具有热交换器的反应装置和其用途制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种反应装置(1)，其具有限定内部(3)的第一壁(2)，在所述内部(3)中设置有搅拌机构(4)。热交换器(5)至少部分地设置在第一外壁(2)的背向内部(3)的表面和/或设置在搅拌机构(4)上，其中热交换器(5)具有格栅结构，并且提供具有格栅结构的至少两个层。因此，在不同温度水平的吸热过程中，能够尤其通过热辐射以精确且有效的方式传递热，以及从而将余热用于其他过程，所述吸热过程特别是裂解、气化和重整过程。

Reaction device with heat exchanger and its application

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有热交换器的反应装置和其用途
本专利技术涉及一种反应装置，其具有限定了内部空间的外壁，所述内部空间容纳有搅拌机构，反应装置还包括具有格栅结构的热交换器。因此，能够在不同温度水平的吸热过程中，主要通过热辐射以精确且有效的方式传递热，以及从而使用来自其他过程的余热，所述吸热过程特别是裂解、气化和重整。
技术介绍
在生物燃料和类似的有机原料的热转化和热-化学转化两者中，通过热交换器将热传递到待处理的材料。使用的例子是用于生物燃料或塑料的降解和转化的裂解、气化和重整反应器。在这些过程中，技术上困难的是：在某种程度上尽可能快以及同时尽可能有效地将大量的热传递给待处理的材料。出于生态和经济原因，这里使用来自单个转化产物燃烧的余热是有益的。这种余热潜在地通常足以提供所需量的热。但是，特别地在圆柱形反应器的情况中，不能够从外部传递来自废气的足够大量的热到待处理的材料。原因是相对小的热交换表面积和气体的普遍低的热容。尽管热交换表面积可通过特定的热交换器设计(例如，带有翅片的主体)来增加，但是这些修改通常与高的压力损失相关。为此，经常是不能将多个热交换器级联串联连接。对于加热介质，水作为热传递介质是具有较高热容的替代物，但是在高于100℃的温度下使用相同体积的水会伴随有强烈的压力增加。这会严格限制或至少复杂化作为热传递介质的使用，并且因此也会影响整个系统安全方面。另一方面，基于盐的液体热传递介质具有较高的沸点，但熔点通常也显著地高于0℃，使得当系统停止时，其可在热交换器内凝固。当使用加压的热传递介质时，如果能接受额外的技术设备和安全费用，则除蒸汽之外，加压的热气体也是适当的。与使用液体和蒸汽热传递介质相比，这里的优点是显著较低的压力损失。为了使热投入到裂解和气化反应器中，迄今为止已经使用了不同的方法或其结合：从外部间接加热，特别是电加热或基于燃烧器加热，从内部间接加热，特别是通过螺杆轴或中空的螺杆表面，例如中空的螺杆热交换器(尤其是DE4412536、US2335422、US3909958、US4930484、DE3503069)，通过已受热的(惰性)气体的流入来使加热介质与待转化的材料直接接触(例如，DE60104724)，通过已受热的热交换颗粒，例如球体来使加热介质与待转化的材料直接接触，所述热交换颗粒被添加到待处理的材料中(尤其是DE2345800、DE376791、DE508566、DE60104724、DE102009007176、US2877106、US4110193)。将这些和其他概念进行部分修改或略微调整以适于通过热辐射进行有效的热传递。尤其是，一些例子为将带有翅片的主体黑色阳极化处理或涂覆在红外范围内发射大量辐射的油漆。1931年的GB19310012139的专利说明书描述了一种热交换器，其使用了网状结构。在该文件中提到的二维纤维通过弯曲和折叠转变为三维体。
技术实现思路
因此，从现有技术出发，本专利技术的目的是提供一种反应装置，其具有带有改善性能的热交换器。根据本专利技术，该目的通过根据权利要求1的热交换器和根据权利要求18到20的其用途而实现。本专利技术提出了一种反应装置，其带有限定内部空间的第一壁，所述内部空间容纳有搅拌机构，热交换器至少部分地设置在第一壁的背向内部空间的表面上和/或设置在搅拌机构上，其中热交换器具有格栅结构，并且设置具有格栅结构的至少两个层。在本专利技术的意义中，反应装置理解为意味着在其中可进行反应的任何装置。这种反应装置的实施例是反应器，特别是圆柱形的反应器，例如管式炉。术语反应装置可指反应器、反应器的部分或多个(例如两个到四个)彼此连接的反应器。在根据本专利技术的反应装置中，搅拌机构至少部分地包括热交换器。为此目的，搅拌机构可具有中空的搅拌叶片，在搅拌叶片的腔中设置有热交换器。在一个实施方案中，反应装置具有由第一壁和第二壁制成的双壁，以使得在第一壁和第二壁之间形成容纳热交换器的中间空间。因此，热交换器可以特别有利的方式安装以实现改善性能。在一个实施方案中，根据本专利技术的反应装置是管式炉。在另一个实施方案中，搅拌机构是螺杆输送机。通过这种设计，可以特别有利的方式实现根据本专利技术的待实现的改善性能。在一个实施方案中，螺杆输送机具有带有不同斜度的部分。这样，限定了多个部分，在这些部分中成分可不同地混合，这些部分可以特定的方式单个地控制并且可具有不同的温度。在另一个实施方案中，根据本专利技术的反应装置具有带有不同温度的多个反应区，以使得可根据要求以特定的方式控制反应过程。在另一个实施方案中，多个部分存在于一个反应器中或者存在于相互连通的具有不同温度的反应器中。作为有利的结果，可有益地且特定地控制反应过程。特别地，对于圆形或半圆形的反应器的热-化学转化，例如用于生物燃料、煤、塑料、含有聚合物的(金属)混合物或其混合物的热-化学转化，热交换器是有利的。此外，可用在用于处理聚合物和塑料等的挤出机上。作为与使用相关的设计，热交换器可有利地用于对具有多个反应区的反应装置特定地提供热能或散出热能。这里，实施例是生物燃料转化中的级联设计，其中中间的反应器部分由于反应动力学而具有最高的热需求。借助于本专利技术，该需求可通过安装不同的温度区和具体控制和分布热交换器中的热气体流来达到。根据本专利技术，提供热交换器，在反应装置中将热能从一种材料流传递到另一种材料流，热交换器具有格栅式结构(在下文中也称为格栅结构)并且热交换器包括或由具有格栅式结构的至少两个层或层板组成。在本专利技术的意义中，格栅结构理解为意味着任何格栅结构，其中格栅是以特定等距布置的狭长部件。这里，狭长部件可与其他狭长部件交叉，因此形成具有特别是规则网眼或开口的结构。网眼/开口可具有任何几何形状，例如其可为菱形、正方形或六边形。格栅也可具有圆形边缘。格栅结构可为刚性的或柔性的。这种格栅结构用作热交换器。特别地，这意味着格栅结构被调整成使其满足可用作为热交换器的要求。根据本专利技术的热交换器被特别调整成使得介质流过所有的层。热交换器具有至少两个具有格栅结构的层，例如，在约3个到约50个之间或在约5个到约30个之间。这种多层结构可例如通过将具有格栅结构的层堆叠在彼此之上而产生。从GB9310012139得知的热交换器与根据本专利技术所使用的热交换器的不同点如下：一方面，在GB9310012139中描述的网状物，尽管被弯曲和折叠，但是仅由介质能流动穿过的一个层组成；以及另一方面，介质仅在径向方向中流动穿过该层，类似于筛的通道。为了具有尽可能大的热传递表面积，网状物应具有非常细的网结构，但是这将导致高的压力损失。当GB9310012139的网状物的多个层以层式布置时，会产生类似的效果。相比而言，根据本专利技术所使用的热交换器具有多个层，这些层中的每一个具有格栅结构并且还被调整为使得介质流动穿过所有的层。通过热交换器，能够精确且有效地传递热(尤其是通过热辐射)到不同温度水平的吸热过程中，特别是裂解、气化和重整，并且这本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反应装置(1)，具有限定内部空间(3)的第一壁(2)，所述内部空间(3)容纳有搅拌机构(4)，/n其特征在于，/n热交换器(5)至少部分地设置在所述第一壁(2)的背向所述内部空间(3)的表面上和/或设置在所述搅拌机构(4)上，所述热交换器(5)具有格栅结构，并且设置具有格栅结构的至少两个层。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170324 DE 102017205020.91.一种反应装置(1)，具有限定内部空间(3)的第一壁(2)，所述内部空间(3)容纳有搅拌机构(4)，
其特征在于，
热交换器(5)至少部分地设置在所述第一壁(2)的背向所述内部空间(3)的表面上和/或设置在所述搅拌机构(4)上，所述热交换器(5)具有格栅结构，并且设置具有格栅结构的至少两个层。


