RU2495714C1 - Каталитический реактор - Google Patents
Каталитический реактор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2495714C1 RU2495714C1 RU2012114760/04A RU2012114760A RU2495714C1 RU 2495714 C1 RU2495714 C1 RU 2495714C1 RU 2012114760/04 A RU2012114760/04 A RU 2012114760/04A RU 2012114760 A RU2012114760 A RU 2012114760A RU 2495714 C1 RU2495714 C1 RU 2495714C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- path
- channel
- substrate
- catalytic reactor
- channels
- Prior art date
Links
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title claims abstract description 69
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 73
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 63
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 14
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 3
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000000788 chromium alloy Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- PXXKQOPKNFECSZ-UHFFFAOYSA-N platinum rhodium Chemical compound [Rh].[Pt] PXXKQOPKNFECSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
- B01J19/249—Plate-type reactors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0215—Coating
- B01J37/0225—Coating of metal substrates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
- C10G2/30—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen
- C10G2/32—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts
- C10G2/34—Apparatus, reactors
- C10G2/341—Apparatus, reactors with stationary catalyst bed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
- B01J2219/245—Plate-type reactors
- B01J2219/2451—Geometry of the reactor
- B01J2219/2453—Plates arranged in parallel
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
- B01J2219/245—Plate-type reactors
- B01J2219/2451—Geometry of the reactor
- B01J2219/2456—Geometry of the plates
- B01J2219/2458—Flat plates, i.e. plates which are not corrugated or otherwise structured, e.g. plates with cylindrical shape
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
- B01J2219/245—Plate-type reactors
- B01J2219/2461—Heat exchange aspects
- B01J2219/2462—Heat exchange aspects the reactants being in indirect heat exchange with a non reacting heat exchange medium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
- B01J2219/245—Plate-type reactors
- B01J2219/2461—Heat exchange aspects
- B01J2219/2465—Two reactions in indirect heat exchange with each other
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
- B01J2219/245—Plate-type reactors
- B01J2219/2476—Construction materials
- B01J2219/2477—Construction materials of the catalysts
- B01J2219/2479—Catalysts coated on the surface of plates or inserts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
- B01J2219/245—Plate-type reactors
- B01J2219/2476—Construction materials
- B01J2219/2477—Construction materials of the catalysts
- B01J2219/2482—Catalytically active foils; Plates having catalytically activity on their own
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
- B01J2219/245—Plate-type reactors
- B01J2219/2491—Other constructional details
- B01J2219/2497—Size aspects, i.e. concrete sizes are being mentioned in the classified document
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
- B01J2219/245—Plate-type reactors
- B01J2219/2491—Other constructional details
- B01J2219/2498—Additional structures inserted in the channels, e.g. plates, catalyst holding meshes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/44—Palladium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/46—Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
- B01J23/464—Rhodium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/89—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals
- B01J23/8913—Cobalt and noble metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/89—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals
- B01J23/8933—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals also combined with metals, or metal oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/894—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals also combined with metals, or metal oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with rare earths or actinides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Изобретение относится к каталитическому реактору, содержащему пару пластин, расположенных параллельно через заданные интервалы, задающих путь, по которому течет текучая среда, канальный элемент, соединенный с пластинами в пути и разделяющий путь на каналы, и носитель катализатора, введенный в каждый из каналов и простирающийся вдоль каждого канала. По меньшей мере одна из пары пластин служит первой поверхностью теплообмена при контакте с теплоносителем, имеющим температурный режим, отличный от температурного режима в пути, и обменивается теплом с теплоносителем. Каждый из каналов имеет сечение, для которого коэффициент (W/H), т.е. отношение ширины к высоте, равен или меньше 1, и носитель катализатора содержит волнообразную подложку, имеющую единую структуру, и катализатор, находящийся на поверхности подложки. Технический результат - повышение эффективности теплообмена и эффективности реакции. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Область техники
Описанный здесь метод относится в широком смысле к каталитическому реактору.
Уровень техники
Например, патентный документ 1 раскрывает каталитический реактор, подходящий в качестве реактора для проведения, в частности, реакции Фишера-Тропша (называемой далее FT-реакцией) в процессе "газ-в-жидкость" (GTL), в котором синтез осуществляется, чтобы создать жидкое топливо из сырьевого газа. FT-реакция является экзотермической реакцией, проводимой при высокой температуре, примерно 200°C, в присутствии катализатора. Чтобы повысить эффективность теплообмена и эффективность реакции, каталитический реактор имеет структуру, сходную со структурой так называемого "пластинчато-ребристого теплообменника", в котором по очереди установлены трубчатые пластины и гофрированные ребра. В частности, в каталитическом реакторе каталитическая структура вводится в каждый из мелких путей для потока, задаваемых гофрированными ребрами. Каталитическая структура имеет трехслойную структуру, в которой три пластины каждая имеет сечение в форме волны, и помещены друг над другом с плоской пластиной, расположенной между соседними пластинами.
Список цитирования
Патентный документ
Патентный документ 1: Международная публикация №2006/079848
Суть изобретения
Техническая проблема
Каталитический реактор имеет относительно высокое давление внутри, и из-за этого высокого внутреннего давления на трубчатую пластину оказывается усилие в направлении, в котором противоположные трубчатые пластины отстоят друг от друга. Чтобы выдержать такое внутреннее давление, необходимо увеличить толщину трубчатых пластин или увеличить толщину гофрированных ребер, действующих как упрочняющий элемент между соседними трубчатыми пластинами. Это приводит к увеличению размера и веса каталитического реактора.
Поэтому авторы настоящего изобретения сфокусировали свое внимание на удлинении по вертикали формы сечения мелких каналов для потока в каталитическом реакторе. Так как расстояние между стенками гофрированного ребра уменьшается при вертикальном удлинении формы сечения, площадь трубчатой пластины, на которую действует внутреннее давление, уменьшается (т.е. снижается расстояние между стенками гофрированного ребра). Таким образом, уменьшается, например, деформация изгиба трубчатой пластины, и поэтому трубчатая пластина выдерживает высокое внутреннее давление. Следовательно, вертикальное удлинение формы сечения мелких каналов для потока в каталитическом реакторе позволяет уменьшить толщину трубчатой пластины и гофрированного ребра, тем самым получается легкий каталитический реактор небольшого размера.
