一種反應(yīng)器（10）限定反應(yīng)器內(nèi)的第一和第二流動(dòng)通道（16，17），第一流動(dòng)通道和第二流動(dòng)通道沿著它們的長(zhǎng)度的至少主要部分在平行的方向上延伸。可去除非結(jié)構(gòu)性催化劑插入物（22，24）設(shè)置在反應(yīng)將要發(fā)生的那些通道（16，17）中，催化劑插入物包括結(jié)合在一起的多個(gè)箔并且其將流動(dòng)通道分成多個(gè)流動(dòng)子通道。催化劑插入物（22，24）的至少一個(gè)端部（Q）沒(méi)有活性催化材料。沒(méi)有活性催化材料的端部（Q）抑制在流動(dòng)通道的該部分中的反應(yīng)，從而降低流動(dòng)通道的該部分處的任何熱傳遞的要求。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及用于執(zhí)行牽涉熱交換的化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)器，該反應(yīng)器限定了其中存在催化劑結(jié)構(gòu)的通道，本專(zhuān)利技術(shù)還涉及用于此類(lèi)反應(yīng)器中的催化劑結(jié)構(gòu)。
技術(shù)介紹
例如在WO 03/033131中描述了由限定第一和第二流動(dòng)通道的一堆金屬片組成的催化反應(yīng)器的使用，其中，在諸如流動(dòng)通道內(nèi)的波狀箔的可去除插入物上提供催化劑，WO03/033131描述了用于執(zhí)行例如費(fèi)一托合成法、蒸汽甲烷重整或燃燒的各種化學(xué)反應(yīng)的此類(lèi)反應(yīng)器的使用。W02010/067097還描述了一種催化反應(yīng)器，其中，催化劑插入物可包括一個(gè)或多個(gè)波狀箔。兩組通道使得能夠在那些通道的內(nèi)容物之間進(jìn)行熱傳遞。例如，蒸汽甲烷重整是吸熱反應(yīng)，要求通常高于750°C的高溫；并且可以通過(guò)在催化反應(yīng)器內(nèi)的另一組通道中發(fā)生的燃燒反應(yīng)來(lái)提供所需的熱量。費(fèi)一托合成法是放熱反應(yīng)，因此在這種情況下，與用于合成反應(yīng)的那些通道相鄰的通道可以攜載冷卻劑。不僅反應(yīng)器內(nèi)的熱梯度趨向于導(dǎo)致形成反應(yīng)器的材料內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力，而且還存在熱逸潰的進(jìn)一步風(fēng)險(xiǎn)。在一些放熱催化反應(yīng)的情況下，反應(yīng)速率可以隨著溫度增加而增加；并且在這種情況下，在反應(yīng)器內(nèi)的溫度和反應(yīng)速率之間存在正反饋。這可能導(dǎo)致溫度的快速增加，稱(chēng)為熱逸潰，并且這可能導(dǎo)致對(duì)催化劑或?qū)Ψ磻?yīng)器或兩者造成損壞，并將減少反應(yīng)器的有用壽命。局部熱點(diǎn)還對(duì)反應(yīng) 器的一致操作有害。在上述類(lèi)型的反應(yīng)器中提供可去除的催化劑攜載插入物是有利的，因?yàn)檫@使得反應(yīng)器的壽命能夠超過(guò)催化劑的壽命，有可能超過(guò)數(shù)倍。然而，為了將新的催化劑部署到反應(yīng)器中，必須去除插入物并且插入新的插入物。為了有助于方便的插入物更換，優(yōu)選的是最小化必須插入反應(yīng)器的分離部件的數(shù)量。