2.根据权利要求1所述的反应装置(1)，其特征在于，其具有包括所述第一壁(2)和第二壁(6)的双壁，以使得在所述第一壁(2)和所述第二壁(6)之间形成容纳所述热交换器(5)的中间空间(7)。


3.根据权利要求2所述的反应装置(1)，其特征在于，所述反应装置(1)是管式炉(1a)。


4.根据权利要求1到3中任一项所述的反应装置(1)，其特征在于，所述搅拌机构(4)是螺杆输送机(18)。


5.根据权利要求4所述的反应装置(1)，其特征在于，所述螺杆输送机(18)包括具有不同螺距的螺杆部分(25a、25b、25c)。


6.根据权利要求1到5中任一项所述的反应装置(1)，其特征在于，所述反应装置(1)具有至少两个反应区(13a、13b、13c、13d)，所述至少两个反应区具有不同的温度。


7.根据权利要求1到6中任一项所述的反应装置(1)，其特征在于，所述热交换器(5)的层在其接触点(8)或接触表面处彼此相连。


8.根据权利要求1到7中任一项所述的反应装置(1)，其特征在于，所述格栅结构包括筛网或由筛网构成。


9.根据权利要求8所述的反应装置(1)，其特征在于，所述筛网具有3mm到30mm的网眼尺寸。

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯·霍尔农，乔纳森·艾格纳，彼得·亨泽，阿尔贝托·佩德拉齐尼，托尔斯滕·霍尔农，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，苏斯泰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE