Каталитический реактор, содержащий первые и вторые проточные каналы, расположенные попеременно
Номер патента: 14205
Опубликовано: 29.10.2010
Авторы: Брабон Стивен, Гиллеспи Роберт Фрю, Пит Роберт, Боуэ Майкл Джозеф, Вест Дэвид Джеймс
Формула / Реферат
1. Компактный каталитический реактор, образующий множество первых и вторых проточных каналов, расположенных попеременно, причем первые проточные каналы имеют поперечный размер не более чем 10 мм и обеспечивают пути течения для горючих реагентов и содержат съемную, проницаемую для текучей среды катализаторную структуру, чтобы катализировать горение реагентов, причем первые проточные каналы имеют по меньшей мере один впуск по меньшей мере для одного из реагентов, при этом каждый первый проточный канал включает в себя вставку рядом с каждым впуском, причем эта вставка не является каталитической по отношению к реакции горения, при этом подаваемый на впуск газ является горючим, и некаталитическая вставка подразделяет часть первого проточного канала, соседнюю со впуском, на множество узких протоков, которые являются более узкими, чем параметр, причем этим параметром является максимальная величина просвета для предотвращения распространения пламени.
2. Реактор по п.1, в котором некаталитическая вставка состоит из материала, который не образует богатого оксидом алюминия поверхностного покрытия или каталитически активной оксидной пленки.
3. Реактор по п.1, в котором организованы средства теплообмена для поддержания некаталитической вставки при более низкой температуре, чем катализатор горения в первом проточном канале.
4. Реактор по любому из предшествующих пунктов, в котором газ, подаваемый на впуск первых проточных каналов, является горючим и подается через коллектор во множество впусков, при этом еще одна некаталитическая вставка расположена внутри коллектора рядом со впусками и образует множество сообщающихся со впусками узких протоков, которые являются более узкими, чем параметр, причем этим параметром является максимальная величина просвета для предотвращения распространения пламени.
5. Реактор по п.1 или 2, в котором подаваемый на впуск газ содержит только часть горючей газовой смеси, причем реактор образует отверстия для подачи прочих реагентов непосредственно в первые проточные каналы, и при этом некаталитической вставке придана форма для тщательного смешения инжектируемых реагентов с реагентами, поступающими через впуск.
6. Реактор по п.5, в котором реагенты добавляются в первые проточные каналы постадийно в различных местах вдоль первых проточных каналов, так что газовая смесь в первых проточных каналах находится значительно ниже стехиометрического соотношения по всей длине первого проточного канала, и протоки, образованные катализаторной структурой, являются достаточно узкими для предотвращения распространения пламени.
7. Реактор по п.5 или 6, в котором каждый первый проточный канал содержит как первую некаталитическую вставку для осуществления тщательного смешивания, так и вторую некаталитическую вставку для образования узких каналов с тем, чтобы как способствовать ламинарному течению, так и подавлять распространение пламени, причем вторая некаталитическая вставка находится между первой некаталитической вставкой и каталитической структурой для катализирования горения.
8. Установка для проведения реакции парового риформинга метана, включающая в себя реактор по любому из предшествующих пунктов.
