專利名稱：具有噴射撞擊傳熱的反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及催化反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
公知催化反應(yīng)器用來促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)。在此指多相催化反應(yīng)器。
公知將流體噴射撞擊到實(shí)心表面上來增加用于如冷卻渦輪葉片和電子元件等應(yīng)用的表面附近的傳熱系數(shù)。其全部公開內(nèi)容作為參考結(jié)合于本文的美國(guó)專利5,029,638講授了用噴射撞擊和適合的構(gòu)造來幫助緊湊的熱交換器內(nèi)的傳熱。
在此被共同提及其全部公開內(nèi)容作為參考結(jié)合于本文的美國(guó)專利No.5,350,566、5,651,946和4,719,090每個(gè)都講授了可穿透的工程結(jié)構(gòu)，其可用于催化作用并且其通過增強(qiáng)反應(yīng)器內(nèi)的湍流來提供工藝流體的混合。該三個(gè)專利都利用了波紋板，將其波紋以相對(duì)于流體從相應(yīng)的反應(yīng)器入口至出口的整體流動(dòng)方向的斜角傾斜。所述波紋板被打孔或它們之間有間隙或兩者皆具備。傾斜的波紋使得流體速率具有側(cè)向分量。波紋板之間的孔或間隙為所述流體提供側(cè)向返回路徑以保持零凈側(cè)流通過所述反應(yīng)器。側(cè)流在更小的標(biāo)距內(nèi)被引導(dǎo)而在更大的標(biāo)距內(nèi)凈側(cè)流被平衡。所述三個(gè)專利每個(gè)都講授了促進(jìn)混合。所述設(shè)計(jì)相應(yīng)地不保留側(cè)向動(dòng)量，而用相反的側(cè)向成分速率將流體合并，影響它們相應(yīng)的側(cè)向動(dòng)量的共同消除。此類設(shè)計(jì)，在對(duì)混合起作用時(shí)，其對(duì)在反應(yīng)器壁上的邊界層的破壞所起的效果或?qū)υ谒龇磻?yīng)器壁附近增加傳熱系數(shù)所起的效果小于噴射突出物以低入射角撞擊反應(yīng)器壁所起的效果。
另外，該三個(gè)專利利用了交錯(cuò)傾斜的波紋板的平行堆棧。由于所述板處于平行的平直平面內(nèi)，所述通道相對(duì)于所述反應(yīng)器截面是索狀的。這樣導(dǎo)致某些通道對(duì)于靠近所述反應(yīng)器壁某些部分的反應(yīng)器壁是正常的而對(duì)靠近所述反應(yīng)器壁的其它部分的反應(yīng)器壁是平行的，使它們與徑向排列通道相比，在所述反應(yīng)器壁的所有部分增強(qiáng)傳熱的效果較差并且不持久。
其全部公開內(nèi)容作為參考結(jié)合于本文的歐洲專利No.EP0025308A1講授了使得流體交替地經(jīng)反應(yīng)器芯部結(jié)構(gòu)以及所述芯部結(jié)構(gòu)和導(dǎo)管壁之間的間隙流動(dòng)的設(shè)備。該專利未講授噴射撞擊對(duì)所述反應(yīng)器壁上的邊界層的破壞。所有實(shí)施例講授了外延流體經(jīng)所述反應(yīng)器壁和填料之間的空隙平行于所述反應(yīng)器壁流動(dòng)。該專利還講授了兩種可選的結(jié)構(gòu)類型。一種使用打孔結(jié)構(gòu)而另一種使用未打孔或?qū)嵭慕Y(jié)構(gòu)。使用打孔結(jié)構(gòu)時(shí)，流體流動(dòng)主要是湍流和橫向混合的軸向并且靠近所述反應(yīng)器壁的流動(dòng)平行于軸向壁。這種流動(dòng)不會(huì)破壞相對(duì)于噴射撞擊的反應(yīng)器壁上的流體邊界層。使用實(shí)心板時(shí)，由于所述中心結(jié)構(gòu)之內(nèi)的流動(dòng)通道僅經(jīng)所述芯部結(jié)構(gòu)和所述反應(yīng)器壁之間的空隙互相連通，所述反應(yīng)器的展開或有效截面區(qū)域是異形的。這種約束增大了相對(duì)于適當(dāng)打孔結(jié)構(gòu)或十字形通道總體互相連通的結(jié)構(gòu)的壓力下降。
EP0025308A1中截頂錐體的使用專門考慮了環(huán)形反應(yīng)器截面。這種截頂錐體被打孔或成系列放置在交替區(qū)域中以沿所述反應(yīng)器長(zhǎng)度產(chǎn)生交替離心和向心流動(dòng)。流體流動(dòng)路徑外延平行于所述反應(yīng)器壁在所有實(shí)施例中有詳細(xì)說明。使用在所述芯部結(jié)構(gòu)和反應(yīng)器壁之間的空隙增強(qiáng)了沿所述反應(yīng)器表面的軸向流動(dòng)，而不是所述反應(yīng)器壁的外延、統(tǒng)一和精確分布的噴射撞擊。
其全部公開內(nèi)容作為參考結(jié)合于本文的美國(guó)專利4,985,230講授了通過流體流經(jīng)交替向第一和第二壁突出的通道從第一壁向第二壁傳熱。所述壁互相平行并且均勻地分布。所述通道容納用于執(zhí)行所述流體多相催化的催化劑。一個(gè)壁是反應(yīng)器壁并且另一個(gè)壁是在所述反應(yīng)器中的內(nèi)壁。這種技術(shù)可有益于例如用于蒸汽重整的環(huán)形或卡口形的反應(yīng)器的特定應(yīng)用，但不能用在圓柱形或其它實(shí)心形狀的反應(yīng)器上。US4,985,230中的徑向排列通道被限制在軸向并且必須被供給側(cè)向流動(dòng)的流體。由于所述通道在所述反應(yīng)器軸線上會(huì)合，它們?cè)诒瓤拷龇磻?yīng)器壁更靠近所述反應(yīng)器軸線處必須具有減少的寬度或截面區(qū)域。如果此類填料用在圓柱形反應(yīng)器中，靠近所述反應(yīng)器軸線的會(huì)合壁的減少的截面區(qū)域?qū)?huì)限制流體經(jīng)通道流動(dòng)，使傳熱無效。所述通道延伸至所述反應(yīng)器軸線也會(huì)充分增加經(jīng)過所述反應(yīng)器的不期望的壓力下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及圓形或其它全截面催化反應(yīng)器，而不是環(huán)形空間或反應(yīng)器體積，其至少部分包含或環(huán)繞不屬于所述反應(yīng)器一部分的體積。本發(fā)明的目標(biāo)是克服所有上述困難，并且特別是在整個(gè)所述體積內(nèi)并且特別是靠近圓形或其它全截面催化反應(yīng)器的反應(yīng)器壁提供有效傳熱。
本發(fā)明對(duì)于對(duì)蒸汽重整反應(yīng)器以及用于限制內(nèi)燃機(jī)排放物處理的催化式排氣凈化器是有作用的。在后一種情況中本發(fā)明幫助冷卻所述凈化器以延長(zhǎng)所述催化劑的壽命。
提供發(fā)明內(nèi)容作為了解本發(fā)明的向?qū)?。不需要說明本發(fā)明最普通的實(shí)施例或在此公開的發(fā)明的所有種類。
本發(fā)明是一種設(shè)備，其實(shí)現(xiàn)接觸反應(yīng)面上的流體的反應(yīng)并且在反應(yīng)器壁上實(shí)現(xiàn)傳熱。提供靠近所述反應(yīng)器軸線的第一結(jié)構(gòu)和靠近所述反應(yīng)器壁的第二結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)互不相同以促進(jìn)催化作用和傳熱的相應(yīng)目標(biāo)。
所述催化反應(yīng)器包括不封閉第二體積的體積，該第二體積不是所述反應(yīng)器的一部分?？傮w上，所述反應(yīng)器是由反應(yīng)器壁封閉的圓柱形體積，其在第一端有入口并且在第二端有出口。所述反應(yīng)器包含實(shí)心面，其包含適當(dāng)?shù)幕钚源呋煞忠源龠M(jìn)所需的反應(yīng)。
