專利名稱：緊湊型蒸汽重整爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1前序部分所述特征的、用于生產(chǎn)氫氣的重整爐，以及一種用水和烴制備氫氣的方法。
為生產(chǎn)氫氣，就要使蒸汽和一種烴(CxHy，有機(jī)化合物，碳?xì)浠旌衔?在高溫度下使用催化劑進(jìn)行反應(yīng)。
在EP0848989A2中公開(kāi)了一種并流或逆流反應(yīng)器，其包括一個(gè)帶有許多相互平行管道的整體式組件，這些管道被劃分為相互疊套的兩組。一組管道供反應(yīng)物(離析物)流過(guò)，而另一組則供燃燒氣/氣體混合物流過(guò)。
若蒸汽屬于反應(yīng)物，則要單獨(dú)制備。
在US-PS5484577中公開(kāi)了一種帶有經(jīng)由氣體燃燒器加熱的燃燒室的重整爐。燃燒室有一個(gè)實(shí)質(zhì)上是圓柱形的反應(yīng)器，且其外殼由產(chǎn)生的氣體火焰和熾熱的燃燒氣所加熱。在反應(yīng)器的外環(huán)區(qū)域裝有催化劑顆粒。反應(yīng)氣混合物流經(jīng)催化劑顆粒，并經(jīng)由圓柱形的回導(dǎo)管道流向排氣口。
反應(yīng)物以氣體或蒸汽形式輸送。
同樣適用的還有US-PS5811065中的重整爐，其中將多個(gè)重整爐整合成了一個(gè)重整爐爐組。
最近，許多具有約1-200Nm3/小時(shí)氫氣生產(chǎn)能力的小型重整爐設(shè)備都被用于制備作為工藝氣體或保護(hù)氣體的氫氣，以及用于燃料電池的發(fā)電。對(duì)于這種緊湊型重整爐，人們努力以各種手段尋找節(jié)省熱量的最佳方式。
要將重整爐用于供應(yīng)燃料電池的氫氣，特別是用在5kW-20kW范圍內(nèi)的小型發(fā)電廠中，就要求氫的制備迅速與負(fù)荷變化相適應(yīng)。氫氣的產(chǎn)量應(yīng)該與大型設(shè)備的氫氣產(chǎn)量一致。用作原料氣的天然氣每立方米天然氣應(yīng)該有約2.5-2.7m3氫氣。這樣，相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換效率就為75-80％，各以低熱值計(jì)。
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種緊湊型重整爐。
本發(fā)明的重整爐滿足該要求。重整爐采用水和甲烷或其它烴以蒸汽形式(氣體形式)在較高溫度下借助催化劑生產(chǎn)氫氣。設(shè)置一個(gè)汽化冷卻器來(lái)實(shí)現(xiàn)水的汽化。給水在汽化冷卻器中利用流出的反應(yīng)物(重整物)的熱量在很大程度上被汽化。
產(chǎn)物和離析物的流動(dòng)是強(qiáng)制相同的。在改變負(fù)荷的情況下汽化效率的每次改變都是隨重整物流的相應(yīng)變化而來(lái)—輸入汽化冷卻器中的功率的相應(yīng)變化。所有流入反應(yīng)器的和流出反應(yīng)器的物流總是時(shí)間同步的，由此可以使得負(fù)荷引導(dǎo)的汽化成為可能。反應(yīng)器的熱慣性和用以改變加熱功率的燃燒器的響應(yīng)時(shí)間不會(huì)制約負(fù)荷變化速度。相反，當(dāng)負(fù)荷躍變時(shí)，反應(yīng)器的熱慣性起到熱緩沖器的作用，并且恰恰可使得負(fù)荷變化特別快。在很短的幾秒鐘內(nèi)，負(fù)荷變化就可以達(dá)到100％。
水的汽化和必要時(shí)燃燒氣的汽化在重整爐的進(jìn)口處基本上通過(guò)待冷卻的重整物來(lái)實(shí)現(xiàn)。需要時(shí)，只需要從燃燒器的廢氣中抽取出所需的一部分熱量，就可以由此調(diào)節(jié)汽化溫度。
汽化冷卻器優(yōu)選設(shè)計(jì)成縫隙式汽化器，并且其中進(jìn)口管和出口管設(shè)計(jì)成螺旋形縫隙管。進(jìn)口管優(yōu)選設(shè)置在反應(yīng)器的內(nèi)壁面和插入體之間。出口管優(yōu)選沿著插入體的內(nèi)壁面伸展。最好使水和燃料經(jīng)毛細(xì)管作用輸送到共用的進(jìn)口管中。由此實(shí)現(xiàn)水燃料混合物的汽化。燃料可以是氣體或液體形式的。所出現(xiàn)的霧化效應(yīng)促進(jìn)了汽化。
優(yōu)選將反應(yīng)器設(shè)計(jì)成即便在很高溫度(比如高至1000℃)下也可以承受很高的壓力(比如10或20bar)。為此，優(yōu)選設(shè)計(jì)為圓柱形的壓力容器。使得排放的氫氣可以在加壓條件下凈化氣體，比如利用膜處理方法——可以省掉后壓縮。由于離析物的體積小，因此可在重整器輸入側(cè)，以比如在重整器之后的后壓縮少得多的壓縮能(系數(shù)5)完成壓縮。
汽化器主要靠重整物進(jìn)行加熱。另外，廢氣加熱可以通過(guò)反應(yīng)器的壁實(shí)現(xiàn)。據(jù)此可準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)汽化器的溫度。汽化器功率的90％以上優(yōu)選靠重整物的熱能提供。汽化熱中只有一部分通過(guò)反應(yīng)器的熱傳導(dǎo)以及通過(guò)分流的廢氣補(bǔ)充。由此，可使汽化冷卻器在啟動(dòng)設(shè)備時(shí)或在空載運(yùn)行時(shí)也能保持在所希望的溫度下。為此，可在比如沿著反應(yīng)器外表面走向的相應(yīng)廢氣分流管道中，設(shè)置一個(gè)調(diào)節(jié)裝置(溫度調(diào)節(jié)器)。能量轉(zhuǎn)換的效率高達(dá)80％或更多。
熱交換器優(yōu)選設(shè)置在壓力容器中，以便使進(jìn)口通道和出口通道中的壓力幾乎相同。因此，熱交換器是不受力的。
用以加熱反應(yīng)器的燃燒器優(yōu)選是一種充分利用廢氣熱量的燃燒器，例如同流換熱燃燒器或交流換熱燃燒器。燃燒器可以根據(jù)燃燒室溫度來(lái)調(diào)節(jié)。因此，對(duì)重整器的各個(gè)耗熱處的調(diào)配是自動(dòng)完成的。耗熱與供應(yīng)熱量之間的暫時(shí)熱差通過(guò)存儲(chǔ)在重整器中的熱量來(lái)平衡。
可以將燃燒室設(shè)計(jì)得適于無(wú)焰氧化。為此就要避免出現(xiàn)可能會(huì)產(chǎn)生并維持火焰的小股漩渦和環(huán)流。因此，就要實(shí)現(xiàn)幾乎無(wú)NOx和幾乎無(wú)損耗的運(yùn)作。此外，燃燒氣熱值的波動(dòng)并非重要。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，相互同心地設(shè)置一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器以及一個(gè)或多個(gè)燃燒器。比如，中央設(shè)置的燃燒器周圍是多個(gè)反應(yīng)器。反之，一個(gè)反應(yīng)器的周圍也可以是多個(gè)燃燒器或者這多個(gè)燃燒器容納于一個(gè)空腔中。在這兩種情況下，要將一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器以及一個(gè)或多個(gè)燃燒器從一側(cè)引入到殼體的一個(gè)優(yōu)選呈圓柱形的腔內(nèi)。這樣就形成了整個(gè)裝置較為緊湊的格局，并簡(jiǎn)化了控制過(guò)程。例如，可以舍棄調(diào)節(jié)一部分廢氣流的步驟以適應(yīng)不同的負(fù)荷情況。另外也減少了熱量損失。
反應(yīng)器可以由陶瓷制成，這樣就大大提高了抗高溫腐蝕的耐磨強(qiáng)度。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，反應(yīng)器的一個(gè)細(xì)長(zhǎng)部分伸入燃燒室內(nèi)，而真正的重整過(guò)程就是這一部分中于700到1200℃的溫度下進(jìn)行。根據(jù)需要，反應(yīng)器上面可以有一段直徑變大的部分，該部分為一個(gè)用于催化器將長(zhǎng)鏈的CxHy裂解成CH4的預(yù)重整過(guò)程(300到500℃)提供地方并容納汽化冷卻器。優(yōu)選將汽化冷卻器設(shè)計(jì)成環(huán)形的。其處于200到400℃范圍內(nèi)的內(nèi)腔中可以設(shè)置一個(gè)催化器來(lái)完成轉(zhuǎn)移反應(yīng)，或者設(shè)置一個(gè)位于出口側(cè)的隔板過(guò)濾器用以留住一氧化碳。
該汽化冷卻器允許水以及可能的燃料進(jìn)行快速而符合需要的汽化。只要水是流動(dòng)的，就要保持汽化器的溫度低于取決壓力的100到180℃的沸騰溫度。這也就在另一方面實(shí)現(xiàn)了重整物的迅速冷卻(猝冷)。由此，也就持續(xù)地避免了于400到600℃的溫度下在表面上形成的煙灰。
本發(fā)明的其它優(yōu)選的實(shí)施形式的細(xì)節(jié)將在附圖以及


中闡述。
附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例。附圖所示為圖1是帶有重整器的重整系統(tǒng)的縱向剖視圖，圖2是一個(gè)圖1重整器的派生實(shí)施形式，圖3是一個(gè)通過(guò)交流換熱式燃燒器加熱的重整器的派生實(shí)施形式，圖4是帶有陶瓷重整器管和轉(zhuǎn)移反應(yīng)器的重整器，
圖5是帶有陶瓷重整器管和隔板體的重整器的示意圖和局部剖視圖。
圖6是重整器的派生實(shí)施形式的縱向剖視示意圖，圖7是圖6的重整器的橫向剖視圖，圖8是重整器的另一實(shí)施形式的縱向剖視示意圖，圖9根據(jù)圖8的重整器的橫向剖視示意圖。
圖1表示的是一個(gè)帶有用燃料和水生產(chǎn)氫氣的重整爐2的重整裝置1。在重整爐2后緊接著一個(gè)用以分離CO的PSA3(變壓吸附裝置，即壓力變換吸附裝置)。PSA3具有多個(gè)吸附柱4，重整物周期性地經(jīng)穿過(guò)和回沖洗這些吸附柱。殘余氣體經(jīng)由導(dǎo)管5導(dǎo)入重整爐2中。
重整爐2具有一個(gè)比如帶有一個(gè)絕熱套7的圓柱形套殼6。該絕熱套包住了一個(gè)比如圓柱形的且其端側(cè)9上設(shè)置有一個(gè)燃燒器11的加熱一或燃燒室8。燃燒器11連接在導(dǎo)管5及燃料管12上。通過(guò)管14將空氣傳送到燃燒器11中。燃燒器11通過(guò)廢氣管15排放廢氣。燃燒器11上具有一個(gè)同流換熱器16，其外面鄰接環(huán)形的廢氣通道17而內(nèi)部則鄰接導(dǎo)氣通道18。同流換熱器16起利用廢氣熱量的作用。廢氣熱量傳遞到流入的空氣上和必要時(shí)傳遞到燃料上。
在燃燒室8的與燃燒器11相對(duì)的(下)端面19上，絕熱套7具有一個(gè)圓柱形的通道21，在該通道中裝有一個(gè)與燃燒器11同軸且伸進(jìn)燃燒室8中的化學(xué)反應(yīng)器22。該反應(yīng)器22作為反應(yīng)容器具有一個(gè)端側(cè)封閉的且由諸如耐熱鋼或其他合適的金屬制成的管23，而且管的封閉端朝向燃燒器11。燃燒器11可以偏離軸地設(shè)置在燃燒室8的任意一個(gè)合適的位置上。
管23的開(kāi)口端嵌在頂端24上，離析物經(jīng)該頂端流入而產(chǎn)品則經(jīng)該頂端流出。通過(guò)水泵26以理想壓力(比如10bar)和理想用量供應(yīng)水的管道25用來(lái)輸送物料，同樣地，管道27用于輸送燃料，其和燃料管12相連接，其中，燃料泵28以理想用量和理想壓力(10bar)將燃燒輸送到反應(yīng)器22中。在頂端24上設(shè)置有一個(gè)重整物導(dǎo)管29，其經(jīng)過(guò)重整物冷卻器31通往PSA3。此外，在頂端24上設(shè)置有一個(gè)帶控制閥33(比如恒溫器閥)的廢氣管32，通過(guò)該管道需要時(shí)可以將廢氣從燃燒室8中經(jīng)由管23上的環(huán)形間隙通道34向外導(dǎo)引出。
在管23中設(shè)置有一個(gè)直接接在頂端24上的用作汽化器的汽化冷卻器35。其上附屬有一個(gè)管形的、其外側(cè)上有一頭或多頭平螺紋的管體36，而該管體的外側(cè)和管23的內(nèi)壁之間形成了一個(gè)進(jìn)口通道37。該通道將離析物導(dǎo)入一個(gè)間隙形的、螺旋形的通道中，然后再經(jīng)由一個(gè)環(huán)形隔熱元件38的外套面，導(dǎo)到反應(yīng)器22的反應(yīng)室內(nèi)而在反應(yīng)室里裝有催化劑39。催化劑39幾乎完全填滿反應(yīng)室。反應(yīng)室具有一個(gè)中心通道，匯集管41通過(guò)該通道一直通回到汽化冷卻器35。在其伸過(guò)催化器39的那一端上設(shè)有進(jìn)氣口，其余則封閉。管道匯入汽化冷卻器35的內(nèi)腔，在內(nèi)腔中設(shè)置有一個(gè)插頭42。而它的略呈圓柱形的套面和汽化冷卻器35的內(nèi)壁形成一個(gè)狹長(zhǎng)縫隙形狀的、優(yōu)選是螺旋形狀彎曲的、通向重整物導(dǎo)管29的出口通道43。
上述的重整裝置1特別適于能力為1-200m3/小時(shí)范圍內(nèi)的氫氣生產(chǎn)。它是按以下方式進(jìn)行工作的工作時(shí)通過(guò)燃燒器11使燃燒室8保持在800-1200℃的溫度范圍內(nèi)。經(jīng)由廢氣通道17流出的廢氣將經(jīng)由空氣輸入通道18以逆流形式流入的燃燒氣加熱至最高800℃，由此利用了廢氣熱量。在燃燒室內(nèi)可以產(chǎn)生火焰。如果相應(yīng)地避免小局部渦流，也可以實(shí)現(xiàn)無(wú)火焰的氧化過(guò)程。
因此，管23的伸入燃燒室8內(nèi)的一端和催化劑39被加熱到介于700℃到1200℃之間的溫度。由水(H2O)和燃料(CH4或CxHy)組成的穿流混合物在這里主要反應(yīng)成氫氣，一氧化碳，二氧化碳和水蒸氣。此外，燃料的殘余物可以混在重整物中，然后重整物通過(guò)匯集管道41，經(jīng)過(guò)絕熱元件38的中心開(kāi)口流向汽化冷卻器35。在這里，重整物其實(shí)還未被冷卻，即溫度相同，而此溫度就是其離開(kāi)催化劑39時(shí)的溫度(明顯高于600℃)。重整物以這樣的溫度進(jìn)入出口通道43。由于以逆流形式通過(guò)進(jìn)口通道37流入的流動(dòng)水(其在10bar時(shí)在180℃下才沸騰)使得汽化冷卻器35完全保持在幾乎不超過(guò)200℃的溫度上，所以進(jìn)入出口通道43的重整物會(huì)經(jīng)歷一個(gè)驟然冷卻的過(guò)程(猝冷)。其很快就穿越500-600℃的溫度范圍，據(jù)此，依靠CO的分解，幾乎沒(méi)有形成煙灰。它的熱函被用于逆流水的汽化。冷卻后的重整物經(jīng)由重整物導(dǎo)管離開(kāi)反應(yīng)器22，在重整物冷卻器31中再次略微冷卻用以將水分離并以約10bar的反應(yīng)器壓力進(jìn)入各自活性接通的吸附柱4內(nèi)。如果一個(gè)這樣的柱充滿滯留的一氧化碳，則要對(duì)其進(jìn)行回沖洗。CO以這種方式經(jīng)由導(dǎo)管5導(dǎo)入到燃燒器11中。該過(guò)程就是已知的壓力交變吸附過(guò)程。經(jīng)提純的氫氣經(jīng)由出口管44離開(kāi)重整裝置1。
氫氣需求量的躍變要求水泵26和燃料泵28的供應(yīng)隨之躍變。由此，根據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)口通道37和出口通道43中的物料流隨而改變。通過(guò)改變出口通道43中物料通過(guò)量使進(jìn)口通道37中的汽化效率立即與之相適應(yīng)。因此，蒸汽的產(chǎn)生不會(huì)慢于變化了的蒸汽需求量。相反，停止調(diào)節(jié)燃燒器11可以明顯地滯后而不會(huì)影響重整裝置1的生產(chǎn)能力。只要調(diào)節(jié)燃燒器11，使得燃燒室8保持足夠高(恒定)的溫度就足夠了。
在進(jìn)口通道37內(nèi)，以與外流的重整物呈逆流的方式使水(以及可能的液體燃料)汽化。進(jìn)口通道內(nèi)的冷水也直接冷卻了管23，并因此避免了傳熱損失。重整物的熱函抵消了為使水汽化所需的絕大部分熱流。
例如，存在著如下的平衡1Nm3/h CH4；20→200℃ -0.088kW1.6kg/h H2O；20→200℃(包括汽化)-1.237kW5Nm3/h重整物，900→-300℃ -1.325kW+1.237kW差值0.088kW(～7％)通過(guò)重整物導(dǎo)管內(nèi)的熱傳導(dǎo)以及通過(guò)來(lái)自加熱室的少量廢氣分流平衡掉一部分。
通過(guò)，比如，恒溫閥調(diào)節(jié)廢氣管32中的一股廢氣。該廢氣分流特別是對(duì)于重整裝置1有意義。啟動(dòng)時(shí)，這股廢氣分流會(huì)為水提供必要的汽化能，直到產(chǎn)生足夠的重整物流。然后，該廢氣主要通過(guò)廢氣通道17離開(kāi)燃燒室8。
圖2示出了本發(fā)明的一個(gè)派生的實(shí)施形式。只要和前述的重整裝置1存在著一致性，就原則上用相同的附圖標(biāo)記，可引用前面的有關(guān)描述。圖2中所示的重整器2a有一個(gè)放大了的燃燒室8，其中伸入了多個(gè)在一個(gè)與燃燒器11同心的圓上排布的反應(yīng)器22。每個(gè)反應(yīng)器22擁有各自的汽化器——就此而言其是一個(gè)完整的單元。其工作原理如上所述。重整裝置1被構(gòu)造成模塊形式。如果將多個(gè)反應(yīng)器22總合成一個(gè)反應(yīng)器組，在使用一體的反應(yīng)器22的情況下，通過(guò)其一定數(shù)目的相應(yīng)調(diào)整(標(biāo)準(zhǔn)塊原理)就能覆蓋一個(gè)寬的功率范圍。燃燒室的結(jié)構(gòu)，如圖2中箭頭46所示，使構(gòu)建大體積的再循環(huán)系統(tǒng)成為可能，從而能實(shí)現(xiàn)通過(guò)無(wú)焰的氧化反應(yīng)來(lái)產(chǎn)熱。
如圖3進(jìn)一步顯示的，燃燒器11的另一備選方案是可設(shè)計(jì)成交流換熱式燃燒器。在其它結(jié)構(gòu)都相同的情況下，該重整器2b具有兩個(gè)交流換熱器47，48，并且這兩個(gè)裝置交替地且推挽式地流過(guò)廢氣和空氣。廢氣一空氣轉(zhuǎn)換閥49起控制作用。燃料在開(kāi)始工作時(shí)經(jīng)交流換熱器47，48的燃料導(dǎo)管12導(dǎo)入。其余氣體經(jīng)由導(dǎo)管5直接送入燃燒室8，并且進(jìn)行無(wú)焰氧化。重整器2b特別充分地利用了燃料的能量。
另外可以采用一個(gè)比如圓柱形的陶瓷重整器管替代管23。它也可以呈重整器管51的形狀(參見(jiàn)圖4中帶有金屬或陶瓷管的重整器2c)。陶瓷的優(yōu)點(diǎn)是在很高的溫度下有很高的耐磨強(qiáng)度。如圖4所示，上方裝催化劑39的那一段的直徑可以比重整器管51其余部分的小。只對(duì)更細(xì)長(zhǎng)的那一段進(jìn)行直接加熱。在重整器管51的錐形的過(guò)渡區(qū)域中設(shè)置輻射屏蔽件52，以避免不可控地加熱其余部分。輻射屏蔽件52是一個(gè)絕熱的環(huán)，它與重整器管51一起形成了一個(gè)縫隙通道。該縫隙通道漸漸過(guò)渡成通向溫度控制器33的環(huán)形縫隙狀的通道34。
