專利名稱：熱交換器以及執(zhí)行化學處理的方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及一種熱交換器裝置，以及使用熱交換器執(zhí)行化學處理的方法。
背景技術：
熱交換器和催化反應器組合在一起的化學處理系統(tǒng)在現(xiàn)有技術中是已知的。由于對機械設備的尺寸和成本的敏感度日益增加，在兼有熱交換和反應功能的單一組件領域已經(jīng)產(chǎn)生了重大的進步。這種傾向的實例是在Lomax等申請的美國專利No.6,497,856中描述的一種先進的氫生成反應器，其將幾個熱交換器和反應器組合為單一的機械裝置。這種組合的反應器特別適用于燃料電池的氫的生成，當然它也可以有許多其他方面的應用。
在多數(shù)催化反應器中，反應速率對溫度相當敏感。在一些反應中，很小的溫度變化就會極度影響實際的產(chǎn)品分布和反應路線。當大型的熱交換陣列(array)與大型絕熱反應器，如與填充床或整體式反應器組合在一起時，所遇到的問題是會存在穿過催化劑床的溫度梯度。在任何橫向流動的熱交換器中，例如在帶有擋板的管式熱交換器或板翅式熱交換器中不可避免的會出現(xiàn)這些溫度梯度。在使用熱交換器與反應器相分離的傳統(tǒng)系統(tǒng)中，熱交換之后并且在使用管道輸送到隨后的反應器之前，不同溫度的流體會混合到一起。因此，傳統(tǒng)系統(tǒng)不會遇到涉及溫度梯度的問題。但是，這些系統(tǒng)相比于一體化的反應器和熱交換器，結構更復雜，緊湊性差，而且設備更重并具有較高的熱損失。
參考圖4，Lomax等申請的專利中的反應器具有一供混合的、預汽化的燃料和蒸汽101通過的入口，該入口與壓力通風系統(tǒng)102相通，而所述壓力通風系統(tǒng)102則將上述混合物分布到反應管103的陣列中。如圖4中剖切部分所示，反應管103內(nèi)設置有蒸汽轉化催化劑材料105的料。如圖所示，催化劑材料105可以是疏松的填充物，或者可以是催化劑涂層，或是被整體支撐的催化劑的一部分。這種涂覆的填充床或整體式催化劑系統(tǒng)對本領域普通技術人員來說都是已知的。反應管內(nèi)還設置有水煤氣轉換催化劑150，它位于蒸汽轉化催化劑105的下游。反應管103還與出口的壓力通風系統(tǒng)107連通，所述出口的壓力通風系統(tǒng)107能夠將重整產(chǎn)品輸送到出口108。反應管103通過一個或多個擋板109上的孔。這些擋板109彼此非常諧調(diào)，從而可以容許流體流到擋板端部周圍，并且還可以沿著管軸流過殼體的一定比例的橫截面。擋板諧調(diào)的側邊的方向改變180度以便迫使流體沿著基本垂直于管103縱軸的方向流動。
反應器在水煤氣轉換部分的殼體側面具有冷風入口112和熱風出口113。通過一不諧調(diào)的擋板114可防止殼體側面的大部分空氣繞過熱風出口113，其中所述不諧調(diào)的擋板114緊密地靠在殼體組件110的內(nèi)壁上。反應器在蒸汽轉化部分的殼體側面上還設置有熱的燃燒產(chǎn)物入口115和冷卻的燃燒產(chǎn)物出口116。反應器還設置有外部燃燒器組件118。一絕熱的水煤氣轉換反應器121附加在出口集管器(tubeheader)106處。所述反應器采用了擋板109以及延伸的熱交換面，例如這些熱交換面可以是位于反應管103外壁上的多個緊密間隔的板形散熱片120。這些散熱片120以管陣列的方式連接在整個反應管103上。