Текст
Компактный каталитический реактор образует множество первых и вторых проточных каналов,расположенных попеременно, причем первые проточные каналы имеют глубину не более чем 10 мм и обеспечивают пути течения для горючих реагентов, а также содержат катализаторную структуру (20) для катализирования горения реагентов и имеют по меньшей мере один впуск по меньшей мере для одного из реагентов. Первый проточный канал также включает в себя вставку(40 или 60) рядом с каждым впуском, причем эта вставка не является каталитической по отношению к реакции горения: вставка может образовывать просветы, которые являются более узкими,чем максимальная величина просвета для предотвращения распространения пламени. Этот реактор применим в установке парового риформинга метана. 014205 Это изобретение относится к каталитическому реактору для химической реакции, такой как горение, в которой реагенты могут претерпевать мгновенное сгорание или детонацию, причем этот реактор предотвращает такие опасные явления. В WO 2005/102511 (GTL Microsystems AG) описаны установка и способ, в которых метан подвергается реакции с водяным паром с образованием монооксида углерода и водорода в первом каталитическом реакторе; получившаяся газовая смесь затем используется для проведения синтеза Фишера-Тропша во втором каталитическом реакторе. Реакцию риформинга типично осуществляют при температуре примерно 800 С, и требуемое тепло может быть обеспечено за счет каталитического горения в каналах,смежных с теми, в которых осуществляется риформинг, причем каналы горения содержат катализатор,который может включать палладий или палладий/платину на носителе из оксида алюминия в форме тонкого покрытия на металлической подложке. Горючая газовая смесь, такая как смесь метана или водорода с воздухом, подается в каналы горения. Горение происходит на поверхности катализатора без пламени,но существует опасность того, что газовая смесь может претерпевать мгновенное сгорание или детонацию, причем эти явления различаются тем, распространяется ли взрывная волна или фронт пламени со скоростью соответственно ниже или выше скорости звука в несгоревшей газовой смеси. Было бы желательно предотвращать распространение пламени в горючей газовой смеси, будь то мгновенное сгорание или детонация, поскольку такое распространение пламени изменяло бы профиль температуры внутри реактора и могло бы вызвать механическое повреждение. Согласно настоящему изобретению предложен компактный каталитический реактор, образующий множество первых и вторых проточных каналов, расположенных попеременно, причем первые проточные каналы имеют поперечный размер не более чем 10 мм и обеспечивают пути течения для горючих реагентов и содержат съемную, проницаемую для текучей среды катализаторную структуру, чтобы катализировать горение реагентов, причем первые проточные каналы имеют по меньшей мере один впуск для по меньшей мере одного из реагентов, при этом каждый первый проточный канал включает в себя вставку рядом с каждым впуском, причем эта вставка не является каталитической по отношению к реакции горения. Предпочтительно некаталитическая вставка состоит из материала, который не образует поверхностного покрытия из оксида алюминия, так как было установлено, что такое покрытие из оксида алюминия само по себе является слабо каталитическим даже в отсутствие каталитических материалов, таких как палладий. Например, подходящими металлами являются сплавы железа/никеля/хрома для высокотемпературного применения, такие как Haynes HR-120 или Incoloy 800HT (товарные знаки), нержавеющая сталь или подобные материалы. Реактор может включать штабель из пластин. Например, первые и вторые проточные каналы могут быть сформированы канавками в соответствующих пластинах, причем пластины уложены в штабель(штабелированы) и затем соединены между собой. Альтернативно, проточные каналы могут быть сформированы тонкими металлическими листами, которые выполнены зазубренными и штабелированы попеременно с плоскими листами; кромки проточных каналов могут быть ограничены уплотнительными полосками. Для обеспечения требуемого хорошего термического контакта как первые, так и вторые газопроточные каналы могут быть между 10 и 2 мм глубиной, предпочтительно менее чем 6 мм глубиной,более предпочтительно в диапазоне от 3 до 5 мм. Штабель из пластин, формирующий реакторный модуль, соединен в одно целое, например, с помощью диффузионной сварки, пайки твердым припоем или горячего изостатического прессования. Катализаторная структура предпочтительно имеет металлическую подложку для обеспечения прочности и для усиления теплопередачи путем теплопроводности, тем самым предотвращая возникновение горячих точек. Типично металлическая подложка может быть покрыта керамическим покрытием, в которое введен активный каталитический материал. Предпочтительно металлическая подложка для катализаторной структуры, в отличие от таковой у некаталитической вставки, представляет собой стальной сплав, который будучи нагретым образует прочно сцепленное поверхностное покрытие из оксида алюминия, например алюминийсодержащую ферритную сталь (например, Fecralloy (TM. Когда этот металл нагревается на воздухе, он образует прочно сцепленное оксидное покрытие из оксида алюминия, которое защищает сплав от дальнейшего окисления и от коррозии. Там, где имеется керамическое покрытие из оксида алюминия, оно представляется связанным с этим оксидным покрытием на поверхности. Предпочтительно каждая катализаторная структура выполнена такой формы, чтобы подразделять проточный канал на множество параллельных проточных подканалов, с каталитическим материалом на поверхностях внутри каждого такого подканала. Подложка может представлять собой фольгу, проволочную сетку или лист войлока, который может быть гофрированным, покрытым ямками или складчатым; предпочтительная подложка представляет собой тонкую металлическую фольгу, например, с толщиной менее 100 мкм,которая является гофрированной. Как описано в US 2006/0035182, один параметр для оценки того, может ли в реакционном канале происходить распространение пламени, известен как безопасное расстояние гашения или зазор гашения,который представляет собой максимальную ширину канала, которая обеспечивает подавление всякого распространения пламени при конкретных давлении и температуре. Если просвет канала является боль-1 014205 шим, чем зазор гашения, то распространение пламени может быть возможным, и пламя может перерасти в мгновенное сгорание, то есть распространение волны горения с дозвуковой скоростью. На практике максимальный просвет (при котором распространение пламени подавляется) реально является значительно большим, чем зазор гашения, по меньшей мере, для каналов с прямоугольным сечением, и приблизительно равен размеру детонационной ячейки. Оба эти параметра зависят от природы горючего материала, от того, насколько состав близок к стехиометрическому соотношению, и от температуры и давления. В качестве примера, для стехиометрической смеси водорода с воздухом (как источником кислорода) при начальном состоянии с давлением 1 атм и температурой примерно 25 С, зазор гашения составляет примерно 0,1 мм, но максимальная величина просвета составляет примерно 5 мм. Максимальная величина просвета в случае водорода в кислороде составляет примерно 1,2 мм. Эти значения для максимальной величины просвета снижаются при увеличении температуры и снижаются при увеличении давления. Для других топливных смесей эти значения типично являются более высокими, например для этана в воздухе зазор гашения составляет примерно 1,5 мм (а максимальная величина просвета составляет примерно 50 мм). Если подаваемый к впуску газ сам по себе является горючим, например, состоящим из смеси топлива и воздуха, то некаталитическая вставка предпочтительно подразделяет часть первого проточного канала рядом с впуском на множество узких протоков, которые являются более узкими, чем максимальная величина просвета для предотвращения распространения пламени. В этом случае некаталитическая вставка может представлять собой продольно-гофрированную фольгу или множество продольногофрированных листов фольги, сложенных стопкой. Такие узкие протоки также поддерживают ламинарное течение. Это предпочтительно сочетается со средствами теплообмена для обеспечения того, что некаталитическая вставка будет поддерживаться при более низкой температуре, чем катализатор горения в первом проточном канале. Альтернативно или дополнительно, когда такой горючий газ подается через коллектор во множество первых проточных каналов, то такая некаталитическая вставка может быть предусмотрена внутри коллектора. Альтернативно, подаваемый к впуску газ может включать в себя только один из участвующих в горении реагентов (например, только воздух), и в этом случае прочие реагенты (топливо) могут быть поданы через отверстия непосредственно в первые проточные каналы. В этом случае фольговой вставке может быть придана форма для тщательного смешивания инжектируемых реагентов с реагентами, поступающими через впуск. Прочие реагенты могут быть введены постадийно, в различных местах вдоль первого проточного канала так, чтобы газовая смесь в первом проточном канале была значительно ниже стехиометрического соотношения по всей длине первого проточного канала, и протоки, образованные катализаторной структурой, являются достаточно узкими