Однако авторы настоящего изобретения обнаружили, что если форма сечения мелких каналов для потока вытянута по вертикали, и многослойная каталитическая структура, которая раскрыта в патентном документе 1, введена в мелкие каналы для потока, возникает новая проблема, что падает эффективность теплообмена. Причина, почему возникла эта проблема, следующая. Так, если форма сечения канала для потока вытянута по вертикали, расстояние от середины сечения канала для потока до первой поверхности теплообмена (т.е. трубчатой пластины) становится относительно большим. Это означает трудность теплопереноса в мелких каналах для потока, и вытянутая по вертикали форма сечения мелких каналов для потока является невыгодной для эффективного теплообмена. С другой стороны, имеется вероятность, что многослойная каталитическая структура, описанная в патентном документе 1, блокирует перемещение текучей среды, в частности, в направлении, перпендикулярном направлению потока в пути для потока. То есть, поскольку каждая пластина имеет волнообразное сечение и в каталитической структуре плоские пластины установлены друг над другом, образуется много замкнутых объемов, расположенных параллельно, если смотреть по сечению каталитической структуры. Каталитическая структура выгодна для увеличения поверхности катализатора. Однако, так как каждый из замкнутых объемов не открывается в трубчатую пластину или гофрированное ребро, движение текучей среды, текущей в каждом из этих замкнутых объемах, ограничено в направлении, перпендикулярном направлению потока. В результате сочетания двух факторов - увеличения расстояния до первой поверхности теплообмена и блокирования перемещения текучей среды в направлении, перпендикулярном направлению потока, - тепло концентрируется вокруг центра каждого пути для потока, и эффективность теплообмена каталитического реактора снижается. Это приводит к ухудшению эффективности реакции.
Решение проблемы
Описываемый здесь метод позволяет создать маленький и легкий каталитический реактор, у которого повышена эффективность теплообмена и предотвращено падение эффективности реакции.
Авторы настоящего изобретения комбинируют канал, имеющий квадратное или вытянутое по вертикали сечение, и волнообразный носитель катализатора, имеющий единую структуру, тем самым достигая одновременно снижения размера и веса каталитического реактора и предотвращения падения эффективности реакции.
Более точно, описываемый здесь каталитический реактор включает пару плоских пластин, установленных параллельно на заданном расстоянии, образуя путь, по которому течет текучая среда; канальный элемент, соединенный с плоскими пластинами в пути, делящий путь на множество расположенных параллельно каналов; и носитель катализатора, введенный в каждый канал и проходящий вдоль каждого канала. Одна их противоположных поверхностей по меньшей мере одной из пары плоских пластин, которая находится на противоположной стороне от другой поверхности, определяющей путь, служит первой поверхностью теплообмена при контакте теплоносителя, имеющего температурную зону, отличную от температурной зоны в пути, и обменивается теплом с теплоносителем. Канальный элемент, соединенный с плоскими пластинами, служит второй поверхностью теплообмена.
Кроме того, каждый из каналов имеет сечение, для которого коэффициент (W/H), т.е. отношение ширины W к высоте H, соответствующей направлению укладки плоских пластин, меньше или равен 1. Носитель катализатора содержит волнообразную подложку, имеющую единую структуру, и катализатор, находящийся на поверхности подложки.
"Первая поверхность теплообмена" означает поверхность теплообмена, т.е. плоскую пластину, вставленную между путем, по которому течет текучая среда, и теплоносителем для прямого обмена теплом между путем и теплоносителем. "Вторая поверхность теплообмена" означает поверхность теплообмена, т.е. канальный элемент, который соединен с плоской пластиной для передачи тепла (например, посредством теплопроводности) на плоскую пластину, и поэтому косвенно участвует в теплообмене между путем, в котором течет текучая среда, и теплоносителем. Кроме того, термин "канал", как он используется здесь, означает пути для потока, на которые разделен путь канальным элементом и в каждом из которых течет текучая среда.
Поскольку канал, образованный в пути, выполнен так, чтобы коэффициент (ширина W/высота H) был меньше или равен 1, канал имеет квадратную или вытянутую по вертикали форму, а не вытянутую по горизонтали форму. Направление, указываемое термином "вертикальное", соответствует направлению размещения плоских пластин, а направление, указываемое термином "горизонтальное", соответствует направлению размещения каналов, перпендикулярных направлению, указываемому термином "вертикальное". Квадратный или вытянутый по вертикали канал позволяет иметь относительно малый шаг канального элемента, тем самым уменьшая расстояние (эквивалентное шагу канального элемента) до плоской пластины, на которую действует внутреннее давление. Таким образом, если даже уменьшить толщину плоской пластины, она может выдержать высокое внутреннее давление в пути, и можно уменьшить толщину канального элемента. Это выгодно для уменьшения размера и веса каталитического реактора.
С другой стороны, волнообразная подложка носителя катализатора, введенного в каждый из каналов, имеет единую структуру. Термин "единая структура", как он используется здесь, означает не структуру, в которой, например, ярусами установлено множество элементов, имеющих разную форму, но структуру, содержащую единственный элемент. Например, элемент с единичной пластиной, содержащей множество слоев, сделанных из разных материалов, может рассматриваться как единая структура. Когда волнообразная подложка единой структуры введена в канал, такая подложка размещается так, чтобы проходить поперек всего сечения канала, и образуется множество объемов, открывающихся в плоскую пластину (т.е. первую поверхность теплообмена) или канальный элемент (т.е. вторую поверхность теплообмена). Таким образом, волнообразный носитель катализатора, имеющий единую структуру, не блокирует движение текучей среды в канале, в частности, движение текучей среды в направлении, перпендикулярном направлению течения. В результате, хотя квадратный или вытянутый по вертикали канал позволяет относительное увеличение расстояния от середины канала до первой поверхности теплообмена, теплоперенос не блокируется благодаря ровному движению текучей среды в направлении, перпендикулярном направлению течения в канале, тем самым предотвращается ухудшение эффективности теплообмена или улучшается эффективность теплообмена. Кроме того, волнообразный носитель катализатора позволяет увеличить поверхность катализатора и поэтому выгоден для повышения эффективности каталитической реакции в канале.