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)方面，提供了一種反應(yīng)器，其限定了反應(yīng)器內(nèi)的第一和第二流動(dòng)通道，第一流動(dòng)通道和第二流動(dòng)通道沿著它們的長(zhǎng)度的至少主要部分在平行的方向上延伸，可去除催化劑插入物設(shè)置在反應(yīng)將要發(fā)生的那些通道中，催化劑插入物包括結(jié)合在一起的多個(gè)箔并且其將流動(dòng)通道分成多個(gè)流動(dòng)子通道，并且其中，催化劑插入物的至少一個(gè)端部沒(méi)有活性催化材料。雖然已經(jīng)提及了用于第一和第二流體的第一和第二流動(dòng)通道，但應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是，反應(yīng)器可以限定用于多于兩種不同流體的流動(dòng)通道。沒(méi)有活性催化材料的那個(gè)端部在流動(dòng)通道的該部分抑制反應(yīng)，從而降低流動(dòng)通道的該部分處的任何熱傳遞的要求。這在如下的情況下是尤其有利的:第一或第二流動(dòng)通道包括進(jìn)口或出口部分，該進(jìn)口或出口部分連接到進(jìn)口或出口端口或連接到集管并且沿著與流動(dòng)通道的長(zhǎng)度的主要部分的方向不平行的方向延伸。優(yōu)選地，活性催化材料僅僅設(shè)置在催化劑插入物的位于反應(yīng)器的如下區(qū)域中的那些部分上:在該區(qū)域中，第一和第二流動(dòng)通道在平行的方向上延伸。至少一組流動(dòng)通道中的催化劑插入物可略微長(zhǎng)于那些流動(dòng)通道的長(zhǎng)度，從而從流動(dòng)通道的端部突出。優(yōu)選地，突出長(zhǎng)度不超過(guò)20 mm,更優(yōu)選地不超過(guò)10 mm,例如5 mm。該突出長(zhǎng)度可使得催化劑插入物的后續(xù)移除更加容易。用于箔的優(yōu)選材料是高溫耐腐蝕鋼合金，例如含鋁鐵素體鋼，尤其是已知為Fecralloy(商標(biāo)名)的類(lèi)型，其具有高至20%鉻、0.5-12%鋁以及0.1_3%釔的鐵。例如，其可包括具有15%鉻、4%鋁以及0.3%釔的鐵。當(dāng)該金屬在空氣中被加熱時(shí)，其形成氧化鋁的粘附氧化物表面，該氧化鋁的粘附氧化表面保護(hù)合金抵抗進(jìn)一步氧化。該氧化物表面層還保護(hù)合金抵抗例如在甲烷氧化反應(yīng)器或蒸汽/甲烷重整反應(yīng)器中的普遍條件下的腐蝕。在該金屬用作催化劑襯底并且涂覆有陶瓷涂層(催化劑材料并入該陶瓷涂層中)的情況下，金屬上的氧化鋁表面被認(rèn)為與陶瓷涂層結(jié)合，從而確保催化材料粘附到金屬襯底。這種合金材料可能不是立刻具有合適的長(zhǎng)度。例如，流動(dòng)通道中的催化劑插入物的總長(zhǎng)度可大于500 mm，例如是600 mm或800 mm。這可由多個(gè)端對(duì)端放置的分離的插入物組成，或者替代地，每個(gè)流動(dòng)通道可包含單個(gè)插入物。該插入物可包括一堆箔，所述一堆箔中的至少一些是波狀的，堆的每層包括端到端布置的多段箔，其中，在相繼的層中，箔的端部相遇處的位置是交錯(cuò)的。這使得不需要將端到端布置的箔直接彼此結(jié)合，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^(guò)結(jié)合到堆中的相繼一個(gè)或多個(gè)箔而相連。箔可通過(guò)銅焊結(jié)合到一起，并且可沿著波狀褶皺的每個(gè)峰的整個(gè)長(zhǎng)度結(jié)合到一起。替代地，它們可例如通過(guò)點(diǎn)焊被焊接到一起。對(duì)于800 mm的插入物長(zhǎng)度，優(yōu)選地至少600 mm設(shè)置有催化劑，從而沒(méi)有催化劑的部分不大于200 mm ;也就是說(shuō)，沒(méi)有催化劑的部分不超過(guò)總長(zhǎng)度的25%。