для предотвращения распространения пламени. Альтернативно, если все прочие реагенты вводят рядом с впуском первого проточного канала, может иметься первая некаталитическая вставка для осуществления тщательного смешения, непосредственно за которой располагается вторая некаталитическая вставка для образования узких каналов, предназначенных как для способствования ламинарному течению, так и для подавления распространения пламени,причем вторая некаталитическая вставка находится между первой некаталитической вставкой и катализатором горения. Теперь изобретение будет описано далее и более подробно только в качестве примера и с привлечением сопроводительных чертежей, на которых фиг. 1 показывает вид в разрезе части реакторного блока, пригодного для парового риформинга метана, с деталями, показанными отдельно для ясности; фиг. 2 - вид в разрезе собранного реакторного блока по линии А-А фиг. 1; фиг. 3 - вид в разрезе альтернативного реактора; фиг. 4 - частичный вид в разрезе реактора с фиг. 3 по линии В-В и фиг. 5 - вид в перспективе вставки, образующей часть реактора с фиг. 3 и 4. Реакцию парового риформинга метана осуществляют при смешении водяного пара и метана и контактировании этой смеси с подходящим катализатором при повышенной температуре, так что пар и метан реагируют с образованием монооксида углерода и водорода. Температура в реакторе риформинга типично повышается от примерно 450 С на впуске до примерно 800-850 С на выпуске. Реакция парового риформинга является эндотермической, и тепло обеспечивается за счет каталитического горения, например, углеводородов и водорода, смешанных с воздухом. Горение происходит над катализатором горения внутри соседних проточных каналов внутри реактора риформинга. Обратимся теперь к фиг. 1, там показан реактор 10, пригодный для применения в качестве реактора парового риформинга. Реактор 10 состоит из штабеля пластин, которые являются прямоугольными в горизонтальной проекции, причем каждая пластина изготовлена из коррозионноустойчивого высокотемпературного сплава, такого как Inconel 625, Incoloy 800 НТ или Haynes HR-120. Плоские пластины 12, типично с толщиной в диапазоне от 0,5 до 4 мм, в этом случае толщиной 1 мм, расположены попеременно с зазубренными пластинами 14, 15, в которых зубцы являются такими, чтобы образовывать прямые сквозные каналы 16, 17 от одной стороны пластины до другой. Зазубренные пластины 14 и 15 расположены в штабеле попеременно, так что каналы 16, 17 ориентированы в перпендикулярных направлениях в чере-2 014205 дующихся зазубренных пластинах. Толщина зазубренных пластин 14 и 15 (типично в диапазоне между 0,2 и 3,5 мм) в каждом случае составляет 0,75 мм. Высота зубцов (типично в диапазоне 2-10 мм) в этом примере составляет 4 мм, и твердые прутки 18 с такой же толщиной располагаются вдоль боковых сторон. В зазубренных пластинах 15, которые образуют каналы 17 горения, длина волны зубцов такова, что последовательные связки располагаются на расстоянии 25 мм, тогда как в зазубренных пластинах 14,которые образуют каналы 16 риформинга, последовательные связки располагаются на расстоянии 15 мм друг от друга. Обращаясь теперь к фиг. 2, которая показывает вид в разрезе собранного реактора 10, каждая пластина 12 является прямоугольной, с шириной 600 мм и длиной 1400 мм; разрез сделан в плоскости, параллельной одной такой пластине 12. Зазубренные пластины 15 для каналов 17 горения имеют в плоскости одинаковую площадь, причем зубцы проходят продольно. Зазубренные пластины 14 для каналов 16 риформинга имеют размеры 600400 мм, три таких пластины 14 уложены бок о бок, с краевыми полосками 18 между ними, причем каналы 16 проходят поперечно; зазубренная пластина 34 с идентичными зубцами, с размерами 600200 мм в плоскости, уложена бок о бок с одной из пластин 14. Коллекторы 22 на каждом конце штабеля позволяют подавать горючие газы в каналы 17 горения и отводить выхлопные газы из них через трубопроводы 24. Малые коллекторы 26 (показанные внизу справа и вверху слева) позволяют подавать газовую смесь для реакции риформинга в каналы 16 в первой из зазубренных пластин 14 и отводить получающуюся смесь из них в третьей зазубренной пластине 14; коллекторы 28 с удвоенной шириной (показанные вверху справа и внизу слева) позволяют газовой смеси перетекать из одной зазубренной пластины 14 в следующую. Отдельные малые коллекторы 36 сообщаются с каналами,образованными пластинами 34. Совокупный результат состоит в том, что подвергаемые риформингу газы следуют по извилистому пути, который является в целом прямоточным относительно потока через каналы 17 горения. Штабель собирают, как описано выше, и типично соединяют воедино с помощью