Таким образом, можно достичь снижения размера и веса каталитического реактора и предотвратить ухудшение эффективности реакции в каталитическом реакторе.
Ширина W канала может составлять 3-7 мм. Так как очень большая ширина W канала приводит к большему шагу в канальном элементе, трудно уменьшить толщину плоской пластины и канального элемента. Поэтому верхний предел ширины W предпочтительно равен 7 мм. Верхний предел ширины W может составлять 5 мм. С другой стороны, если ширина W канала очень мала, будет трудно ввести носитель катализатора в канал, и это может привести к недостаткам в изготовлении каталитического реактора. С этой точки зрения нижний предел ширины W предпочтительно составляет 3 мм.
Высота H канала может составлять 7-20 мм. Если высота H канала очень велика, увеличивается длина канального элемента, расположенного между парой плоских пластин и действующего как упрочняющий элемент, и поэтому необходимо увеличить толщину канального элемента, чтобы обеспечить его жесткость. С этой точки зрения верхний предел высоты H предпочтительно составляет 20 мм. Верхний предел высоты H может составлять 10 мм. С другой стороны, если высота H канала очень мала, будет трудно ввести носитель катализатора в канал, и это невыгодно для изготовления каталитического реактора. Поэтому нижний предел высоты H предпочтительно равен 7 мм.
Множество плоских пластин может быть размещено параллельно через заданные интервалы, и каждая из плоских пластин может быть разделена между соседними путями таким образом, чтобы пути располагались ярусами. Множество путей может включать первый путь, в котором течет первая текучая среда, и второй путь, в котором течет вторая текучая среда, и первый и второй пути могут располагаться по очереди ярусами. Канальный элемент может делить каждый из первого и второго пути на каналы. Носитель катализатора может быть введен в любой из каналов в по меньшей мере одном из первого или второго пути, и по меньшей мере один из первого или второго пути может служить путем каталитической реакции. Каждый из каналов пути каталитической реакции может иметь сечение, для которого коэффициент (W/H) меньше или равен 1.
Подложка носителя катализатора может иметь волнообразную форму, простирающуюся взад и вперед между парой канальных элементов, противоположных друг другу в направлении ширины канала. Волнообразная форма может иметь, например, форму треугольной волны, синусоидальной волны или прямоугольной волны.
Объемы, открывающиеся в канальный элемент, образованы волнообразной подложкой, простирающейся взад и вперед между парой канальных элементов, перекрывая друг друга в направлении расположения плоских пластин в канале. Другими словами, открытые сбоку объемы, перекрывающие друг друга в вертикальном направлении, образованы таким образом, чтобы сторона, в которую открывается объем, менялась по очереди. Так как каждый канал имеет квадратную или вытянутую по вертикали форму, как описано выше, длина канала в горизонтальном направлении относительно мала. Таким образом, длина каждого из замкнутых объемов, образованных канальным элементом в горизонтальном направлении, относительно мала. Это позволяет текучей среде спокойно течь к канальному элементу, ускоряя тем самым теплоперенос.
Подложка носителя катализатора может контактировать с по меньшей мере одним из плоской пластины или канального элемента. Таким образом можно улучшить эффективность теплообмена в каталитическом реакторе благодаря теплопереносу между носителем катализатора и плоской пластиной или между носителем катализатора и канальным элементом.
Кроме того, так как подложка носителя катализатора контактирует с плоской пластиной и канальным элементом, подложка может оставаться неподвижной в канале. В этом отношении подложка носителя катализатора предпочтительно контактирует с одной парой противоположных поверхностей стенок из четырех поверхностей стенок, ограничивающих канал.
Канальный элемент может быть гофрированной пластиной. В частности, в конфигурации, когда первый и второй пути располагаются ярусами, допускается конфигурация, похожая на конфигурацию пластинчато-ребристого теплообменника, включающего гофрированное ребро. Таким образом, снижается стоимость изготовления каталитического реактора.
Преимущества изобретения
Как описано выше, в каталитическом реакторе, поскольку канал имеет квадратное или вытянутое по вертикали сечение, можно уменьшить толщину плоской пластины и канального элемента, и поэтому можно достичь снижения размера и веса каталитического реактора. Кроме того, так как подложка носителя катализатора, введенного в канал, имеет волнообразную форму с единой структурой, движение текучей среды в канале не блокируется, и поэтому может быть улучшена эффективность теплообмена и эффективность реакции в каталитическом реакторе.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 является поперечным разрезом, показывающим сечение каталитического реактора.
Фиг.2А является поперечным разрезом, показывающим один вариант носителя катализатора.
Фиг.2В является поперечным разрезом, показывающим другой вариант носителя катализатора.
Фиг.3 является поперечным разрезом, показывающим еще один вариант носителя катализатора.
Описание вариантов осуществления
Ниже с обращением к чертежам описывается один вариант осуществления каталитического реактора. Отметим, что следующий вариант осуществления излагается, естественно, просто в качестве предпочтительных примеров. Фиг.1 представляет собой поперечный разрез одного примера каталитического реактора 1. Каталитический реактор 1 является реактором, используемым для процесса GTL, в котором проводится синтез для получения жидкого топлива из сырьевого газа (например, из попутного газа). Ниже кратко описывается процесс GTL. Процесс GTL включает стадии образования синтез-газа из сырьевого газа в реакторе парового риформинга, и превращение образованного синтез-газа в высший углеводород, в нормальных условиях являющийся жидкостью, и воду в реакторе Фишера-Тропша (FT-реактор). Каталитический реактор 1 может использоваться и как реактор парового риформинга, и как FT-реактор.
Каталитический реактор 1 содержит множество трубчатых пластин 2 и множество гофрированных ребер 3 и имеет структуру, сходную со структурой так называемого "пластинчато-ребристого теплообменника". В частности, трубчатая пластина 2 имеет форму плоской пластины, и множество трубчатых пластин 2 располагается параллельно через заданные интервалы. Отметим, что на фиг.1 показаны всего три трубчатые пластины 2, но можно установить параллельно более трех трубчатых пластин 2. Число трубчатых пластин 2 может устанавливаться по требованию. Так как все трубчатые пластины 2 установлены параллельно, первый путь 4, в котором течет первая текучая среда, и второй путь 5, в котором течет вторая текучая среда, расположены ярусами, и между ними находится трубчатая пластина 2. Трубчатая пластина 2 действует как первая поверхность теплообмена, через которую тепло передается между первым путем 4 и вторым путем 5.
Гофрированное ребро 3 выполнено как так называемое "простое гофрированное ребро", имеющее волнообразное сечение, в котором несколько идущих линейно выступов расположены параллельно через равные интервалы. Отметим, что помимо простого гофрированного ребра может применяться перфорированное гофрированное ребро, в котором по заданному шаблону образованы сквозные отверстия. Гофрированное ребро 3 расположено между соседними трубчатыми пластинами 2 таким образом, чтобы контактировать с соседними трубчатыми пластинами 2. Гофрированное ребро 3 соединено с соседними трубчатыми пластинами 2, например, пайкой. Таким образом, внутреннее пространство каждого из первого пути 4 и второго пути 5 разделено гофрированным ребром 3 на множество каналов 31, идущих параллельно, и гофрированное ребро 3 действует как вторая поверхность теплообмена. В примере, показанном на фигуре, гофрированное ребро 3 введено в первый путь 4, так что текучая среда течет в направлении, перпендикулярном плоскости бумаги, и, с другой стороны, гофрированное ребро 3 введено во второй путь 5, так что текучая среда течет в направлении справа налево в плоскости бумаги. Каталитический реактор 1, показанный на фигуре, выполнен как так называемый "каталитический реактор с поперечным потоком." Конструкция каталитического реактора 1 не ограничена вышесказанным, и каталитический реактор 1 может быть выполнен, например, как каталитический реактор с противотоком, в котором в каждом из первого и второго путей 4 и 5 установлено гофрированное ребро 3, так что текучая среда течет в направлении справа налево в плоскости бумаги.
Отметим, что врезка, которая на фигуре не показана, находится между соседними трубчатыми пластинами 2 в кольцевой краевой части каталитического реактора 1. Кроме того, в каталитическом реакторе 1 предусмотрено введение элементов соответственно для ввода первой и второй текучей среды в первый путь 4 и второй путь 5, и предусмотрены выпускные участки для отвода соответственно первой и второй текучей среды из первого пути 4 и второго пути 5.
Носитель 7 катализатора, проходящий по каналу 31, введен в каждый из каналов 31 в первом пути 4 каталитического реактора 1, таким образом, первый путь 4 служит путем каталитической реакции каталитического реактора 1. Носитель катализатора 7 содержит подложку 71 и катализатор, нанесенный на поверхность подложки 71. Отметим, что катализатор не показан, например, на фиг.1. В настоящем примере подложка 71 образована так, чтобы иметь сечение в форме треугольной волны, в котором по очереди расположены треугольные впадины и треугольные гребни. Хотя это не показано детально, подложка 71 является так называемой "простой подложкой", в которой каждая впадина и ребро проходят линейно вдоль канала 31. Как описано выше, хотя подложка 71 имеет единую структуру, содержащую единственный элемент, волнообразное сечение подложки 71 позволяет подложке 71 проходить по существу однородно по всей площади сечения канала 31, обеспечивая тем самым достаточную поверхность катализатора. Подложка 71 носителя катализатора 7 может иметь сечение, близкое по форме к синусоидальной волне, в которой чередуются дугообразные гребни и дугообразные впадины, как показано, например, на фиг.2A. Альтернативно, подложка 71 носителя катализатора 7 может иметь форму сечения, близкую к прямоугольной волне, в которой чередуются прямоугольные гребни и прямоугольные впадины, как показано, например, на фиг.2B. Хотя на фигуре это не показано, наряду с простой подложкой 71 может использоваться перфорированная подложка, в которой по заданному образцу образованы сквозные отверстия. Альтернативно, подложка может иметь структуру типа елочки, в которой каждый гребень и впадина проходят с изгибом вдоль канала 31, или может быть зубчатой подложкой, в которой через заданные интервалы расположены щели, отделяющие гребни и впадины, и положения отделенных гребней и отделенных впадин смещены относительно друг друга.
Волнообразная подложка 71, проходящая взад и вперед между поверхностями стенок гофрированного ребра 3, вводится в канал 31, тем самым разделяя канал 31 на множество объемов. Каждый из объемов представляет собой объем, открывающийся в поверхность стенки гофрированного ребра 3 (т.е. второй поверхности теплообмена) в поперечном направлении. Кроме того, как показано на фиг.1, подложка 71 носителя катализатора 7 контактирует с гофрированным ребром 3. Отметим, что хотя на этой фигуре подложка 71 не контактирует с трубчатыми пластинами 2, подложка 71 может контактировать с трубчатыми пластинами 2. Как будет описано позднее, подложка 71 предпочтительно контактирует с по меньшей мере одним из гофрированного ребра 3 или трубчатой пластины 2 в целях теплопереноса. Отметим, что контакт подложки 71 с гофрированным ребром 3 и/или трубчатой пластиной 2 выгоден тем, что подложку 71 можно устойчиво установить в канале 31. В такой устойчивой компоновке подложка 71 предпочтительно контактирует с каждой парой поверхностей стенок гофрированного ребра 3, которые обращены к боковому направлению и находятся друг напротив друга.
Хотя это не показано на фигуре, в случае, когда каталитический реактор 1 используется как реактор парового риформинга, носитель катализатора вводится также в каждый канал 31 второго пути 5. Конфигурация такого носителя катализатора может быть такой же, как у носителя катализатора 7 в первом пути 4.