例如，可能在每個(gè)端部存在100 mm的部分沒(méi)有催化劑,或者可能在一個(gè)端部存在200 mm的部分。在箔是波狀的情況下，波狀褶皺可以在橫截面上是正方形的或矩形的；或者是弓形的或正弦曲線(xiàn)形的；或者它們可以是限定三角形波狀褶皺的Z字形，或者鋸齒形，例如具有被平的峰連接的斜坡部分。波狀褶皺通常平行于箔的長(zhǎng)度延伸。在一些替代構(gòu)造中，波狀褶皺可以不平行于或者甚至垂直于箔的長(zhǎng)度。如果波狀褶皺設(shè)置成與箔的長(zhǎng)度成銳角并且相繼的波狀箔具有鏡像取向的波狀褶皺，則氣體將會(huì)橫向地流過(guò)通道，由此通過(guò)當(dāng)反應(yīng)物沿著交替取向的流動(dòng)路徑經(jīng)過(guò)通道時(shí)使得能夠在箔堆內(nèi)的多個(gè)水平之間混合而降低側(cè)向和豎直溫度變化。箔中的至少一些可以是穿孔的。如果波狀箔所具有的波狀褶皺可使得相鄰箔能夠相互嚙合，則波狀箔可由扁平或基本扁平的箔間隔開(kāi)，以確保它們不會(huì)相互嚙合。如果相鄰箔所具有的波狀褶皺不平行，則此類(lèi)扁平箔不是必需的。扁平箔也可以在非常小的幅度上是波狀的，例如提供小于約0.2mm(例如0.1 mm)的總高度，因?yàn)檫@使得它們略微較不柔軟從而更易于在組裝期間工作。基本扁平箔的波狀褶皺的方向可以沿著箔是縱向的，或者替代地，可以是橫向的。扁平箔的波狀褶皺的形狀可以是鋸齒形的或波紋形的。優(yōu)選地，箔的厚度在20-150微米的范圍內(nèi)，例如50微米。較厚的箔(例如100微米厚河提供優(yōu)點(diǎn)，增強(qiáng)熱傳遞。憑借例如通過(guò)提供扁平箔或通過(guò)使相鄰箔具有非平行的波狀褶皺來(lái)防止波狀箔的相互嚙合，插入物的高度相比部署了相同波狀箔的堆是更加可重復(fù)的且更加可控的。因此，催化劑插入物可包括被結(jié)合到一起的一堆波狀箔(C)和基本扁平箔(f)。該堆可使得波狀箔作為最外層，或者可 使得基本扁平箔作為最外層。以波狀箔作為最外層的堆趨向于比以扁平箔作為最外層的堆略微更加柔性，并且提供到通道的壁的增強(qiáng)的熱傳遞，然而以扁平箔作為最外層的堆提供用于催化劑的更大的表面積。此外，如果最外箔具有波狀褶皺，不管是小的或大的幅度，則減小了在插入催化劑插入物期間與反應(yīng)器通道的壁相聯(lián)系的表面積，并且這可以減小對(duì)于插入物的插入的摩擦和阻力。作為示例，插入物可具有構(gòu)造fcfcfcfcf (即，被4個(gè)波狀箔分隔的5個(gè)扁平箔)，或者cfcfcfc (即，被3個(gè)扁平箔分隔的4個(gè)波狀箔)，或者CfC (即，被I個(gè)扁平箔分隔的2個(gè)波狀箔)。為了形成催化劑插入物，箔結(jié)構(gòu)可在其表面的至少一部分上設(shè)置有催化材料。例如，其可涂覆有例如基于氧化鋁的陶瓷載體材料，并且這可浸潰有適合于將要在對(duì)應(yīng)通道中進(jìn)行的反應(yīng)的活性催化材料。可例如通過(guò)浸潰涂覆或噴涂的技術(shù)來(lái)施加陶瓷涂層，以根據(jù)所述反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)10微米和100微米之間的陶瓷厚度，并且可在單獨(dú)的箔被組裝到催化劑插入物之前或者在所述箔已經(jīng)結(jié)合本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：N馬克思泰德，R皮特，RA摩根，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：康帕克特GTL有限責(zé)任公司，
類(lèi)型：
國(guó)別省市：
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