диффузионной сварки, пайки твердым припоем или горячего изостатического прессования. Затем в каждый из каналов 16 и 17 вставляют носители 20 катализатора из гофрированной металлической фольги (на фиг. 1 показаны только два из них), несущие на себе катализаторы для двух различных реакций. Металлическая фольга предпочтительно выполнена из алюминийсодержащего стального сплава, такого как Fecralloy, и она покрыта керамическим покрытием, содержащим катализатор. В каналах 16 риформинга (в пластинах 14) носители 20 катализатора простираются по всей длине канала. В каналах 17 горения носители 20 катализатора имеют длину 1200 мм, так что они простираются вдоль каналов 16 риформинга; напротив, первые 200 мм длины каждого канала 17 заняты некаталитической вставкой 40 из гофрированной фольги (на фиг. 1 показана только одна), изготовленной из стопки двух гофрированных листов фольги и плоской фольги, причем длина волны гофрирования такова, что протоки являются существенно меньшими, чем протоки сквозь носители 20 катализатора, и в этом случае фольга сделана из нержавеющей стали. После введения носителей 20 катализатора и некаталитических вставок 40 к наружной стороне штабеля присоединяют коллекторы 22, 26, 28 и 36, как показано на фиг. 2. Носители 20 катализатора и некаталитические вставки 40 не показаны на фиг. 2, а показаны только схематически на фиг. 1. При эксплуатации смесь водяного пара и метана подается во впускной коллектор 26 (как показано с правой стороны), так что парометановая смесь проходит по извилистому пути, как упомянуто выше. Сжигаемое топливо (например, метан и водород) подается через гаситель 42 детонации во впускной коллектор 22 (как показано на нижнем конце) и смешивается с воздухом, часть которого подается непосредственно, а часть которого подается через коллекторы 36 и проточные каналы в подлежащих подогреву зазубренных пластинах 34. Воздух, протекающий через каналы в зазубренных пластинах 34, протекает рядом с впускными частями каналов 17, которые содержат некаталитические вставки 40, и помогает поддерживать вставки 40 при температуре более низкой, чем температура в остальных частях каналов 17, и в то же время этот воздух подогревается. Вставки 40 образуют протоки, в которых максимальные просветы составляют примерно 1 мм, что является достаточно малым для обеспечения того, что детонации не смогут распространяться в этой конкретной газовой смеси; узкие просветы также способствуют ламинарному течению, которое помогает предотвращать опасность распространения пламени. Кроме того, хотя носители 20 катализатора в находящихся ниже по течению частях каналов 17 могут находится при температуре выше 600 С, например при 800 или 850 С, воздух, протекающий через каналы в пластинах 34, вместе с втекающей смесью топлива и воздуха, обеспечивает то, что некаталитические вставки 40 находятся при значительно более низкой температуре, скажем 400 С. Будет понятно, что показанная на фигурах конструкция реактора приведена только в качестве примера, и что изобретение применимо к любому каталитическому реактору, в котором реагенты могут претерпевать детонацию. Например, оно равным образом применимо в реакторе, в котором проточные каналы образованы канавками в плоских пластинах, или прутками и плоскими пластинами, или, конечно,там, где проточные каналы образованы отверстиями в пластинах. Также будет понятно, что реактор может отличаться от показанного, в то же время оставаясь в пределах объема настоящего изобретения. Некаталитические вставки 40 будут типично иметь длину между 50 и 500 мм, с максимальной шириной-3 014205 протоков в диапазоне от 0,1 до 3 мм, и толщина фольги типично составляет в диапазоне от 20 до 200 мкм. Эти вставки 14 проще всего изготавливаются из плоских и гофрированных листов фольги, но будет понятно, что они могут быть выполнены иным образом. В некоторых случаях может не быть необходимости обеспечивать дополнительное охлаждение некаталитических вставок 40 с помощью воздуха, протекающего в зазубренных пластинах 34, так как они могут охлаждаться в достаточной мере втекающей топливно-воздушной смесью. Будет понятно, что, если бы потребовалось дополнительное охлаждение,эндотермическая реакция вместо этого могла бы осуществляться в каналах в зазубренных пластинах 34. Также будет понятно, что, в дополнение к некаталитическим вставкам 40, распространение пламени горения может быть также предотвращено с помощью дополнительных мер, например, путем добавления, по существу, инертного компонента к топливно-воздушной смеси, такого как водяной пар или диоксид углерода, так как это замедлило бы кинетику горения, делая распространение пламени менее вероятным. Также будет