已經(jīng)確定的是，在Lomax等申請的專利中，對于催化的水煤氣轉換而言，低于350℃的反應速率非常低，而溫度高于400℃時，熱力學所限定的反應程度則非常的小。更差的是，溫度在450℃以上，能夠產(chǎn)生甲烷的不希望的副反應以明顯的速率開始出現(xiàn)。因此，優(yōu)選的總的可操作的溫度梯度應小于50℃，并且超過100℃以上的梯度是完全不希望出現(xiàn)。在Lomax等申請的專利中，將向催化水煤氣轉換反應器供給的原料氣用空氣冷卻，所述空氣接近室溫。用于冷卻的冷氣能夠導致催化劑反應器中與空氣入口相鄰的區(qū)域具有相當?shù)偷臏囟?。試驗顯示所產(chǎn)生的局部的溫度梯度甚至超過了常規(guī)的200℃，因此導致反應器的性能顯著降低。

發(fā)明內(nèi)容
為了消除上述系統(tǒng)中存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種經(jīng)過改進的裝置，該裝置將熱交換器與隨后的化學反應器組合在一起以控制化學反應器中的溫度梯度。
本發(fā)明還有利地提供了一種使用熱交換器執(zhí)行化學處理的方法，其中該熱交換器被構造成能夠控制溫度梯度。例如，本發(fā)明提供了一種使用熱交換陣列執(zhí)行化學處理的方法，其中所述熱交換陣列被構造成使溫度梯度最小，并且還與化學反應器組合在一起。


參考下面的詳細說明，特別是當結合附圖時，將使對本發(fā)明的更完全評價以及伴隨的優(yōu)點變得更明顯，其中圖1是一熱交換器的透視圖，該熱交換器帶有本發(fā)明的特制的傳熱矩陣，為清楚起見，除去了外殼和附加的化學反應器；圖2是其上連接有化學反應器的圖1中熱交換器的透視圖；圖3是帶有圖1中特制傳熱矩陣的熱交換器的側視圖，為清楚起見，除去了外殼和附加的化學反應器；以及圖4是Lomax等申請的專利中的反應器，它帶有連接在殼體側面的管道上的板形散熱片式熱交換面，以及位于對流的冷卻水煤氣轉換反應器區(qū)域之后的絕熱水煤氣轉換反應器區(qū)域。
具體實施例方式
下面將參考附圖對本發(fā)明的實施方案進行說明。在稍后的說明中，功能和配置基本相同的組成元件用相同的附圖標記表示，只有必要時才會對此重復說明。
圖1至3示出了一熱交換陣列1，舉例來說，它可以如Lomax等所申請專利中教導的那樣應用在反應器的催化水煤氣轉換反應器部分里。熱交換陣列1包括管道陣列3，它們優(yōu)選為平行的管道，當然也可采用具有各種形狀、尺寸和構造的管道，并且也可以使用不同形狀和尺寸的管道。盡管可以是如圖1-3所示的管道式熱交換陣列，但是也可采用其他類型的熱交換陣列，例如板形散熱片，在所述板形散熱片中可形成帶有附加熱交換散熱片層的伸長的、基本為平坦的流體通道。圖1-2中，外殼組件或殼體10(參見圖3)被除去以便顯示出管道陣列3。
圖1-3所示的管道陣列3包括很多排管道。一排包括兩個或多個對齊的管道。圖3示出了管道陣列3的側視圖，所述管道陣列包括10排管道3a-3j。相比其余幾排管道3b-3j，第一排管道3a位于最靠近入口12的位置處，其中所述入口12位于反應器的水煤氣轉換部分的殼體側面中。第一流體從入口12流入，由于擋板9的結構，它沿著流動通道在箭頭A指示的方向上流動，并且繞著管道的外表面迂回穿過管道陣列3?；诘谝涣黧w的流動，第一排管道3a位于第二排管道3b的上游，第二排管道3b則位于第三排管道的上游，而第三排的管道位于第四排管道的上游，依此類推。
第二流體從普通的壓力通風系統(tǒng)流入到管道3中。反應管3在反應器的催化水煤氣轉換反應器部分中設有水煤氣轉換催化劑床50。在催化水煤氣轉換反應器部分中，反應管3的部分形成了第二流體的流動通道。第二流體按圖3中箭頭B所示向下流動，并且穿過管端3流入到附加的化學反應器中，例如流入到一絕熱的水煤氣轉換反應器21中，該反應器21包括一水煤氣轉換催化劑床，并且被附加在圖2所示出口集管器6處。
第一流體與基本垂直于第一流體流動的第二流體交換熱量。第二流體根據(jù)反應器的構造，可以對第一流體加熱或冷卻。管道3的陣列上還設置有外部的熱交換散熱片20，它能夠提高第一流體和第二流體之間的熱傳遞。散熱片20可通過銅焊或優(yōu)選通過液壓膨脹管道3使其與板形散熱片20緊密接觸，從而與反應管連接到一起，以便在彼此接觸的散熱片20和管道3之間形成熱傳導接合。
