带有可拆卸式催化结构的板式反应器制造技术

一种紧凑的催化反应器，其包括限定了多个交替地设置在叠组中的第一和第二流动通道的一组板材（７２，７４，７５）；其中将发生化学反应的每个流动通道由穿过至少一个板材的笔直通道来限定，各个笔直通道包含结合有金属衬底的可拆卸的气体可透过的催化剂结构（８０）。所述第一流动通道（７６）定向在与所述第二流动通道（７７）相垂直的方向上，并且在所述叠组中的连续第二流动通道之间，所述反应器限定了至少三个并列的第一流动通道（７６）；并且所述反应器包括分流装置（８２；８８），使得所述第一流体在从所述入口流向所述出口时，必须接连地流过至少三个这样的第一流动通道（７６）。因此，整个流路可以是大致并流或逆流的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】 本专利技术涉及一种适用于在化学工艺中将天然气转变成长链烃的催化反应器，以及包括这种催化反应器以执行所述工艺的设备。在专利WO 01/51194和WO 03/048034(Accentus plc)所描述的工艺中，甲烷与蒸汽在第一催化反应器中反应而生成一氧化碳和氢气；然后，所得的气体混合物用来在第二催化反应器中进行费托(Fischer-Tropsch)合成。总的结果是将甲烷转化为更高分子量的烃，其在环境条件下通常为液态或固态。该工艺的两个阶段，即蒸汽/甲烷重整和费托合成，需要不同的催化剂，并且描述了为每一个阶段使用的催化反应器。当反应分别为吸热反应和放热反应时，相应地，催化反应器能使热量传输到反应气体或者能使热量从反应气体中传输出来。用于两个不同阶段的反应器必须遵守若干不同的必需条件费托合成通常在比蒸汽/甲烷重整更高的压力、但更低的温度下进行；并且在费托反应器的传热通道中只需要冷却剂流体，而蒸汽/甲烷重整所需的热量通常将由燃烧来提供，并且还将需要合适的催化剂。根据本专利技术，提供了一种紧凑的催化反应器，其包括多个设置成叠组并结合在一起的金属片材，所述叠组限定了多个用于第一流体的第一流动通道，所述第一流动通道与多个用于第二流体的第二流动通道交替设置在叠组中，从而确保在所述第一流体和第二流体之间的良好热接触，每个流动通道限定在相应的一对相邻片材之间；其中发生化学反应的每个流动通道直接穿过叠组，并包含结合有金属衬底的可拆卸的气体可透过的催化剂结构；以及用于第一流体的入口和出口；第一流动通道定向在与第二流动通道垂直的方向上；其中，在叠组中的连续的第二流动通道之间，反应器限定了至少三个并列的第一流动通道；并且反应器包括分流装置，使得第一流体在从入口流向出口时必须接连地流过所述至少三个第一流动通道。在一个实施例中，分流装置包括连接在叠组的相对表面上的集管。作为备选，分流装置可包括连接流路，其在连续的并列的第一流动通道的末端部分之间提供了连通，连接流路提供了在与第二流动通道定向大致平行的方向上的流动。这些连接流路可由孔或开孔来限定，或通过限定连接流路分段的装置来限定。在连续的并列的第一流动通道的末端部分之间的流通能力由连接流路提供的情况下，不需要经由集管的任何流路来连接连续的第一流动通道。在各种情况下，整个流型具有Z字形或蛇形的流路，其相对于第二流动通道中的流路至少是部分逆流或并流的。这可改善在第一及第二气体流动通道之间的传热。反应器可包括扁平板材的叠组，板材中的凹槽限定了第一和第二流动通道。作为备选，流动通道可由加工成造型(castellated)并与扁平片材交替地叠起来的薄金属片材限定；流动通道的边缘可由密封条限定。为了确保所需的良好热接触，所述第一和第二气体流动通道可以具有10mm至2mm的深度，该深度优选小于6毫米，更优选在2mm至5mm的范围内。形成反应器模块的板材叠组通过例如扩散焊、钎焊或热等静压而结合在一起。制成反应器的材料将取决于操作温度和所暴露于其中的气体。例如，在反应器用于蒸汽重整的情况下，合适的金属是用于高温用途的铁/镍/铬合金，例如海恩斯HR-120或铬镍铁合金800HT(商标)等类似的材料。如果第一流动通道由相应板材中的凹槽限定，并且这些凹槽被平台分开时，那么在各凹槽的末端附近可限定穿过平台的开孔或孔，从而在相邻的凹槽之间限定连接流路。催化剂结构优选具有金属衬底，以提供强度，并增强在催化剂结构中由传导引起的传热，以防止热点。通常金属衬底将被覆包含有活性催化材料的陶瓷覆层。用于催化剂结构的金属衬底优选是钢合金，当加热时，其形成了氧化铝的附着性表面覆层，例如含铝的铁素体钢(如Fecralloy(TM))。当这种金属在空气中加热时，其会形成氧化铝的附着性氧化物覆层，该覆层能保护所述合金免受进一步的氧化和腐蚀.当陶瓷覆层是氧化铝时，这看来似乎是结合在该表面上的氧化物覆层上。各催化剂结构优选加工成可将流动通道划分成多个平行的流动子通道，催化材料位于各个子通道中的表面上。衬底可以是箔片、金属丝网或毡膜，其可为波纹状、凹陷状或褶皱的；优选的衬底是例如厚度小于100μm的薄金属箔片。因而，在一个实施例中，催化剂结构包括波纹状的金属箔片。催化剂结构不是结构化的，也就是说，其并不显著地有助于反应器的机械强度，从而可将这种催化剂结构插入到各流动通道中，使催化剂适合于相应的反应。这种催化剂结构可从反应器的通道中拆卸下来，从而在催化剂用过时可更换它。可根据本专利技术来构造适用于甲烷/蒸汽重整反应或用于费托合成的反应器。