понятно, что дополнительная зона гашения, содержащая такие некаталитические вставки 40, может быть также предусмотрена на выпускном конце каналов 17 горения для предотвращения распространения пламени на выпуске (в коллекторе 22) или явления мгновенного сгорания или детонации, распространяющихся через трубопровод 24, особенно во время запуска. Альтернативно, топливно-воздушная смесь могла бы содержать избыток кислорода (избыток воздуха), то есть стехиометрический избыток, который также подавлял бы распространение пламени. Альтернативно или дополнительно, некаталитическая вставка 44 (обозначенная пунктирными линиями на фиг. 2) в виде сотовой структуры может быть предусмотрена внутри впускного коллектора 22 и, необязательно, также внутри выпускного коллектора 22. Эта сотовая вставка 44 образует каналы подобно таковым во вставках 40, которые являются достаточно узкими для того, чтобы предотвращать распространение пламени и тем самым предотвращать детонации. Например, каждый канал мог бы иметь ширину 0,5 или 0,8 мм. Такая сотовая вставка 44 может быть расположена прямо у передней поверхности штабеля, на которую выходят открытые концы каналов 17 горения, и любой промежуток между сотовой вставкой 44 и окружающей стенкой коллектора 22 также желательно является достаточно узким для предотвращения распространения пламени. Альтернативно, топливо может подаваться постадийно вдоль длины каналов 17 горения (через два или более впуска) для обеспечения того, что пропорция топлива/воздуха всегда выдерживается значительно ниже стехиометрии. Это представляет дополнительное преимущество в том, что необходимый зазор гашения является более крупным. Обратимся теперь к фиг. 3, там показан реактор 50, в некоторой степени сходный с показанным на фиг. 1 и 2, причем идентичные конструктивные элементы обозначены одинаковыми ссылочными номерами. В этом случае каналы 51 и 52 для горения и для парового риформинга метана образованы между плоскими пластинами 12 с помощью прутков 18. Фиг. 3 показывает вид в разрезе по плоскости одного из наборов каналов 51 горения; такие каналы горения чередуются в штабеле с поперечными каналами 52 для парового риформинга метана между коллекторами 26, 28, 28 и 26. Носители 20 а и 20b катализатора (с такой же шириной, как соответствующий канал) предусмотрены в каждом из каналов 51 и 52 соответственно. Впускные коллекторы 53 и 54 сообщаются с поперечными каналами 55 и 56 (обозначенными пунктирными линиями) рядом с впускным концом каналов 51 горения и между вторым и третьим поперечными каналами 52 для парового риформинга метана соответственно; другой конец поперечных каналов 55 и 56 закрыты соответствующими боковыми прутками 18 (подобными показанным на фиг. 1). Щели 58 в пластинах 12 позволяют потоку протекать между поперечными каналами 55 и 56 и каналами 51 горения. При эксплуатации реактора 50 парометановая смесь подается во впускной коллектор 26, следуя по извилистому пути, как описано ранее, в то время как воздух подается во впускной коллектор 22. Также обращаясь к фиг. 4, которая показывает вид в разрезе части реактора 50, топливо подается во впускные коллекторы 53 и 54 и тем самым в поперечные каналы 55 и 56 и, тем самым, через щели 58 в каналы 51 горения. Часть каналов 51 горения поблизости от щелей 58 содержит некаталитическую вставку 60,сформированную из фольги с формой, усиливающей турбулентность, так чтобы воздух или горячие газообразные продукты горения были турбулентными, когда инжектируют топливо, и эта турбулентность продолжается на коротком расстоянии ниже по течению относительно щелей 58 в достаточной мере для того, чтобы обеспечивать тщательное смешение. Смесь затем достигает носителя 20 а катализатора, так что происходит горение. Пропорция топлива к воздуху на каждой стадии значительно ниже стехиометрического значения, гарантируя, что детонация не произойдет (вставки 60 и носители 20 а указаны на фиг. 3 только в одном из каналов 51). В качестве примера, вставки 60 могут иметь форму, показанную на фиг. 5, изготовлены из плоской фольги, разрезанной множеством параллельных прорезей, и с частями фольги на противоположных сторонах каждой прорези, выгнутыми соответственно вверх и вниз с образованием выступа и впадины, так что выступы и впадины чередуются по ширине фольги. Вдоль длины фольги выступы могут следовать за выступами, а впадины за впадинами, как показано; или, альтернативно, выступы и впадины могут чередоваться вдоль любой линии по длине. Добавление топлива постадийно вдоль длины каналов 51 горения обеспечивает то, что отношение топлива к воздуху по всей длине каналов 51 значительно ниже стехиометрического значения, и поэтому