如圖1-3所示，帶散熱片的管狀熱交換器具有矩形的板形散熱片20，當然，也可以很容易地將本發(fā)明的實施擴展到其他散熱片的幾何形狀和類型。此外，管形陣列中的散熱片可不必是如圖1-3所示的平坦的散熱片(或板形散熱片)，而是可以單獨連接的散熱片(如一系列的圓形散熱片沿著每根管道的長度相隔一定距離地連接)，或是連續(xù)的螺旋型散熱片，或者是本領域技術人員所了解的任何其他類型的熱交換散熱片。所述散熱片能夠從指定的一根管道或一排管道向外延伸而不會與其他排管道相連，因此不會在所述散熱片和幾排管道之間產(chǎn)生熱傳導。
本發(fā)明通過向具有每單位體積上總熱交換面積的預定數(shù)值的管道陣列3中設置管道，可以有利地減小第二流體通道中(即在管道陣列3中的任一管道中)流體的最高溫度和最低溫度之間的溫差，其中所述預定數(shù)值取決于按箭頭A所指示的方向，管道到第一流體通道入口12的距離。通過板形散熱片的總數(shù)和尺寸，并且加上管道的全部表面積以及暴露于第一流體的相應的熱連接散熱片來確定給定管道的總熱交換表面積量，其中所述這些板形散熱片以熱傳導的方式與該管道相連。然后確定所述管道的每單位體積上的總熱交換面積，這里的單位體積表示在任何給定的時間內(nèi)位于所述管道中第二流體的體積。本發(fā)明還有利地改變了從第一流體入口12逐漸向第一流體出口的每單位體積的熱交換面積值，從而能夠控制反應器的催化水煤氣轉換反應器部分中的熱交換率，以限制所需的第二流體出口溫度的偏差。
在圖1-3所示的實施方案中，板形散熱片20的尺寸使得3a排的管道，即最靠近第一流體入口12的管道(也就是位于第一流體流動通道最上游的管道)能夠以熱傳導的方式與每單位長度上比最近的3b排中管道更少的散熱片相連。依次地，3b排的管道也以熱傳導的方式與單位長度上比下一最近的3c排中管道更少的散熱片相連。3d-3j排的管道也以熱傳導的方式與所有散熱片20連接，借此在管道每單位長度上實現(xiàn)最高的熱傳導率。
圖1-3所示的實施方案里，在堆疊的排列中設置了5組板形散熱片20。每一組板形散熱片20都包括以熱傳導方式與3a-3j排中所有管道相連的第一板形散熱片20a，以熱傳導方式與3b-3j排中所有管道相連的第二板形散熱片20b，以熱傳導方式與3c-3j排中所有管道相連的第三板形散熱片20c，和以熱傳導方式與3d-3j排中所有管道相連的第四板形散熱片20d。因此，3a排中的每根管道都與沿著管道長度方向的5個散熱片板相連，其中所述管道貫穿了第一流體的流動通道而延伸；3b排中的每根管道都與沿著管道長度方向的10個散熱片板相連，其中所述管道延伸穿過第一流體的流動通道；3c排中的每根管道都與沿著管道長度方向的15個散熱片板相連，其中所述管道延伸穿過第一流體的流動通道；3d-3j排中的每根管道都與沿著管道長度方向的20個散熱片板相連，其中所述管道延伸穿過第一流體的流動通道?？梢詫θ鐖D1-3所示散熱片板的構造進行各種改變，按本文的內(nèi)容，這對于本領域技術人員按照如前所述是很清楚的。例如，可以設置更多或更少的排數(shù)，可以在第一流體的流動通道中設置更多或更少數(shù)量的散熱片，可以設置更多或更少組散熱片，或者可以設置不同構造的散熱片長度，從而所述散熱片具有不同于圖示的模式，或者可以不具有任何特定的方式，并且這些散熱片還可以被構造成具有不同于圖示的尺寸，借此可以僅僅使3a排中每單位長度上的散熱片數(shù)量不同，或者使3a-3j中每一排的單位長度上的散熱片數(shù)量不同，或者可以在之間具有任意的構造。
通過在最接近引入的第一流體的管道排中提供較少的每單位管道熱交換體積上的熱交換面積，和或提供較少的每單位管道長度上的熱交換面積，可以相對于現(xiàn)有技術中的構造，有利地降低第一和第二流體之間的熱交換率，其中在所述現(xiàn)有技術的構造中，所有的熱交換矩陣在每單位體積上都具有相同的熱交換面積。通過使每單位體積的熱交換面積值從第一流體的入口12向第一流體出口逐漸改變，無論在哪里都可以控制熱交換率以限制所需的第二流體出口溫度的偏差。相對于現(xiàn)有技術中具有恒定傳熱矩陣特性的構造，這種方法的缺點是減少了熱交換器的整體性能，但其對第二流體通道出口4處的溫度梯度能有利地提供幾乎是完全的控制。在不提供任何混合無用容積，或不提供任何流體混合裝置如靜態(tài)渦輪機或馬達驅動的混合器的情況下也能夠實現(xiàn)上述優(yōu)點。上述這些混合裝置能產(chǎn)生比本發(fā)明體積更大、復雜性更高、并且還帶有驅動系統(tǒng)、可靠性較低的系統(tǒng)。
圖1-3示出了一特別優(yōu)選實施方案，其中將排數(shù)可變的板形散熱片20以重復的方式設置到管道陣列3周圍。由于散熱片20配備有自動間隔的軸環(huán)，因此能夠容易地裝配這一實施方案。為了清楚起見，圖1示出的板形散熱片彼此間隔較寬，并且它們延伸出去的軸環(huán)不會接觸到一起。在一更優(yōu)選的實施方案中，每個散熱片之間的散熱片軸環(huán)相接觸，因此形成一致的散熱片空間，并由此形成一致的流體流。散熱片20的重復方式也能夠有利地提供穿過第一流體通道整個面積的一致的流體流。在另一優(yōu)選實施方案中，通過設置平均間隔的單個散熱片可以實現(xiàn)類似的流分布，但是這種設置組裝起來更困難，或者通過安裝對每一排具有不同的散熱片間隔的帶有連續(xù)散熱片的管來實現(xiàn)類似的流分布。對板形散熱片的熱交換矩陣來說，通過在每英寸上安裝變化的散熱片帶或者具有變化的表面增強度，以實現(xiàn)熱交換性能上相同的逐漸改變。
圖2示出了本發(fā)明的連接有化學反應容器21的熱交換矩陣。雖然圖2所示的容器為圓形截面，但這種反應容器可具有任何形狀。化學反應器可以是被催化或未被催化的，并且其上還可以設置固態(tài)催化劑載體、質(zhì)量轉移介質(zhì)、整塊催化劑，或現(xiàn)有技術中已知的任何其他通常的化學反應器內(nèi)部結構。本發(fā)明特別有利的一面是無需在化學反應區(qū)域之前設置混合裝置。
本發(fā)明的裝置可被構造成能夠產(chǎn)生指定的均勻溫度，或是產(chǎn)生優(yōu)選的不均勻的梯度。這可通過處理每一排管道，或者處理板形散熱片式熱交換矩陣中的不同流動部件來實現(xiàn)以作為用于設計目的的可分離式熱交換器?？筛淖儫峤粨Q矩陣每單位體積上的傳熱面積值，從而能夠使用本領域技術人員已知的計算方式產(chǎn)生優(yōu)選的溫度梯度。
本發(fā)明的裝置特別適用于與具有熱交換功能的結合催化水煤氣轉換的反應器。它對于Lomax等申請的專利中所公開類型的整體反應器是特別有利的。
應當指出的是，這里所述和示出的示例性實施方案指出了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，并不意味著會以任何方式對權利要求的范圍構成限制。
可按照上述教導對本發(fā)明進行多種改進和修改。因此可以理解的是，在所附權利要求的范圍內(nèi)，能夠以不同于這里的特定說明實踐本發(fā)明。
權利要求
1.一種熱交換器，其包括一通路，其帶有適于形成第一流動通道的內(nèi)部通道；以及一具有內(nèi)部通道的管道陣列，所述內(nèi)部通道共同形成第二流動通道，所述管道陣列延伸通過所述通路的內(nèi)部通道，其中，所述管道陣列的第一管道的每單位體積的總熱交換表面積比該管道陣列的第二管道小。
2.根據(jù)權利要求1所述的熱交換器，其中，所述第一管道的每單位長度上的總熱交換表面積比第二管道小。
3.根據(jù)權利要求1所述的熱交換器，其中，所述第一管道在第一流動通道中的第二管道的上游位置處延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道。
4.根據(jù)權利要求3所述的熱交換器，其還包括設置在所述通路內(nèi)并連接在所述第一管道和第二管道的外表面上的熱交換散熱片，其中，所述第一管道連接于外表面上的每單位長度的熱交換散熱片的數(shù)量比第二管道的少。
5.根據(jù)權利要求3所述的熱交換器，還包括設置在所述通路內(nèi)并連接在所述第一管道和第二管道的外表面上的熱交換散熱片，其中，所述第一管道連接在總表面積比第二管道少的熱交換散熱片上。
6.根據(jù)權利要求1所述的熱交換器，其中，所述管道陣列包括帶有第一管道的第一排管道和帶有第二管道的第二排管道，所述第一排管道在第一流動通道中的第二排管道的上游位置處延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道。
7.根據(jù)權利要求6所述的熱交換器，還包括設置在所述通路內(nèi)并連接在所述第一排管道和第二排管道的外表面的熱交換散熱片，其中，所述第一排管道連接在其上的每單位長度的熱交換散熱片的數(shù)量比第二排管道的少。
8.根據(jù)權利要求6所述的熱交換器，還包括設置在所述通路內(nèi)并連接在所述第一排管道和第二排管道的外表面上的熱交換散熱片，其中，所述第一排管道連接在總表面積比第二排管道少的熱交換散熱片上。
9.根據(jù)權利要求6所述的熱交換器，其中，所述第一排管道中的每根管道的每單位體積的總熱交換表面積比第二排管道中的每根管道少。
10.根據(jù)權利要求9所述的熱交換器，其中，所述管道陣列還包括第三排管道，所述第二排管道在所述第一流動通道中的第三排管道的上游位置處延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道，并且所述第二排管道中的每根管道的每單位體積上的總熱交換表面積比第三排管道中每根管道的少。
11.一種熱交換器，其包括一通路，其帶有適于形成第一流動通道的內(nèi)部通道；一具有內(nèi)部通道的管道陣列，所述內(nèi)部通道共同形成第二流動通道，所述管道陣列延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道；以及用于使所述第二流動通道中流體的最高溫度和最低溫度之間的溫差最小的裝置。
12.一種熱交換器，其包括一通路，其帶有適于形成第一流動通道的內(nèi)部通道；一具有相應內(nèi)部通道的第一排管道，所述第一排管道延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道；以及一具有相應內(nèi)部通道的第二排管道，所述第二排管道延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道，所述第一排管道的內(nèi)部通道和第二排管道的內(nèi)部通道共同形成第二流動通道，其中，所述第一排管道的每單位長度的總熱交換表面積比第二排管道小。
13.根據(jù)權利要求12所述的熱交換器，其中，所述第一排管道中每根管道的每單位體積的總熱交換表面積比所述第二排管道中的每根管道少。
14.根據(jù)權利要求13所述的熱交換器，其中，所述管道陣列還包括第三排管道，所述第二排管道在第一流動通道中的第三排管道的上游位置處延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道，并且所述第二排管道中的每根管道的每單位體積上的總熱交換表面積比第三排管道中每根管道少。
15.一種熱交換器，其包括一通路，其帶有適于形成第一流動通道的內(nèi)部通道；一具有相應內(nèi)部通道的第一排管道，所述第一排管道延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道；以及一具有相應內(nèi)部通道的第二排管道，所述第二排管道延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道，所述第一排管道的內(nèi)部通道和所述第二排管道的內(nèi)部通道共同形成第二流動通道；以及用于使所述第二流動通道中流體的最高溫度和最低溫度之間的溫差最小的裝置。
16.一種化學處理系統(tǒng)，其包括殼體；設置在所述殼體內(nèi)、并具有適于形成第一流動通道的內(nèi)部通道的通路；以及設置在所述殼體內(nèi)并具有內(nèi)部通道的管道陣列，所述內(nèi)部通道共同形成第二流動通道，所述管道陣列延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道，所述第二流動通道中具有催化劑床，其中，所述管道陣列中第一管道每單位體積的總熱交換表面積比該管道陣列中第二管道的小。
17.根據(jù)權利要求16所述的化學處理系統(tǒng)，其中，所述第一管道的每單位長度上的總熱交換表面積比第二管道的小。
18.根據(jù)權利要求16所述的化學處理系統(tǒng)，其中，所述第一管道在第一流動通道中第二管道的上游位置處延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道。
19.根據(jù)權利要求18所述的化學處理系統(tǒng)，還包括設置在所述通路內(nèi)并連接在所述第一管道和第二管道的外表面上的熱交換散熱片，其中，所述第一管道連接在其外表面上的每單位長度的熱交換散熱片的數(shù)量比第二管道的少。
20.根據(jù)權利要求18所述的化學處理系統(tǒng)，還包括設置在所述通路內(nèi)并連接在所述第一管道和第二管道的外表面上的熱交換散熱片，其中，所述第一管道連接在熱交換散熱片的總表面積比第二管道的少。
21.根據(jù)權利要求16所述的化學處理系統(tǒng)，還包括一附加在所述殼體上的絕熱水煤氣轉換反應器，其中，所述絕熱水煤氣轉換反應器包括水煤氣轉換催化劑床，其與所述第二流體通道的出口流體連通。
22.一種化學處理系統(tǒng)，其包括殼體；設置在所述殼體內(nèi)、并帶有適于形成第一流動通道的內(nèi)部通道的通路；設置在所述殼體內(nèi)并帶有內(nèi)部通道的管道陣列，這些內(nèi)部通道共同形成第二流動通道，所述管道陣列延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道，所述第二流動通道中具有催化劑床；以及用于使所述第二流動通道中流體的最高溫度和最低溫度之間的溫差最小的裝置。
23.一種化學處理系統(tǒng)，其包括殼體；設置在所述殼體內(nèi)、并帶有適于形成第一流動通道的內(nèi)部通道的通路；帶有相應內(nèi)部通道的第一排管道，所述第一排管道設置在殼體內(nèi)，并且延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道；以及帶有相應內(nèi)部通道的第二排管道，所述第二排管道設置在殼體內(nèi)，并且延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道，所述第一排管道的內(nèi)部通道和第二排管道的內(nèi)部通道共同形成第二流動通道，所述第二流動通道中具有一催化劑床，其中，所述第一排管道中每單位長度上的總熱交換表面積比第二排管道的小。
24.根據(jù)權利要求23所述的化學處理系統(tǒng)，其中，所述第一排管道在第一流動通道中的第二排管道的上游位置處延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道。