因此，用于处理天然气以获得较长链烃的设备可包括使甲烷和蒸汽起反应以形成合成气的本专利技术的蒸汽/甲烷重整反应器，以及用以产生较长链烃的本专利技术的费托反应器。在蒸汽/甲烷重整反应器中，第一和第二气体流动通道的深度均优选小于5mm，更优选小于3mm；在费托反应器的情形下，用于反应的通道的深度优选小于10mm。这类反应器提供了较短的扩散路径长度，因而热量和质量的传递速率可以较高，使得化学反应的速率可以较高。因此，这种反应器可提供较高的功率密度。在各种情况下，流动方向优选是至少部分地并流的。在用于蒸汽甲烷重整的反应器的情况下，需要在重整通道的出口具有峰值温度，并且这最容易利用并流来获得。对于费托反应器而言，优选在费托通道的出口附近具有最热的冷却剂，以抑制固相沉积，因此再次优选并流。分流装置优选使得第一流体必须接连地流过不超过十个的第一流动通道，例如接连地流过五个流动通道。下面将结合附图仅以示例方式对本专利技术作进一步的和更具体的描述，其中图1显示了包括本专利技术反应器的化学设备的流程图；图2显示了适合于蒸汽/甲烷重整的反应器的截面图；图3显示了局部剖视的图2所示反应器的部分的平面图；图3a以更大比例显示了图2所示反应器的部分；和图4显示了适于费托合成的反应器的概略平面图。本专利技术与用于将天然气(主要是甲烷)转化成长链烃的化学工艺相关。这个工艺的第一阶段包括蒸汽/甲烷重整，就是说使天然气和蒸汽混合，使其经历以下类型的反应H2O+CH4-＞CO+3H2该反应是吸热反应，并且可以通过第一气体流动通道中的铑或铂/铑催化剂进行催化。引起该反应所需要的热量可以通过可燃性气体例如甲烷或氢的燃烧来提供，这种燃烧是放热的，并且可通过相邻的第二气体流动通道中的钯催化剂进行催化。在这两种情况下，催化剂优选位于稳定的氧化铝载体上，该氧化铝载体在金属衬底上形成了通常小于100μm厚的覆层。这种燃烧反应可在大气压下进行，但重整反应可在4至5个大气压下进行。燃烧所产生的热量将通过使相邻通道分开的金属片材来传导。然后，蒸汽/甲烷重整所产生的气体混合物用于执行费托合成，以产生长链烃，也就是说nCO+2nH2-＞(CH2)n+nH2O这是一种通常在190-280℃，例如210℃的较高温度下，并且通常在1.8-2.1MPa(绝对值)，例如2.0MPa的较高压力下，在存在诸如铁、钴或与钾促进剂相融合的磁铁等催化剂的条件下进行的放热反应。用于费托合成的优选催化剂包括比表面积为140-230m2/g的γ-氧化铝覆层，其具有大约10-40％的钴(同氧化铝的重量比)，并具有小于钴重量10％的例如钌、铂或钆等促进剂。现在参看图1，其以其中显示了设备部件的流程图显示了整个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紧凑的催化反应器，包括多个设置成叠组并结合在一起的金属片材（７２，７４，７５），所述叠组限定了多个用于第一流体的第一流动通道（７６），所述第一流动通道与多个用于第二流体的第二流动通道（７７）交替地设置在所述叠组中，从而确保在所述第一流体和第二流体之间的良好热接触，每个所述流动通道（７６，７７）被限定在相应的一对相邻片材之间；其中将发生化学反应的每个流动通道笔直地穿过所述叠组，并且包含结合有金属衬底的可拆卸的气体可透过的催化剂结构（８０）；以及用于所述第一流体的入口（８４）和出口（８５）；所述第一流动通道（７６）定向在与所述第二流动通道（７７）的方向相垂直的方向上；其特征在于，在所述叠组中的连续第二流动通道（７７）之间，所述反应器限定了至少三个并列的第一流动通道（７６）；并且所述反应器包括分流装置（８２；８８），使得所述第一流体在从所述入口流向所述出口时，必须接连地流过至少三个第一流动通道（７６）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2004-4-20 0408896.91.一种紧凑的催化反应器，包括多个设置成叠组并结合在一起的金属片材(72，74，75)，所述叠组限定了多个用于第一流体的第一流动通道(76)，所述第一流动通道与多个用于第二流体的第二流动通道(77)交替地设置在所述叠组中，从而确保在所述第一流体和第二流体之间的良好热接触，每个所述流动通道(76，77)被限定在相应的一对相邻片材之间；其中将发生化学反应的每个流动通道笔直地穿过所述叠组，并且包含结合有金属衬底的可拆卸的气体可透过的催化剂结构(80)；以及用于所述第一流体的入口(84)和出口(85)；所述第一流动通道(76)定向在与所述第二流动通道(77)的方向相垂直的方向上；其特征在于，在所述叠组中的连续第二流动通道(77)之间，所述反应器限定了至少三个并列的第一流动通道(76)；并且所述反应器包括分流装置(82；88)，使得所述第一流体在从所述入口流向所述出口时，必须接连地流过至少三个第一流动通道(76)。2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述分流装置包括连接在所述叠组...

【专利技术属性】
技术研发人员：MJ鲍，
申请(专利权)人：康帕克特GTL有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]