在重整器管51的擴(kuò)經(jīng)段內(nèi)，可以直接在汽化冷卻器35的上方設(shè)置一個(gè)預(yù)重整催化器54，用于將長(zhǎng)鏈烴在300℃-500℃的溫度范圍內(nèi)裂解成甲烷。因此，重整器2c特別適于經(jīng)由一毛細(xì)通道(導(dǎo)管27)輸送的液體烴。同樣，如在所有的實(shí)施形式中那樣，水(導(dǎo)管25)是經(jīng)由一毛細(xì)通道噴入共同的進(jìn)口通道37中的，用以和燃料一起被汽化。
重整器2c還另外包括一個(gè)轉(zhuǎn)移催化器55，用于利用水將一氧化碳再氧化成二氧化碳和氫氣。轉(zhuǎn)移催化器55設(shè)置在一個(gè)被插入體42包圍形成的內(nèi)腔56中，該內(nèi)腔直接與出口通道43相連接。轉(zhuǎn)移催化器具有一個(gè)套管和一個(gè)帶孔的底57，使得重整物能強(qiáng)行流過(guò)該轉(zhuǎn)移催化器。
重整器管51用一個(gè)環(huán)形法蘭固定在頂端24上。該環(huán)形法蘭通過(guò)流動(dòng)的水來(lái)冷卻從而顯得較涼。可以使用彈性密封墊圈。
如圖5所示，在相應(yīng)的重整器2d中，可以設(shè)置一個(gè)固定在一個(gè)支撐管58上或多個(gè)支撐管上的隔板59(鈀-銀)來(lái)代替轉(zhuǎn)移催化器55，該隔板用于分開(kāi)CO并在這里發(fā)現(xiàn)合適的溫度。剩余氣體通過(guò)獨(dú)立的剩余氣體通道60從內(nèi)腔55中排出，并且比如重新流入燃燒器11中。剩余氣體通道設(shè)置在隔板59的底部。為了隔離流向剩余氣體通道60的重整物，設(shè)置一個(gè)管套61，其如隔板59一樣從頂端24的底部伸出，并與隔板59一起確定出一個(gè)環(huán)形的縫隙。
本發(fā)明的另一實(shí)施形式如圖6和7所示。對(duì)圖1的說(shuō)明在相同的附圖標(biāo)記的基礎(chǔ)上在這里同樣有效。但是根據(jù)圖6的重整器2和圖1的重整器有著以下區(qū)別絕熱套7只在燃燒室8的端側(cè)19上具有通道21，構(gòu)成一個(gè)燃燒器組111的反應(yīng)器22和燃燒器11a至11h(圖7)通過(guò)該通道伸入到絕熱套7的內(nèi)腔中。反應(yīng)器22被設(shè)計(jì)成具有相互同心放置的外壁22a和內(nèi)壁22b的雙壁杯形容器。兩個(gè)杯形壁22a，22b之間構(gòu)成的中部空腔形成了反應(yīng)器的內(nèi)腔。該內(nèi)腔通過(guò)一個(gè)同心座落在外壁22a和內(nèi)壁22b之間的、且?guī)缀跹胤磻?yīng)器22的整個(gè)圓柱形長(zhǎng)度伸展的管形壁141分成一個(gè)環(huán)形的流入通道(內(nèi))和一個(gè)環(huán)形的流出通道(外)。在內(nèi)壁22b和壁141之間裝有催化劑39。壁141構(gòu)成了一個(gè)產(chǎn)品和離析物在其上以逆流形式進(jìn)行熱交換的熱交換壁。
外壁22a和內(nèi)壁22b以及壁141被固定在支撐環(huán)101，102，103上，并且這些環(huán)沿軸向相互堆積搭接。在各個(gè)支撐環(huán)101，102，103上設(shè)置有環(huán)形槽104，105，106，它們用作液體槽并經(jīng)由一個(gè)縫隙與各個(gè)相接的內(nèi)腔連通起來(lái)。為此，各個(gè)支撐環(huán)101，102，103沿著軸向的外邊緣側(cè)量的要高于內(nèi)邊緣。重整物導(dǎo)管29通入環(huán)形槽104。導(dǎo)管25通入環(huán)形槽105，而廢氣管32通入環(huán)形槽106。后者與被杯形內(nèi)壁22b圍住的內(nèi)腔連通，該內(nèi)腔同時(shí)形成燃燒室8，并且燃燒器11a至11h在該燃燒室內(nèi)以同心于縱中心軸線A地設(shè)置。在燃燒室8中設(shè)置一個(gè)導(dǎo)管107，其直徑小于燃燒器11a至11h圍設(shè)置在其上的圓，從而迫使大量的回流流體流入燃燒室8從而實(shí)現(xiàn)無(wú)焰氧化。