靠近所述反應(yīng)器軸線的結(jié)構(gòu)，在此用芯部指代，從所述反應(yīng)器軸線延伸至從所述反應(yīng)器壁的內(nèi)部至所述反應(yīng)器軸線的預(yù)定距離。所述預(yù)定距離是約0.01至0.4并且優(yōu)選地是0.05至0.2乘以從所述反應(yīng)器壁內(nèi)部至所述反應(yīng)器軸線的距離。包括所述芯部的幾何形狀允許流體經(jīng)過連通的通道在軸向和徑向流動(dòng)。適當(dāng)芯部的例子包括球形或圓柱形質(zhì)點(diǎn)、含孔小球、拉西環(huán)(Raschig rings)、鞍狀物、包括打孔通道或互相連通的十字形通道的整料結(jié)構(gòu)等等。整料芯部結(jié)構(gòu)，也稱作工程填料，是優(yōu)選的，包括能夠在美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/886,237的圖17和18中找到的填料，該專利題目是“具有主通道和次通道的反應(yīng)器”，由Jonathan J.Feinstein在2004年7月7日提交，在此全部結(jié)合其完整公開內(nèi)容作為參考。整料芯部可由金屬、陶瓷或金屬和陶瓷的混合物組成，并且優(yōu)選由覆涂有適當(dāng)催化劑載體和活性催化劑的金屬基板組成。
靠近反應(yīng)器壁的結(jié)構(gòu)，在此稱作殼體，從所述反應(yīng)器壁的內(nèi)部延伸至從所述反應(yīng)器壁內(nèi)部的預(yù)定距離。所述殼體處于所述芯部和所述反應(yīng)器壁之間，在期望有效傳熱的反應(yīng)器壁的所有部分上。所述殼體包含多個(gè)用于引導(dǎo)流體離心撞擊反應(yīng)器壁的第一裝置和用于允許流體由于其從所述反應(yīng)器的入口流至出口而流離反應(yīng)器的第二裝置。所述第一裝置優(yōu)選地是由實(shí)心壁封閉的溝槽。所述第二裝置可以是壁、葉片、溝槽或多孔結(jié)構(gòu)。一個(gè)多孔結(jié)構(gòu)的例子是打孔壁或溝槽，其允許流體跨越所述壁或溝槽。所述殼體可被形成為與所述芯部隔開或可以是所述芯部結(jié)構(gòu)的延伸，具有適當(dāng)交替的多個(gè)孔以提供所述第一和第二裝置。交替的例子是對(duì)于所述殼體中在適當(dāng)?shù)奈恢蒙蠈?shí)心的表面來說，其在所述芯部中的類似表面被打孔。所述殼體可由金屬或陶瓷組成并且優(yōu)選地由覆涂有適當(dāng)催化劑載體和活性催化劑的金屬基板組成。
所述殼體是整料，在此定義為工程結(jié)構(gòu)，包括鄰接實(shí)心或打孔壁或具有在其之間的流體通道的板。所述芯部的結(jié)構(gòu)不同于所述殼體的結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)在以下四種方式中的至少一種。第一差異是所述芯部不是整料。第二差異是所述芯部是整料，其包含至少比所述殼體低10％的實(shí)心有壁溝槽的體積以在流體從所述反應(yīng)器的入口至出口流動(dòng)時(shí)離心地引導(dǎo)流體。第三差異是所述芯部是包含比所述殼體低至少10％空隙體積的整料。第四差異是所述芯部是整料，其包含實(shí)心有壁溝槽以在流體從所述反應(yīng)器的入口至出口流動(dòng)時(shí)離心地引導(dǎo)流體，所述溝槽具有比所述殼體高至少10％的平均液力直徑，所述液力直徑等于4乘以溝槽的截面面積除以所述溝槽截面的周長(zhǎng)。
所述殼體中用于在流體從所述反應(yīng)器的入口至出口流動(dòng)時(shí)離心地引導(dǎo)流體的實(shí)心有壁溝槽是徑向排列的并且導(dǎo)致流體撞擊所述反應(yīng)器壁并且以0至85°并且優(yōu)選地是0至45°的入射角。
所述殼體的滲透性能夠設(shè)計(jì)得比所述芯部的滲透性高以使流體經(jīng)過所述殼體的軸線質(zhì)量流量高于所述芯部中的流量，以進(jìn)一步增加所述反應(yīng)器壁上的流體的傳熱系數(shù)。


圖1A是根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施例的局部立體剖視圖，其包括平滑和波紋截頂錐體板，其具有改性以提供不同的芯部和殼體結(jié)構(gòu)和功能。
圖1B是圖1A的實(shí)施例的某些溝槽的周面的截面視圖。
圖1C是圖1A的實(shí)施例的溝槽形狀的第二種周面的截面視圖。
圖1D是圖1A的實(shí)施例的反應(yīng)器的橫截面的局部，圖示了所述殼體內(nèi)溝槽的連通以及徑向流體流動(dòng)方式。
圖2A示出了本發(fā)明的殼體的第二實(shí)施例的局部立體圖。
圖2B圖示了形成圖2A所示的實(shí)施例的方法。
圖3A是本發(fā)明另一實(shí)施例的徑向截面圖。
圖3B圖示了圖3A所示的殼體的細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施例方式
該具體實(shí)施方式
是代表性的并且沒有限制性。
參考圖1A，除非另有所指，圖1A圖示了一個(gè)實(shí)施例的局部立體剖視圖。催化反應(yīng)器100具有入口101、出口102和圓柱形反應(yīng)器壁103。內(nèi)部體積包括芯部110和殼體120。所述芯部包括由平滑錐形板111組成的整料基板，用橫向和縱向截面示出，由波紋錐形板112分開，僅在橫截面中示出。所述芯部中的平滑和波紋板被打孔，在打孔面的該實(shí)施例和其它實(shí)施例中用虛線示意。所述平滑和波紋板之間的空間構(gòu)成溝槽113。平滑和波紋錐體優(yōu)選地與所述反應(yīng)器壁成45°角。溝槽113徑向排列。流體從所述入口至所述出口流動(dòng)，沿溝槽113經(jīng)過芯部并且在軸向用最小的曲折經(jīng)過所述溝槽中的孔。所述芯部未包含用來在流體從所述反應(yīng)器的入口至出口流動(dòng)時(shí)離心地引導(dǎo)流體的實(shí)心有壁溝槽。
所述殼體構(gòu)成所述芯部中的平滑和波紋錐體的延伸，但是具有交替的芯部結(jié)構(gòu)以在所述反應(yīng)器壁上增強(qiáng)傳熱。所述殼體包括隔行的平滑截頂錐體板121并由波紋截頂錐體板122隔開，其分別是板111和112的延伸。所述殼體中的平滑和波紋板之間的空間形成溝槽123，其沿截頂錐體面在軸向延伸。所述殼體的截頂錐體面與所述芯部中的錐面傾角相同。平滑板121鄰接所述反應(yīng)器壁。在所述殼體的波紋板和所述反應(yīng)器壁之間有間隙，圖中未示出。所述間隙在圖1D的說明中說明。所述殼體的板包含打孔的部分124和其它實(shí)心的部分114，形成由實(shí)心面完全封閉的溝槽115和被打孔面至少部分封閉的溝槽125。當(dāng)流體從所述反應(yīng)器的入口至出口流動(dòng)時(shí)，實(shí)心溝槽115離心地引導(dǎo)流體以撞擊所述反應(yīng)器壁。所述離心流動(dòng)由箭頭116繪出。溝槽125在所述流體從所述反應(yīng)器的入口至出口流動(dòng)時(shí)允許其從所述反應(yīng)器壁向心返回。箭頭126繪出了流體跨越打孔溝槽125的流動(dòng)方向。
溝槽115被布置并排列在與周向并列的軸向堆疊的一個(gè)溝槽中。溝槽125被布置并排列在與周向并列的軸向堆疊的至少兩個(gè)溝槽中。溝槽115和溝槽125的堆疊從所述反應(yīng)器的入口延伸至出口或與而越過所述反應(yīng)器被期望與其環(huán)境有效傳熱的部分。溝槽115和125的堆疊交替圍繞所述反應(yīng)器壁的全周或圍繞所述反應(yīng)器壁期望與其環(huán)境進(jìn)行有效傳熱的部分。所述堆疊的布置在圖1B、1C和1D中進(jìn)一步闡述。