просветы, образованные носителями 20 а катализатора из гофрирован-4 014205 ной фольги, могут быть меньшими, чем максимальная величина просвета для предотвращения распространения пламени. Этот способ введения топлива в канал также применим даже в том случае, если все топливо должно быть введено вблизи впускного конца канала горения. В этом случае, в частности, в дополнение к предусматриванию усиливающей турбулентность вставки 60 поблизости от щелей 58 впуска топлива может быть также некаталитическая вставка 40 для принудительного создания ламинарного течения и с просветами, которые являются более узкими, чем максимальная величина просвета для предотвращения распространения пламени. Такая вставка 40 может быть предусмотрена как выше по течению, так и ниже по течению относительно тех мест, в которых топливо инжектируют в газовый поток. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Компактный каталитический реактор, образующий множество первых и вторых проточных каналов, расположенных попеременно, причем первые проточные каналы имеют поперечный размер не более чем 10 мм и обеспечивают пути течения для горючих реагентов и содержат съемную, проницаемую для текучей среды катализаторную структуру, чтобы катализировать горение реагентов, причем первые проточные каналы имеют по меньшей мере один впуск по меньшей мере для одного из реагентов, при этом каждый первый проточный канал включает в себя вставку рядом с каждым впуском, причем эта вставка не является каталитической по отношению к реакции горения, при этом подаваемый на впуск газ является горючим, и некаталитическая вставка подразделяет часть первого проточного канала, соседнюю со впуском, на множество узких протоков, которые являются более узкими, чем параметр, причем этим параметром является максимальная величина просвета для предотвращения распространения пламени. 2. Реактор по п.1, в котором некаталитическая вставка состоит из материала, который не образует богатого оксидом алюминия поверхностного покрытия или каталитически активной оксидной пленки. 3. Реактор по п.1, в котором организованы средства теплообмена для поддержания некаталитической вставки при более низкой температуре, чем катализатор горения в первом проточном канале. 4. Реактор по любому из предшествующих пунктов, в котором газ, подаваемый на впуск первых проточных каналов, является горючим и подается через коллектор во множество впусков, при этом еще одна некаталитическая вставка расположена внутри коллектора рядом со впусками и образует множество сообщающихся со впусками узких протоков, которые являются более узкими, чем параметр, причем этим параметром является максимальная величина просвета для предотвращения распространения пламени. 5. Реактор по п.1 или 2, в котором подаваемый на впуск газ содержит только часть горючей газовой смеси, причем реактор образует отверстия для подачи прочих реагентов непосредственно в первые проточные каналы, и при этом некаталитической вставке придана форма для тщательного смешения инжектируемых реагентов с реагентами, поступающими через впуск. 6. Реактор по п.5, в котором реагенты добавляются в первые проточные каналы постадийно в различных местах вдоль первых проточных каналов, так что газовая смесь в первых проточных каналах находится значительно ниже стехиометрического соотношения по всей длине первого проточного канала, и протоки, образованные катализаторной структурой, являются достаточно узкими для предотвращения распространения пламени. 7. Реактор по п.5 или 6, в котором каждый первый проточный канал содержит как первую некаталитическую вставку для осуществления тщательного смешивания, так и вторую некаталитическую вставку для образования узких каналов с тем, чтобы как способствовать ламинарному течению, так и подавлять распространение пламени, причем вторая некаталитическая вставка находится между первой некаталитической вставкой и каталитической структурой для катализирования горения. 8. Установка для проведения реакции парового риформинга метана, включающая в себя реактор по любому из предшествующих пунктов.
МПК / Метки
МПК: B01J 19/24
Метки: реактор, первые, проточные, содержащий, расположенные, вторые, каналы, каталитический, попеременно
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/8-14205-kataliticheskijj-reaktor-soderzhashhijj-pervye-i-vtorye-protochnye-kanaly-raspolozhennye-poperemenno.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Каталитический реактор, содержащий первые и вторые проточные каналы, расположенные попеременно</a>
Предыдущий патент: Система трехмерных геоячеек
Следующий патент: Прудовой насос
Случайный патент: Способ сжижения природного газа и получения углеводородов