25.根據(jù)權利要求24所述的化學處理系統(tǒng)，還包括設置在所述通路內(nèi)并連接在所述第一排管道和第二排管道的外表面上的熱交換散熱片，其中，所述第一排管道中連接于其上的每單位長度的熱交換散熱片的數(shù)量比第二排管道的少。
26.根據(jù)權利要求24所述的化學處理系統(tǒng)，還包括設置在所述通路內(nèi)并連接在所述第一排管道和第二排管道的外表面上的熱交換散熱片，其中，所述第一排管道連接于總表面積比第二排管道少的熱交換散熱片上。
27.根據(jù)權利要求23所述的化學處理系統(tǒng)，還包括一附加在所述殼體上的絕熱水煤氣轉換反應器，其中，所述絕熱水煤氣轉換反應器包括水煤氣轉換催化劑床，其與所述第二流動通道的出口流體連通。
28.一種化學處理系統(tǒng)，其包括殼體；設置在所述殼體內(nèi)、并帶有適于形成第一流動通道的內(nèi)部通道的通路；帶有相應內(nèi)部通道的第一排管道，所述第一排管道設置在殼體內(nèi)，并且延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道；帶有相應內(nèi)部通道的第二排管道，所述第二排管道設置在殼體內(nèi)，并且延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道，所述第一排管道的內(nèi)部通道和第二排管道的內(nèi)部通道共同形成了第二流動通道，所述第二流動通道具有催化劑床；以及用于使所述第二流動通道中流體的最高溫度和最低溫度之間的溫差最小的裝置。
29.一種使用熱交換器執(zhí)行化學處理的方法，該熱交換器包括帶有適于形成第一流動通道的內(nèi)部通道的通路，以及帶有內(nèi)部通道的管道陣列，這些內(nèi)部通道共同形成了第二流動通道，其中管道陣列延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道，其中所述管道陣列中第一管道的每單位體積上的總熱交換表面積比該管道陣列中第二管道的小，并且所述第二流動通道中具有催化劑床，所述方法包括下列步驟使第一流體流過第一流體通道，其中第一管道在第一流動通道中的第二管道上游位置處，延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道；并且使第二流體流過第二流動通道和催化劑床。
30.根據(jù)權利要求29所述的執(zhí)行化學處理的方法，其中，第一管道中每單位長度上的總熱交換表面積比第二管道的小。
31.根據(jù)權利要求29所述的執(zhí)行化學處理的方法，其中，熱交換散熱片設置在通路內(nèi)并連接在所述第一管道和第二管道的外表面上，并且其中第一管道中連接于其外表面上的每單位長度上的熱交換散熱片的數(shù)量比第二管道的少。
32.根據(jù)權利要求29所述的執(zhí)行化學處理的方法，其中，熱交換散熱片設置在通路內(nèi)并連接在第一管道和第二管道的外表面上，并且第一管道連接在總表面積比第二管道少的熱交換散熱片上。
33.一種使用熱交換器執(zhí)行化學處理的方法，該熱交換器包括帶有適于形成第一流動通道的內(nèi)部通道的通路，帶有相應內(nèi)部通道的第一排管道，以及帶有相應內(nèi)部通道的第二排管道，其中，第一排管道和第二排管道延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道，第一排管道的內(nèi)部通道和第二排管道的內(nèi)部通道共同形成第二流動通道，第二流動通道中具有催化劑床，并且第一排管道中每單位長度上的總熱交換表面積比第二排管道的小，所述方法包括下列步驟使第一流體流過第一流體通道，其中，第一排管道在第一流動通道中的第二排管道的上游位置處延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道；并且使第二流體流過第二流動通道和催化劑床。
34.根據(jù)權利要求33所述的執(zhí)行化學處理的方法，其中，熱交換散熱片設置在通路內(nèi)并連接在所述第一排管道和第二排管道的外表面上，并且第一排管道中連接于其上的每單位長度的熱交換散熱片的數(shù)量比第二排管道的少。
35.根據(jù)權利要求33所述的執(zhí)行化學處理的方法，其中，熱交換散熱片設置在通路內(nèi)并連接在第一排管道和第二排管道的外表面上，并且第一排管道連接在總表面積比第二排管道少的熱交換散熱片上。
36.根據(jù)權利要求33所述的執(zhí)行化學處理的方法，還包括設置絕熱水煤氣轉換反應器的步驟，該絕熱水煤氣轉換反應器包括水煤氣轉換催化劑床，其與第二流動通道的出口保持流體連通。
37.一種執(zhí)行化學處理的方法，包括下列步驟在具有內(nèi)部通道的通路中設置第一流動通道；設置由具有內(nèi)部通道的管道陣列共同形成的第二流動通道，該管道陣列延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道；在第二流動通道內(nèi)設置催化劑床；使第一流體流過第一流動通道；使第二流體流過第二流動通道和催化劑床；并且使第二流動通道中第二流體流的最高溫度和最低溫度之間的溫差最小。
38.根據(jù)權利要求37所述的執(zhí)行化學處理的方法，其中，所述使溫差最小的步驟包括使管道陣列中的管道每單位體積上具有不同預定值的總熱交換表面積，并且所述預定值取決于管道與第一流動通道入口的距離。
39.根據(jù)權利要求38所述的執(zhí)行化學處理的方法，其中，所述預定值隨與入口的距離的增加而增加。
40.根據(jù)權利要求37所述的執(zhí)行化學處理的方法，其中，所述使溫差最小的步驟包括使管道陣列中的管道每單位長度上具有不同預定值的總熱交換表面積，并且所述預定值取決于管道與第一流動通道入口的距離。
41.根據(jù)權利要求40所述的執(zhí)行化學處理的方法，其中，所述預定值隨與入口的距離的增加而增加。
42.根據(jù)權利要求37所述的執(zhí)行化學處理的方法，還包括在第一流動通道的管道陣列的第二管道上游的位置處設置管道陣列的第一管道，其中，所述使溫差最小的步驟包括使第一管道中每單位體積上的總熱交換表面積比第二管道的小。
43.根據(jù)權利要求37所述的執(zhí)行化學處理的方法，還包括在第一流動通道的管道陣列的第二管道上游的位置處設置管道陣列的第一管道，其中，所述使溫差最小的步驟包括使第一管道中每單位長度上的總熱交換表面積比第二管道的小。
44.根據(jù)權利要求37所述的執(zhí)行化學處理的方法，還包括設置絕熱水煤氣轉換反應器的步驟，該絕熱水煤氣轉換反應器包括水煤氣轉換催化劑床，其與第二流動通道的出口保持流體連通。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱交換器，其包括帶有適于形成第一流動通道的內(nèi)部通道的通路，以及帶有內(nèi)部通道的管道陣列，這些內(nèi)部通道共同形成了第二流動通道。所述管道延伸穿過上述通路的內(nèi)部通道，并且管道陣列中第一管道每單位體積上的總熱交換表面積比該管道陣列中第二管道的小。本發(fā)明還涉及一種執(zhí)行化學處理的方法，其包括在第二流動通道內(nèi)設置催化劑床，并且使所述第二流動通道中流體的最高溫度和最低溫度之間的溫差最小。
文檔編號C01B3/12GK1784575SQ200480012172
公開日2006年6月7日 申請日期2004年5月5日 優(yōu)先權日2003年5月6日
發(fā)明者小F·D·洛馬克斯 申請人:H2Gen創(chuàng)新公司