盡管總體上優(yōu)選對(duì)所述殼體中的平滑和波紋板打孔以提供相同的滲透性，在某些應(yīng)用中傳熱相對(duì)比壓力下降更為重要，孔的密度可設(shè)計(jì)成在靠近所述反應(yīng)器軸線處比靠近所述反應(yīng)器壁處提供更低的軸線滲透性。所述滲透性的變化增強(qiáng)了流體撞擊所述反應(yīng)器壁的相對(duì)流動(dòng)性和速率以使特定的流體流經(jīng)所述反應(yīng)器并且進(jìn)一步增加了在所述反應(yīng)器壁上的傳熱系數(shù)。
參考圖1B，除非另有所指，圖1B圖示了經(jīng)過圖1A中的實(shí)施例的殼體的周面。所述殼體包括交替的平滑和波紋截頂錐板，在其間形成溝槽。所述平滑板的局部114是實(shí)心的，如實(shí)線所圖示，并且所述平滑板的局部124被打孔，如虛線所圖示。所述波紋板的局部117是實(shí)心的，如實(shí)線所圖示，并且所述波紋板的局部127被打孔，如虛線所圖示。溝槽115被實(shí)心面封閉，并且溝槽125被打孔面至少部分封閉。所述平滑和波紋板的局部以此方式布置以形成垂直或軸線堆疊與溝槽115并列的一個(gè)溝槽與溝槽125三個(gè)溝槽并列的垂直堆疊周面地交替。所述堆疊從所述反應(yīng)器的入口延伸至出口或期望進(jìn)行有效傳熱的地方。溝槽115在流體沿所述溝槽的長(zhǎng)度流動(dòng)時(shí)離心地引導(dǎo)它們撞擊所述反應(yīng)器壁。溝槽125中的流體充分地跨越溝槽125以影響從所述反應(yīng)器的入口至出口以及向心地離開所述反應(yīng)器壁的流動(dòng)?？稍谒銎交筒y板中形成可選的凹槽或微凹以形成榫槽接合130以標(biāo)記所述平滑和波紋板的相對(duì)位置并且從而保證所述堆疊的排列。對(duì)平滑板封閉溝槽125的開口或打孔面積與并列在特定的溝槽125的堆疊中的溝槽數(shù)量的百分比進(jìn)行調(diào)整，以允許流體以相當(dāng)?shù)偷膲毫ο陆盗鹘?jīng)所述平滑打孔面，以使流體流經(jīng)所述殼體以在所述反應(yīng)器壁上提供期望的傳熱。面124的開口或打孔面積的百分比可高于所述芯部中的平滑板中的，或可根據(jù)所述錐體的傾角和所述波紋的截面形狀，增加并列在特定堆疊中的溝槽124的數(shù)量。
參考圖1C，除非另有所指，圖1C圖示了穿越圖1A中的實(shí)施例的不同波紋輪廓的殼體的周面。所述殼體包括交替的平滑和波紋截頂錐體，在其間形成溝槽。所述平滑板的局部114是實(shí)心的，如實(shí)線所圖示，并且所述平滑板的局部124被打孔，如虛線所圖示。所述波紋板的局部117是實(shí)心的，如實(shí)線所圖示，并且所述波紋板的局部127被打孔，如虛線所圖示。溝槽115被實(shí)心面封閉，并且溝槽125被打孔面至少部分封閉。所述平滑和波紋板的局部以此方式布置以形成垂直或軸線堆疊與溝槽115并列的一個(gè)溝槽與溝槽125三個(gè)溝槽并列的垂直堆疊周面地交替。所述堆疊從所述反應(yīng)器的入口延伸至出口或期望進(jìn)行有效傳熱的地方。溝槽125在流體沿所述溝槽的長(zhǎng)度流動(dòng)時(shí)離心地引導(dǎo)它們撞擊所述反應(yīng)器壁。溝槽125中的流體充分地跨越溝槽125以影響從所述反應(yīng)器的入口至出口以及向心地離開所述反應(yīng)器壁的流動(dòng)?？稍谒銎交筒y板中形成可選的凹槽或微凹以形成榫槽接合130，以標(biāo)記所述平滑和波紋板的相對(duì)位置，從而保證所述堆疊的排列。
所述波紋的形狀混合了窄下凹段和寬上凹段。圖1C中的波紋形狀相對(duì)于圖1B所示形狀允許包含溝槽115的堆疊的更統(tǒng)一的寬度。
參考圖1D，除非另有所指，圖1D示出了貫穿圖1A中的反應(yīng)器實(shí)施例的橫截面的局部。反應(yīng)器100具有壁103、芯部110和殼體120。所述芯部?jī)?nèi)的結(jié)構(gòu)未示出。所述殼體中實(shí)心波紋板117將被實(shí)心波紋和平滑板封閉的溝槽的堆疊118與被打孔平滑和波紋板至少部分封閉的溝槽的堆疊128分離。交替的堆疊118和128被定位在所述反應(yīng)器壁的周圍。堆疊118中溝槽被堆疊與一個(gè)溝槽并列并且周向窄于堆疊128，其中的溝槽至少堆疊兩個(gè)周向并列的溝槽。堆疊118中的溝槽引導(dǎo)流體離心地撞擊所述反應(yīng)器壁，如箭頭116所繪。被堆疊118中的溝槽引導(dǎo)至所述反應(yīng)器壁的流體離開堆疊118并經(jīng)由所述波紋板和所述反應(yīng)器壁之間的間隙131進(jìn)入堆疊128，如箭頭132所繪?？拷龇磻?yīng)器壁的堆疊128的流體從所述反應(yīng)器壁向心地返回，如箭頭126所繪。
所述間隙的寬度是堆疊118在它們最靠近所述反應(yīng)器壁的末端的平均周向?qū)挾鹊谋稊?shù)。在最小化壓力下降比增加傳熱相對(duì)更重要的應(yīng)用中，所述倍數(shù)可在約0.5至2.0的范圍內(nèi)。對(duì)于獲得高的傳熱性能比最小化壓力下降相對(duì)更重要的應(yīng)用來說，所述倍數(shù)可在約0.1至0.7的范圍內(nèi)。所述間隙的寬度根據(jù)所述波紋板的邊緣在成形前被切割的方式可以是相同的或鋸齒狀。所述間隙不相同時(shí)所述倍數(shù)屬于定義所述平均間隙寬度的間隙寬度。
參考圖2A，除非另有所指，圖2A圖示了根據(jù)本發(fā)明的殼體的另一實(shí)施例，其中提供具有實(shí)心壁的溝槽以對(duì)反應(yīng)器壁往返傳輸流體。其適用于圓柱形反應(yīng)器。定位在所述芯部和反應(yīng)器壁之間的交替柱狀物包含引導(dǎo)流體分別離心和向心地流動(dòng)的葉片。所述反應(yīng)器入口，未圖示，高于并且所述反應(yīng)器出口，未圖示，低于殼體200的圖示截面。殼體200包括將柱狀物互相隔離的柱狀物隔離壁201。柱狀物202包含葉片203，其用于在所述流體從反應(yīng)器的入口至出口流動(dòng)或如圖所示從所述殼體的頂部至底部流動(dòng)時(shí)引導(dǎo)流體向心地離開反應(yīng)器壁，未圖示。葉片203的頂邊鄰接所述反應(yīng)器壁以通過間隙距離204將所述柱狀物隔離壁與所述反應(yīng)器壁隔開。柱狀物205包含葉片206和間隙分隔器207，其用于引導(dǎo)流體離心地撞擊反應(yīng)器壁。所述間隙分隔器的底邊鄰接所述反應(yīng)器壁以通過等于間隙距離204的間隙距離208將所述柱狀物分隔壁與所述反應(yīng)器壁隔開。靠近所述反應(yīng)器壁的柱狀物寬度分隔器209和鄰接所述芯部的柱狀物寬度分隔器210分別保持裝置205和202的周向?qū)挾?。柱狀?02和205的寬度大約相等。柱狀物寬度分隔器209寬于分隔器210以使所述殼體符合所述反應(yīng)器壁的曲率。隆起塊211可被壓入所述葉片任一側(cè)的柱狀物分隔壁以支撐所述葉片就位。箭頭212指示了流體流經(jīng)所述殼體的方向，首先經(jīng)葉片206之間的柱狀物205接近所述反應(yīng)器壁，然后，撞擊所述反應(yīng)器壁，圖未示，然后經(jīng)柱狀物分隔壁和所述反應(yīng)器壁之間的間隙側(cè)向轉(zhuǎn)至所述周向中，以進(jìn)入柱狀物202并且在它們從所述反應(yīng)器的入口至出口流動(dòng)時(shí)被葉片203向心地改變方向離開所述反應(yīng)器壁。所述殼體位于所述芯部和所述反應(yīng)器壁之間，圍繞所述反應(yīng)器的整體周面并從所述反應(yīng)器的入口延伸至出口。
