fuel
KR20230145058A (en) electric heating device

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed

Ref document number: 7713226-4

Effective date: 19940610

Format of ref document f/p: F