В случае, когда каталитический реактор 1 используется как реактор парового риформинга, сырьевой газ, состоящий в основном из метана и пара, вводится как первая текучая среда в первый путь 4, являющийся путем каталитической реакции, а топливо, как метан или водород, вводится как вторая текучая среда во второй путь, который также является путем каталитической реакции. Подложка носителя катализатора может быть выполнена из материала, на котором в результате нагрева образуется адгезивный поверхностный слой оксида алюминия, например из содержащей алюминий ферритной стали или из железа, содержащего хром, алюминий и иттрий. Предпочтительным катализатором в первом пути является родиевый катализатор или платиново-родиевый катализатор, а предпочтительным катализатором во втором пути является палладиевый катализатор. Так как реакция парового риформинга проводится при температуре выше 750°C, каталитический реактор 1 может быть сделан, например, из такого материала как сплав железо/никель/хром для высоких температур или из материала, близкого к такому сплаву.
С другой стороны, в случае, когда каталитический реактор 1 используется как FT-реактор, смесь газов, используемая для синтеза Фишера-Тропша, вводится как первая текучая среда в первый путь 4, являющийся путем каталитической реакции, а охлаждающая текучая среда вводится как вторая текучая среда во второй путь 5. Подложка 71 носителя катализатора 7 может быть выполнена из легированной стали, на поверхности которой в результате нагрева образуется адгезивный слой оксида алюминия, например, из содержащей алюминий ферритной стали. Кроме того, предпочтительный катализатор включает покрытие из оксида γ-алюминия. Такое покрытие содержит кобальт, ускоритель, как рутений, платина или гадолиний, и основной катализатор, как оксид лантана. Поскольку FT-реакция проводится при примерно 200°C, каталитический реактор 1 может быть сделан, например, из алюминиевого сплава, нержавеющей стали, сплава с высоким содержанием никеля или из другой легированной стали.
Как один из отличительных признаков каталитического реактора 1, коэффициент (W/H), т.е. отношение ширины W к высоте H канала 31, устанавливается меньше или равным 1. Высота H является высотой канала 31 в направлении укладки трубчатых пластин 2 и, как показано на фиг.1, соответствует расстоянию между трубчатыми пластинами 2. Кроме того, как показывает фиг.1, ширина W соответствует расстоянию между парой противоположных поверхностей стенок гофрированного ребра 3. Таким образом, каждый канал 31 первого и второго путей 4 и 5 имеет квадратное сечение, в котором высота H и ширина W равны друг другу, или имеет вытянутое по вертикали сечение, в котором высота H больше, чем ширина W.
Ширина W может составлять, например, 3-7 мм, более предпочтительно 3-5 мм. Как будет описано позднее, поскольку относительно малая ширина W позволяет уменьшить толщину трубчатой пластины 2 и гофрированного ребра 3, верхний предел ширины W может устанавливаться с учетом этого. Кроме того, поскольку носитель катализатора 7 вводится в канал 31, будет сложно ввести носитель катализатора 7 в канал 31, имеющий очень малую ширину W. Следовательно, нижний предел ширины W может устанавливаться с учетом производительности.
Высота H может составлять, например, 7-20 мм, более предпочтительно 7-10 мм. Высота H соответствует расстоянию между трубчатыми пластинами 2 и соответствует высоте выступов гофрированного ребра 3. Так как гофрированное ребро 3 действует как упрочняющий элемент между трубчатыми пластинами 2, верхний предел высоты H может устанавливаться с учетом прочности гофрированного ребра 3. Кроме того, как указано выше, нижний предел высоты H может устанавливаться с учетом производительности.
Коэффициент W/H может быть равен 1, предполагая, что высота H канала 31 равна 7 мм, и что ширина W канала 31 равна 7 мм. Альтернативно, коэффициент может быть равен W/H=1/2, полагая высоту H равной 10 мм и ширину W равной 5 мм. Разумеется, можно установить коэффициент, равный величине, отличной от приводимых выше. При условии что диапазон высоты H и диапазон ширины W такие, как описано выше, возможный коэффициент может варьироваться в пределах от 1 до 3/20.
Как описано выше, канал 31 каталитического реактора 1, имеющий вышеописанную конфигурацию, имеет квадратное или вытянутое по вертикали сечение, но не вытянутое по горизонтали сечение. Это позволяет иметь относительно узкий период гофрированного ребра 3, тем самым уменьшая площадь трубчатой пластины 2, воспринимающей внутреннее давление первого пути 4 или второго пути 5 (т.е. снижая расстояние между поверхностями стенок гофрированного ребра 3). Таким образом, даже если толщина трубчатой пластины 2 уменьшается, снижается деформация изгиба трубчатой пластины 2, и поэтому трубчатая пластина 2 выдерживает внутреннее давление. Поэтому можно уменьшить толщину гофрированного ребра 3. Это выгодно для уменьшения размера и веса каталитического реактора 1.
Вытянутое по вертикали сечение канала 31 означает, что расстояние от среднего положения вытянутого по вертикали сечения до трубчатой пластины 2, являющейся первой поверхностью теплообмена, больше, чем в случае, когда канал 31 имеет вытянутое по горизонтали сечение. Это приводит к ухудшению эффективности теплообмена, тем самым ухудшая эффективность реакции каталитического реактора 1. В частности, в случае когда носитель катализатора, установленный в канале 31, имеет многослойную структуру, содержащую много замкнутых объемов, как описано, например, в международной публикации № 2006/079848, поток текучей среды, в частности, в направлении, перпендикулярном направлению течения в канале 31, блокируется, тем самым еще больше ухудшая эффективность теплообмена.
С другой стороны, в каталитическом реакторе 1 носитель катализатора 7 (т.е. подложка 71) имеет единую структуру с волнообразным сечением. Таким образом, хотя можно обеспечить площадь поверхности катализатора, не образуется замкнутых объемов, и поэтому течение текучей среды в канале 31 не блокируется. В результате, даже если сечение канала 31 имеет вытянутую по вертикали форму, которая невыгодна для эффективности теплообмена, можно предотвратить ухудшение эффективности теплообмена или можно улучшить эффективность теплообмена, чтобы предотвратить снижение эффективности реакции. В частности, поскольку подложка 71 носителя катализатора 7 имеет волнообразную форму, простираясь взад и вперед в поперечном направлении, образуется много объемов, открывающихся в поперечном направлении. С другой стороны, так как сечение канала 31 имеет вытянутую по вертикали форму, как описано выше, длина открытого объема в поперечном направлении относительно мала. Это ускоряет движение текучей среды ко второй поверхности теплообмена в поперечном направлении и поэтому выгодно для усиления эффективности теплообмена.