參考圖2B，除非另有所指，圖2B圖示了制造如圖2A所示的殼體的形成方法。所述殼體由金屬板212制成。葉片203和間隙分隔器207如圖示在三個(gè)棱邊被切割并且分別沿虛線213和217向前折疊45°角。葉片206在三個(gè)棱邊被切割并且沿虛線216向后折疊45°角。所述板被沿最接近葉片203兩側(cè)的虛線220向前折疊并且被沿最接近葉片206的兩側(cè)的虛線221向后折疊約90°或直至柱狀物分隔壁201接觸葉片203和206的棱邊。柱狀物寬度分隔器209和210優(yōu)選地在同一標(biāo)高上。葉片203和206的寬度可以逐漸變細(xì)并且柱狀物寬度分隔器209的寬度可大于柱狀物寬度分隔器210的寬度以允許所述殼體符合所述反應(yīng)器壁的曲率并且便于所述葉片鄰接所述分隔壁的所有局部。折疊的殼體然后被覆涂適當(dāng)?shù)拇呋瘎┹d體和活性催化劑并且被插入芯部和反應(yīng)器壁之間的反應(yīng)器中。
參考圖3A，除非另有所指，圖3A圖示了本發(fā)明實(shí)施例的縱向截面。催化反應(yīng)器300具有入口301、出口302和圓柱形反應(yīng)器303。其內(nèi)部體積包括芯部304和殼體305。所述芯部包括充滿活性催化劑的實(shí)心氧化鋁球散裝填料。所述殼體在從所述反應(yīng)器入口至出口的反應(yīng)器壁的所有局部上處于所述芯部和所述反應(yīng)器之間。所述殼體包括由軸向空間分隔的平環(huán)306和307。所述殼體和所述芯部之間的表面可以可選地包括由虛線308繪出的打孔壁。流體經(jīng)所述反應(yīng)器流入所述入口然后流出所述出口的方向用箭頭309示意。
參考圖3B，除非另有所指，圖3B圖示了靠近圖3A所述視圖的反應(yīng)器壁的放大的部分。殼體305鄰接所述反應(yīng)器壁303。所述殼體包括內(nèi)平環(huán)306和外平環(huán)307。所述內(nèi)環(huán)和外環(huán)互相之間和所述壁分別定位以形成折流板或交替溝槽以引導(dǎo)流體離心地流動(dòng)而撞擊反應(yīng)器壁，如箭頭310所繪，并且在所述流體從所述反應(yīng)器的入口至出口流動(dòng)時(shí)向心地從反應(yīng)器壁返回，如箭頭311所繪。流體流經(jīng)溝槽離心地撞擊所述反應(yīng)器壁，如箭頭312所繪，并且轉(zhuǎn)向至其在其中向心地流動(dòng)的溝槽。所述殼體中的流體通道和所述芯部中的流體通道連通?？蛇x的打孔壁可定位在所述殼體和芯部之間，如虛線308所繪。外平環(huán)鄰接所述反應(yīng)器壁并且內(nèi)徑小于所述內(nèi)平環(huán)的外徑。內(nèi)平環(huán)在其內(nèi)徑鄰接所述芯部，所述內(nèi)徑確定了所述殼體的內(nèi)徑，并且其外徑至少是從所述芯部至所述反應(yīng)器壁距離的一半。所述內(nèi)環(huán)和外環(huán)以交替的次序從所述反應(yīng)器的入口至出口定位。相鄰的內(nèi)外環(huán)之間的間距是相同的。所述內(nèi)環(huán)和所述反應(yīng)器壁之間的間隙近似等同于相鄰的內(nèi)外環(huán)之間的軸向距離。從所述芯部至所述反應(yīng)器壁的距離是約0.01至0.4并且優(yōu)選地是0.05至0.2乘以所述反應(yīng)器壁的內(nèi)側(cè)至所述反應(yīng)器的軸線的距離。所述內(nèi)外環(huán)由未圖示的縱向支撐或壓桿固定。
例子作為利用了圖2B所示的殼體的實(shí)施例的例子，可采用以下尺寸。對(duì)所述殼體的部件的附圖標(biāo)記參照在圖2B中編號(hào)的部件。該例子適合于用于制氧的蒸汽重整反應(yīng)器，其壁內(nèi)徑100mm，厚度13mm，長(zhǎng)度10m，在頂端有入口并且在底端有出口。芯部直徑為80mm。所述殼體從所述芯部延伸至所述反應(yīng)器壁，距離為10mm。所述殼體分為80個(gè)柱狀物，其在所述反應(yīng)器壁上的寬度約是3.9mm。厚0.2mm，寬945mm并且在所述反應(yīng)器的軸向上的長(zhǎng)度是500mm的金屬板用作殼體基板。柱狀物分隔壁寬8.0mm，在所述柱狀物分隔壁和所述反應(yīng)器壁之間留下2.0mm的間隙。葉片203長(zhǎng)14.1mm，在切割端寬3.9mm并且在折疊端寬3.5mm。