燃燒器11a到11h的結(jié)構(gòu)彼此相同。它們各自具有一個(gè)向著管嘴逐漸變細(xì)的，并且端側(cè)固定在支撐環(huán)108上的回流換熱管109。它的內(nèi)通道經(jīng)由一環(huán)形槽110接在管道14上用于空氣傳輸，并且該管109使廢氣和新鮮空氣間的熱交換能以逆流方式完成。每個(gè)回流換熱管109內(nèi)部包括一個(gè)燃料傳送管112。該輸送管固定在支撐環(huán)114內(nèi)，而該支撐環(huán)又與其它支撐環(huán)101，102，103，108形成一個(gè)堆積架。而該堆積架向外用一比較厚的隔熱板115遮蓋住。一溫度傳感器116和一點(diǎn)火燃燒器117穿過(guò)隔熱板115和由支撐環(huán)形成的堆積架伸入到燃燒室8中。
該實(shí)施形式的特征在于，燃燒室8安裝在反應(yīng)器22中。由絕熱套7包圍的內(nèi)腔8a又包圍著反應(yīng)器22，但是它的壁并沒(méi)有與熱燃燒氣體直接接觸。因此，該絕熱套可以很廉價(jià)地設(shè)計(jì)出來(lái)。如果重整能力很小，比如小于1Nm3/h，則該實(shí)施形式是有益的。試驗(yàn)表明，如果按照這種設(shè)計(jì)，就可以免去調(diào)節(jié)用于補(bǔ)充汽化能力的廢氣分流(參見(jiàn)圖1，調(diào)節(jié)閥33)。
本發(fā)明的重整器2的另一個(gè)實(shí)施形式如圖8和9所示。圖6中的重整器是內(nèi)加熱的，而圖8的重整器是外加熱的。特別是如圖9所示，類似于圖1結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器22被燃燒器11a至11h包圍。它們?cè)瓌t上是按照?qǐng)D6設(shè)計(jì)的。它們的回流換熱管16伸至用以產(chǎn)生大量的回流流體的噴嘴。為了將該流體相應(yīng)的輸入燃燒室8中，在燃燒室中設(shè)置一個(gè)與反應(yīng)器22同心的導(dǎo)管118。其余的部件各參閱前述的具有相同附圖標(biāo)記的部件。點(diǎn)火燃燒器117側(cè)向設(shè)置在絕熱套7的徑向開(kāi)口上并沿徑向伸入燃燒室8中。
重整器2的這一實(shí)施形式也是緊湊型的，特別適于小生產(chǎn)能力的使用場(chǎng)合。對(duì)用于補(bǔ)充汽化能力的廢氣分流的調(diào)節(jié)可以舍棄。
能在很短的幾秒鐘內(nèi)使負(fù)荷變化達(dá)100％、且通過(guò)蒸汽重整用烴生產(chǎn)氫氣的重整器2具有一個(gè)汽化冷卻器，用以冷卻重整物和產(chǎn)生蒸汽。汽化冷卻器34裝在重整器2中的反應(yīng)器端部。該冷卻器保持相應(yīng)的管端冷卻，并利用重整物的余熱來(lái)生產(chǎn)蒸汽。負(fù)荷的快速變化也可以得以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樘岣咚斎肓繒?huì)立即引起重整物產(chǎn)量的提高和由此帶來(lái)的熱能力的提高。
權(quán)利要求
1.用烴化合物和水生產(chǎn)出氫氣的重整器(2)，具有一個(gè)設(shè)置有至少一個(gè)熱源的絕熱加熱室(8)，至少一個(gè)反應(yīng)器(23)，該反應(yīng)器伸進(jìn)加熱室(8)中并且至少一個(gè)進(jìn)口通道(37)通入該反應(yīng)器和并且至少一個(gè)出口通道(43)從該反應(yīng)器通出，其特征在于，進(jìn)口通道(37)和出口通道(43)貫穿一個(gè)汽化器(35)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的重整器，其特征在于，進(jìn)口通道(37)設(shè)計(jì)成螺旋形的縫隙式通道，并且出口通道(43)也設(shè)計(jì)成螺旋形的縫隙式通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的重整器，其特征在于，進(jìn)口通道(37)位于反應(yīng)器(23)內(nèi)壁和一個(gè)汽化器器體(35)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的重整器，其特征在于，反應(yīng)器(23)是一個(gè)壓力容器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的重整器，其特征在于，汽化器(35)位于反應(yīng)器(23)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的重整器，其特征在于，汽化器(35)通過(guò)一個(gè)受控的廢氣分流來(lái)加熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的重整器，其特征在于，燃燒器(11)是一個(gè)回流換熱式燃燒器或一個(gè)交流換熱式燃燒器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的重整器，其特征在于，反應(yīng)器(51)由陶瓷制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的重整器，其特征在于，在汽化器(35)和重整催化器(39)之間有用于分解高級(jí)烴的預(yù)重整催化器(54)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的重整器，其特征在于，在汽化器(35)的出口側(cè)上設(shè)置氫氣隔板(59)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的重整器，其特征在于，燃燒器(11)和反應(yīng)器(23)是相互同心設(shè)置的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的重整器，其特征在于，燃燒器(11)和反應(yīng)器(23)通過(guò)一個(gè)共同的開(kāi)口伸到加熱室(8)中。
13.在汽化重整過(guò)程中用水和一種烴化合物生產(chǎn)氫氣的方法，其中，水通過(guò)利用生產(chǎn)得到的重整物中含有的熱量被汽化。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于，水和該烴化合物作為共同的物質(zhì)流進(jìn)行汽化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種重整器(2)，其使得負(fù)荷變化能在很短的幾秒鐘內(nèi)迅速地高達(dá)100％并且通過(guò)蒸汽重整過(guò)程用烴制得氫氣。該裝置具有一個(gè)用以冷卻重整物和用以發(fā)生蒸汽的汽化冷卻器。該汽化冷卻器(34)設(shè)置在重整器2中其反應(yīng)器的端部。該冷卻器使相應(yīng)的管端保持冷卻并利用重整物余熱來(lái)發(fā)生蒸汽。這可以實(shí)現(xiàn)快速的負(fù)荷轉(zhuǎn)換，因?yàn)樗畬?dǎo)入量的提高會(huì)立即引起重整物產(chǎn)量的提高和由此帶來(lái)的熱輸出的提高。
文檔編號(hào)C01B3/56GK1514801SQ02808375
公開(kāi)日2004年7月21日 申請(qǐng)日期2002年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月19日
發(fā)明者J.A.溫寧 申請(qǐng)人:Ws改革者有限責(zé)任公司