Так как подложка 71 носителя катализатора 7 контактирует с гофрированным ребром 3, происходит перенос тепла между носителем катализатора 7 и гофрированным ребром 3, улучшая в результате эффективность теплообмена в каталитическом реакторе 1. Отметим, что если носитель катализатора 7 и трубчатая пластина 2 контактируют друг с другом, происходит перенос тепла между носителем катализатора 7 и трубчатой пластиной 2, и поэтому носитель катализатора 7 предпочтительно контактирует с по меньшей мере одним из гофрированного ребра 3 или трубчатой пластины 2. Для повышения эффективности теплопереноса между носителем катализатора 7 и гофрированным ребром 3 или между носителем катализатора 7 и трубчатой пластиной 2 носитель катализатора 7 может быть соединен с гофрированным ребром 3 или трубчатой пластиной 2 (например, припаян). С другой стороны, если носитель катализатора 7 не соединен с гофрированным ребром 3 или трубчатой пластиной 2, имеется преимущество в том, что носитель катализатора 7 можно легко заменять.
Подложка 71 носителя катализатора 7 контактирует с гофрированным ребром 3, т.е. контактирует с парой обращенных вбок поверхностей стенок гофрированного ребра 3, делящих канал 31, как показано, в частности, на фиг.1. Таким образом, подложка 71 может прочно удерживаться в канале 31. Хотя это не показано на фигуре, волнообразная подложка 71 способна упруго деформироваться в направлении, в котором волнообразная форма становится более плоской (в примере, показанном на фиг.1, подложка 71 может упруго деформироваться в вертикальном направлении), и в канал 31 можно ввести упруго сжатую подложку 71. Подложка 71 контактирует с верхней или нижней поверхностью трубчатой пластины 2 и верхней или нижней поверхностью гофрированного ребра 3 посредством упругой восстанавливающей силы и давит вверх и вниз на такие поверхности. Таким образом, можно еще больше повысить стабильность структуры подложки 71.
Отметим, что в каталитическом реакторе 1 носитель катализатора 7 (т.е. подложка 71) имеет волнообразную форму, простираясь туда и обратно в поперечном направлении, но подложка 72 может идти взад-вперед в вертикальном направлении, как показано, например, на фиг.3. В таком случае, так как образуются объемы, каждый из которых открывается вверх или вниз трубчатой пластины 2 или открывается вверх или вниз гофрированного ребра 3, течение текучей среды не блокируется. Хотя на фигуре это не показано, подложка 72, помимо формы треугольной волны, показанной на фиг.3, может также иметь волнообразную форму, похожую на синусоидальную волну, или волнообразную форму, похожую на прямоугольную волну. Подложка 72 контактирует с трубчатой пластиной 2 и гофрированным ребром 3 (т.е. верхней или нижней поверхностью стенок гофрированного ребра 3). Кроме того, подложка 72 может контактировать с боковыми поверхностями стенок гофрированного ребра 3. Далее, подложка 72 способна упруго деформироваться в направлении, в котором ее волнообразная форма становится более плоской (в примере, показанном на фиг.3, подложка 72 может упруго деформироваться в поперечном направлении). Когда подложка 72 установлена в канале 31, подложка 72 может контактировать с любой из боковых поверхностей стенок гофрированного ребра 3, тем самым давя на такие поверхности стенок в поперечном направлении.
В каталитическом реакторе 1 гофрированное ребро 3 используется для разделения первого и второго путей 4 и 5 на множество каналов 31, но настоящее изобретение не ограничено такой конфигурацией. Хотя это и не показано на фигуре, в каждом из первого и второго путей 4 и 5 может быть размещено, например, несколько квадратных труб, образующих множество каналов.
В каталитическом реакторе 1 форма сечения каналов 31 одна и та же для первого пути 4 и для второго пути 5, но она может быть разной в первом пути 4 и во втором пути 5. Таким образом, например, форму сечения канала 31 можно индивидуально оптимизировать в зависимости от требуемых характеристик в каждом из первого пути 4 и второго пути 5.
В каталитическом реакторе 1 первый путь 4 и второй путь 5 расположены друг над другом. Хотя на фигуре это не показано, можно обойтись без второго пути 5, например, можно закрепить охлаждающее устройство или нагревательное устройство на одной из противоположных поверхностей трубчатой пластины 2, которая находится на противоположной стороне от другой поверхности, задающей путь каталитической реакции (т.е. первый путь 4). В таком случае, например, охлаждающее устройство или нагревательное устройство может быть установлено на одной из пары трубчатых пластин 2, задающих путь каталитической реакции, или может крепиться к обеим трубчатым пластинам 2. В каталитическом реакторе, имеющем вышеописанную конфигурацию, текучая среда на пути каталитической реакции охлаждается или нагревается охлаждающим устройством или нагревательным устройством, тем самым ускоряя каталитическую реакцию в пути каталитической реакции.
Промышленная применимость
Как описано выше, поскольку получен легкий каталитический реактор небольшого размера, в котором предотвращено ухудшение эффективности реакции, описанный здесь каталитический реактор подходит в качестве реактора парового риформинга и FT-реактора, особенно для процесса GTL.
Описание позиций для ссылок
1 | каталитический реактор |
2 | трубчатая пластина (плоская пластина) |
3 | гофрированное ребро (канальный элемент, гофрированная пластина) |
31 | канал |
4 | первый путь |
5 | второй путь |
7 | носитель катализатора |
71 | подложка |
72 | подложка |
Claims (5)
1. Каталитический реактор, содержащий:
пару плоских пластин, расположенных параллельно на заданном расстоянии так, чтобы образовывать путь, по которому течет текучая среда;
канальный элемент, соединенный с плоскими пластинами, в указанном пути, для разделения пути на множество каналов, расположенных параллельно, и
носитель катализатора, введенный в каждый из каналов и проходящий по каждому из каналов,
причем одна из противоположных поверхностей по меньшей мере одной из пары плоских пластин, находящаяся на противоположной стороне от другой поверхности, определяющей путь, служит первой поверхностью теплообмена при контакте теплоносителя, имеющего температурную зону, отличную от температурной зоны в указанном пути, и обменивается теплом с теплоносителем, и
указанный канальный элемент, соединенный с плоскими пластинами, служит второй поверхностью теплообмена,
каждый из указанных каналов имеет сечение, у которого коэффициент (W/H), отношение ширины W к высоте Н, соответствующее направлению укладки плоских пластин, равно или меньше 1, и
указанный носитель катализатора содержит волнообразную подложку, имеющую единую структуру, и катализатор, сформированный на поверхности подложки.
пару плоских пластин, расположенных параллельно на заданном расстоянии так, чтобы образовывать путь, по которому течет текучая среда;
канальный элемент, соединенный с плоскими пластинами, в указанном пути, для разделения пути на множество каналов, расположенных параллельно, и
носитель катализатора, введенный в каждый из каналов и проходящий по каждому из каналов,
причем одна из противоположных поверхностей по меньшей мере одной из пары плоских пластин, находящаяся на противоположной стороне от другой поверхности, определяющей путь, служит первой поверхностью теплообмена при контакте теплоносителя, имеющего температурную зону, отличную от температурной зоны в указанном пути, и обменивается теплом с теплоносителем, и
указанный канальный элемент, соединенный с плоскими пластинами, служит второй поверхностью теплообмена,
каждый из указанных каналов имеет сечение, у которого коэффициент (W/H), отношение ширины W к высоте Н, соответствующее направлению укладки плоских пластин, равно или меньше 1, и
указанный носитель катализатора содержит волнообразную подложку, имеющую единую структуру, и катализатор, сформированный на поверхности подложки.
2. Каталитический реактор по п.1, причем
множество плоских пластин расположено параллельно через заданные интервалы, и каждая из плоских пластин делится между соседними на множество путей таким образом, что пути располагаются ярусами,
множество путей включает первый путь, по которому течет первая текучая среда, и второй путь, по которому течет вторая текучая среда, и первый и второй пути поочередно расположены ярусами,
канальный элемент делит каждый из первого и второго путей на каналы,
носитель катализатора введен в каждый канал в по меньшей мере один из первого или второго пути, и по меньшей мере один из первого или второго пути служит путем каталитической реакции, и
каждый из каналов пути каталитической реакции имеет сечение, для которого коэффициент (W/H) равен или меньше 1.
множество плоских пластин расположено параллельно через заданные интервалы, и каждая из плоских пластин делится между соседними на множество путей таким образом, что пути располагаются ярусами,
множество путей включает первый путь, по которому течет первая текучая среда, и второй путь, по которому течет вторая текучая среда, и первый и второй пути поочередно расположены ярусами,
канальный элемент делит каждый из первого и второго путей на каналы,
носитель катализатора введен в каждый канал в по меньшей мере один из первого или второго пути, и по меньшей мере один из первого или второго пути служит путем каталитической реакции, и
каждый из каналов пути каталитической реакции имеет сечение, для которого коэффициент (W/H) равен или меньше 1.
3. Каталитический реактор по п.1 или 2, в котором подложка носителя катализатора имеет волнообразную форму, проходя взад-вперед между парой канальных элементов, противоположных в направлении ширины канала.
4. Каталитический реактор по п.1 или 2, в котором подложка носителя катализатора контактирует с по меньшей мере одним из плоской пластины или канальным элементом.
5. Каталитический реактор по п.1 или 2, в котором канальный элемент является гофрированной пластиной.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009214309A JP5581028B2 (ja) | 2009-09-16 | 2009-09-16 | 触媒反応器 |
JP2009-214309 | 2009-09-16 | ||
PCT/JP2010/005458 WO2011033737A1 (ja) | 2009-09-16 | 2010-09-06 | 触媒反応器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2495714C1 true RU2495714C1 (ru) | 2013-10-20 |
Family
ID=43758352
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012114760/04A RU2495714C1 (ru) | 2009-09-16 | 2010-09-06 | Каталитический реактор |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9079153B2 (ru) |
EP (1) | EP2478960A4 (ru) |
JP (1) | JP5581028B2 (ru) |
CN (1) | CN102481568B (ru) |
BR (1) | BR112012005590A2 (ru) |
RU (1) | RU2495714C1 (ru) |
WO (1) | WO2011033737A1 (ru) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB201116708D0 (en) * | 2011-09-28 | 2011-11-09 | Compactgtl Plc | Catalytic reactor and catalyst structure |
JP6013208B2 (ja) * | 2013-01-23 | 2016-10-25 | 住友精密工業株式会社 | 触媒反応器 |
JP2014161777A (ja) * | 2013-02-22 | 2014-09-08 | Sumitomo Precision Prod Co Ltd | 触媒反応器及び触媒反応器の製造方法 |
JP6387585B2 (ja) * | 2013-02-28 | 2018-09-12 | 株式会社Ihi | リアクタ |
JP6249611B2 (ja) * | 2013-03-01 | 2017-12-20 | 住友精密工業株式会社 | 積層構造体 |
EP3015164B1 (en) * | 2013-06-27 | 2022-02-23 | IHI Corporation | Reactor with corrugated catalyst structure |
JP6376131B2 (ja) * | 2013-09-13 | 2018-08-22 | 株式会社Ihi | リアクタ |
JP6728739B2 (ja) * | 2016-02-12 | 2020-07-22 | 株式会社Ihi | 反応装置 |
US11358111B2 (en) * | 2019-03-20 | 2022-06-14 | Battelle Memorial Institute, Pacific Northwest National Laboratories | Reactor assemblies and methods of performing reactions |
CN110143575B (zh) * | 2019-04-22 | 2021-01-15 | 浙江大学 | 一种波纹基板-多孔金属自热型甲醇重整制氢反应器 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06345404A (ja) * | 1993-06-02 | 1994-12-20 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 非平衡反応用プレートフィン型反応器 |
JPH08117608A (ja) * | 1994-10-21 | 1996-05-14 | Usui Internatl Ind Co Ltd | メタルハニカム体 |
RU2296003C2 (ru) * | 2001-07-11 | 2007-03-27 | КОМПАКТДЖТЛ ПиЭлСи | Каталитический реактор |
RU2310677C2 (ru) * | 2002-12-02 | 2007-11-20 | КОМПАКТДЖТЛ ПиЭлСи | Каталитический реактор и способ |
EA200701635A1 (ru) * | 2005-01-31 | 2007-12-28 | КОМПАКТДЖТЛ ПиЭлСи | Каталитический реактор |
EA200870512A1 (ru) * | 2006-05-08 | 2009-04-28 | КОМПАКТДЖТЛ ПиЭлСи | Каталитический реактор, содержащий первые и вторичные проточные каналы, расположенные попеременно |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0634504A (ja) * | 1992-07-17 | 1994-02-08 | Fujikura Ltd | 線条体の強度試験装置 |
DE19725378A1 (de) * | 1997-06-16 | 1998-12-17 | Gerhard Friedrich | Kompakter Festbettreaktor für katalytische Reaktionen mit integriertem Wärmeaustausch |
DK1559475T3 (da) | 2000-01-11 | 2008-09-22 | Compactgtl Plc | Katalytisk reaktor |
GB0408896D0 (en) * | 2004-04-20 | 2004-05-26 | Accentus Plc | Catalytic reactor |
GB0504622D0 (en) * | 2005-03-05 | 2005-04-13 | Accentus Plc | Catalytic reactors |
EA016188B1 (ru) * | 2006-05-08 | 2012-03-30 | КОМПАКТДЖТЛ ПиЭлСи | Компактный каталитический реактор и способ сжигания водорода |
GB0725140D0 (en) * | 2007-12-24 | 2008-01-30 | Compactgtl Plc | Catalytic Reactor |
US20110206493A1 (en) | 2008-10-24 | 2011-08-25 | Compactgtl Plc | Catalyst Foils and Methods and Apparatus for the Insertion of Foils into Catalytic Reactors |
GB0915036D0 (en) * | 2009-08-28 | 2009-09-30 | Compactgtl Plc | Catalytic reaction module |
-
2009
- 2009-09-16 JP JP2009214309A patent/JP5581028B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2010
- 2010-09-06 BR BR112012005590A patent/BR112012005590A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2010-09-06 WO PCT/JP2010/005458 patent/WO2011033737A1/ja active Application Filing
- 2010-09-06 EP EP10816852.7A patent/EP2478960A4/en not_active Withdrawn
- 2010-09-06 RU RU2012114760/04A patent/RU2495714C1/ru active
- 2010-09-06 US US13/395,973 patent/US9079153B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2010-09-06 CN CN201080037406.7A patent/CN102481568B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06345404A (ja) * | 1993-06-02 | 1994-12-20 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 非平衡反応用プレートフィン型反応器 |
JPH08117608A (ja) * | 1994-10-21 | 1996-05-14 | Usui Internatl Ind Co Ltd | メタルハニカム体 |
RU2296003C2 (ru) * | 2001-07-11 | 2007-03-27 | КОМПАКТДЖТЛ ПиЭлСи | Каталитический реактор |
RU2310677C2 (ru) * | 2002-12-02 | 2007-11-20 | КОМПАКТДЖТЛ ПиЭлСи | Каталитический реактор и способ |
EA200701635A1 (ru) * | 2005-01-31 | 2007-12-28 | КОМПАКТДЖТЛ ПиЭлСи | Каталитический реактор |
EA200870512A1 (ru) * | 2006-05-08 | 2009-04-28 | КОМПАКТДЖТЛ ПиЭлСи | Каталитический реактор, содержащий первые и вторичные проточные каналы, расположенные попеременно |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US9079153B2 (en) | 2015-07-14 |
WO2011033737A1 (ja) | 2011-03-24 |
CN102481568B (zh) | 2014-05-07 |
EP2478960A4 (en) | 2014-03-19 |
BR112012005590A2 (pt) | 2019-09-24 |
JP2011062618A (ja) | 2011-03-31 |
US20120177550A1 (en) | 2012-07-12 |
CN102481568A (zh) | 2012-05-30 |
EP2478960A1 (en) | 2012-07-25 |
JP5581028B2 (ja) | 2014-08-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2495714C1 (ru) | Каталитический реактор | |
CA3014237C (en) | A reactor for promotion of heat transfer | |
US7285153B2 (en) | Method and equipment for feeding two gases into and out of a multi-channel monolithic structure | |
JP5495843B2 (ja) | 多目的マイクロチャネルマイクロコンポーネント | |
US7235218B2 (en) | Catalytic reactors | |
EA011296B1 (ru) | Каталитические реакторы | |
EA019964B1 (ru) | Каталитический реактор | |
US20120210995A1 (en) | Reactor with Channels | |
JP6693690B2 (ja) | 熱交換器 | |
BRPI0708113A2 (pt) | estrutura de catalisador, método para fabricar a mesma, e, reator catalìtico compacto | |
CN110267912B (zh) | 用于合成气生产的可扩展换热器转化炉 | |
JP2012521960A (ja) | 受動熱流束制御要素を伴う蒸気改質器 | |
JP3968686B2 (ja) | メタノール改質装置 | |
WO2012046032A1 (en) | Catalytic reactor and catalyst structure | |
US20010023761A1 (en) | Stacked plate heat exchanger for a reforming reactor | |
KR20240088285A (ko) | 거울상으로 배치된 냉각 부재를 포함하는 반응기 | |
US20230130349A1 (en) | Heat exchange structure | |
CA3188835A1 (en) | Apparatus comprising a reactor for dehydrogenating a hydrogen-enriched liquid hydrogen carrier |