葉片206長(zhǎng)11.4mm，在切割端寬3.5mm并且在折疊端寬3.9mm。間隙分隔器207長(zhǎng)2.8mm并且寬3.9mm。柱狀物寬度分隔器209高3mm并且寬3.9mm。柱狀物寬度分隔器210高3mm并且寬3.5mm。分隔器209和210優(yōu)選地考慮標(biāo)高排列。葉片203和間隙分隔器207沿折疊向線213和217分別向前折疊45°，并且葉片206沿折疊線216向后折疊45°。所述板沿折疊線220向后折疊90°，其最接近葉片203的兩側(cè)并距其3.5mm。所述板沿折疊線221向后折疊90°，其最接近葉片206的兩側(cè)并距其3.9mm。所述殼體成形為管形并且通過折疊第一個(gè)和最后一個(gè)柱狀物分隔壁可將其互鎖。
所述芯部的制造如Jonathan J.Feinstein在2004年7月7日提交的題目為“具有主溝槽和次溝槽的反應(yīng)器”的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朥S10/886,237的例子1所述，制成了直徑為80mm、長(zhǎng)度為500mm的嵌套模塊。
所述芯部和殼體覆涂有包含氧化鋁的常規(guī)催化劑載體并且充滿適當(dāng)?shù)陌趸嚨幕钚源呋瘎?。幾個(gè)此類殼體組件和芯部組件首尾相連地安裝在所述反應(yīng)器中以填滿所述反應(yīng)器。將工藝氣體流經(jīng)所述反應(yīng)器以執(zhí)行蒸汽重整。
權(quán)利要求
1.一種催化反應(yīng)器，包括入口、出口、反應(yīng)器壁、靠近所述反應(yīng)器軸線的芯部結(jié)構(gòu)以及在所述芯部和所述反應(yīng)器壁之間的整料殼體結(jié)構(gòu)，其中所述芯部或殼體的至少某些表面被覆涂催化劑，所述殼體包含溝槽，其用于引導(dǎo)流體離心地流經(jīng)所述反應(yīng)器而以低于85°的入射角撞擊所述反應(yīng)器壁，所述芯部具有的空隙或通道與所述殼體中的空隙或通道連通并且所述芯部與所述殼體不同之處表現(xiàn)在以下方式的至少一種a.所述芯部不是整料b.所述芯部具有比所述殼體低至少10％的空隙組分c.所述芯部中的通道具有比所述殼體中的通道高至少10％的平均液力直徑d.所述芯部具有比所述殼體低至少10％的溝槽體積百分比，所述溝槽用來在流體從所述反應(yīng)器的入口至出口流動(dòng)時(shí)離心地引導(dǎo)流體。
2.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其中所述整料包括金屬基板。
3.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其中所述反應(yīng)器用于蒸汽重整或用于內(nèi)燃機(jī)排放物的后期處理。
全文摘要
一種催化反應(yīng)器(100)，包含靠近所述反應(yīng)器軸線的芯部結(jié)構(gòu)(110)和靠近所述反應(yīng)器壁(103)的殼體結(jié)構(gòu)(120)，這兩種結(jié)構(gòu)互不相同以分別增強(qiáng)催化作用和傳熱。所述殼體(120)包含多個(gè)用于引導(dǎo)流體離心地流動(dòng)以撞擊反應(yīng)器壁(103)的第一裝置和用于在流體從所述反應(yīng)器(100)的入口(101)至出口(102)流動(dòng)時(shí)允許流體流離反應(yīng)器壁(103)的第二裝置。
文檔編號(hào)B01D53/34GK101060911SQ200580039801
公開日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2005年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月23日
發(fā)明者喬納森·J·范斯坦 申請(qǐng)人:喬納森·J·范斯坦