生产产物气体与蒸汽的方法及实施该方法的模块化产物气体－蒸汽反应器技术

本发明专利技术揭示一种产生蒸汽及制造产物气体的方法，该方法是使馈入气体在反应器单元内作催化反应而进行，该反应器单元包括反应管。本发明专利技术的方法包括下例步骤：将催化剂移送通过该反应管；使该馈入气体流入到该催化剂床，其流动方向与该催化剂床的移动方向相反；通过对该反应管内的控制区段进行热隔绝、加热及／或降温沿该反应管调整出温度分布；及将在一个控制区段中因降温操作所产生的废热，由反应管传导到蒸汽产生单元。该馈入气体可为合成气体，特别是沼气。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
根据权利要求1及12，本专利技术分别涉及一种产生蒸汽与产物气体的方法以及用来实施该方法的模块化产物气体/蒸汽反应器。本专利技术的方法可以细分成第一子方法以及第二子方法；第一子方法适用于生产产物气体，而第二子方法则是用来生产蒸汽，两个子方法互相结合。其中，本专利技术的产物气体 /蒸汽反应气适合用来同时实施两个子方法。该第一子方法可以与导入该产物气体/蒸汽反应器的析出气体(Eduktgas)的化学-物理转化机能(例如纯化)相结合。而该第二子方法则可结合利用从该化学-物理转化而产生的废热所含的能量的功能。
技术介绍
析出气体会遭到颗粒、硫、碳氢化物及/或氯化合物等的污染。对该析出物的转化 /纯化，传统上是透过将多种反应器做复杂的组合加以达成。如此一来，由于多个反应器互相分离，其功能也互相独立，其中各个反应器各用于从该析出气体所含的杂质中移除一种成份(例如一种化学元素或粒子)的功能。就这些反应器中每一种所需付出的技术及财物成本实在不计其数，尤其是在连接以及整合不同机器以形成整体的系统时。至于在每一种反应器当中所进行的化学反应，则需要在合适的条件下进行，例如其温度与压力等条件。其结果是，使用这种装置方式，只有在相当小规模以及相当小产量之下，才会合算。在蒸汽产生单元，利用适当的热移转装置(例如热管)将热量引入在该蒸汽产生单元内的液体，以从该液体产生蒸汽，已为周知的技术。这里所用的热管可以例如吸收由其上游侧的废气发电所产生的废热所释放的热量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于要避免前述析出气体转化/纯化技术相关的缺点，并在工艺技术方面将该步骤与蒸汽的产生结合成为单一的反应器，该反应器在此可以称为产物气体/ 蒸汽反应器，也就是协同地将第一子方法与第二子方法结合成在单一反应器中进行的单一步骤。本专利技术的目的可以分别利用权利要求1与12中所述的技术特征加以达成。至于本专利技术其他的优点，则定义在其附属权利要求中。根据本专利技术权利要求所定义的本专利技术，一种呈现块状材料形式的催化剂在筒状或者管状物体(以下称为“反应管”)中作为移动式固定床移动，其移动方向与引进或馈入该反应管内的析出气体流动方向相反。其中，该析出气体流经界限清楚的温度分布中，因而在该反应管中进行催化处理。该温度分布是该温度的函数T (χ)，随着在横坐标上的位置而变， 该横坐标与该反应管的纵轴平行，并且细分成多个温度梯段。其中在各个温度梯段中，所通过的析出气体在其内发生反应的最适反应条件是可调的。本专利技术的方法(指第一子方法) 可以不必按照上述公知技术的做法，使用分离的各个单一的反应器，其各自的反应空间分别对应于本专利技术各个温度梯段。因为不使多个独立的反应器，故也不再需要连接反应器的管线，且不须用复杂的技术在该管线内维持适当的温度环境。根据本专利技术的该温度分布是借由隔热、加热及/或降温控制区段而达成。其中可以为每一温度梯度指定控制区段。由此可知，虽然该经控制的温度分布是梯段式的函数T (η)，其中η为各个经控制区段的代号， 其真正的温度变化T (χ)，则为可导函数。又根据本专利技术，在控制区段内进行降温所释出的热供应到蒸汽产生单元(第二子功能)。虽然在权利要求2中，是指定η = 3，且沿该流动方向之T(I) >Τ(2) >Τ(3)，但本专利技术并不限于该等条件。该温度梯段的数量是依据在该反应管中发生的反应而定，因此并非任何基本的限制，而只是技术上的限制。根据权利要求6的技术特征，其控制方式是特定其产物气体的组成，并利用该组成作为该温度控制及/或产量的控制变量。在经控制区段内如果发生放热反应，将会释出反应热，该释出的反应热排放将会对该反应产生有利的影响，因为根据勒沙特列原理，其结果会使其化学平衡移向右方。其总产量、在各个反应管内所进行的反应、所排出的热量等等，当然都是其技术-物理量，互相之间并无绝对关系，但最好也应该达成协调。为达此结果，可以使用多种介入控制程序的方法，例如，如果总产量是某一特定经控制区段的可变量，该变量势将成为所有其他控制区段的参数。根据权利要求9，将该催化剂活化的方法，可以利用从同一析出气体中所得的热加以达成。而根据权利要求11，该析出气体可为例如从生物反应器的合成气体，亦即沼气，其具有足以活化(加热)该催化剂的温度。因此，本专利技术方法的第一子方法可以做唯一较大整体工艺的后续步骤，该较大整体工艺适用于从生物质量中产生产物气体与蒸汽。在此，举例来说，前述的生物反应器可以是所谓的热管式反应器。此外，根据权利要求9，尚可从外界， 通过该产物气体/蒸汽反应器，供应活化该催化剂所需要的热。因此，本专利技术的方法实质上不受该析出气体的温度限制。在这种情形下，有利的是，该控制区段所产生的废热可以间歇的或持续的供应，不是供应给该蒸汽产生系统，而是供应到另一控制区段。例如，如果沿气体流向设有控制区段Α、Β及C。则可将控制区段A(其目标温度为Ta)所产生的废热供应到区段C(其目标温度为T。)，设区段之目标温度为TB，且Tb < Ta及T。，从而从区段A到区段B 发生温度下降，但从区段B到区段C则发生温度上升。根据权利要求10所示的技术特征，本专利技术的方法可以提供其他介入控制的方法， 作为在该反应管与该蒸汽产生单元间的温度梯度的一种代替，使得对于各个控制区段产生废热的利用增加自由度。由于该温度梯度的增加，可以提高从该反应管将热传导到该蒸汽产生单元的效率。其方式可例如从多个控制区段传导废热。反之，如果降低该温度梯度， 则该废热可以供应到其它用途。总之，本专利技术所提出的模块化概念，不但可以用来将反应管整体与该蒸汽产生单元加以结合，也可以用来将该反应管各个控制区段，以及将各个控制区段与该蒸汽产生单元加以结合。根据本专利技术，提供一种产物气体/蒸汽反应器的模块化构造，因而包括至少一个反应单元(模块)，该反应单元包括反应管及热传导装置，使热可由该反应管传导至该蒸汽产生单元。该模块化构造可产生决定性的优点，均如前对本专利技术的方法所做的叙述。首先， 如果该产物气体/蒸汽反应器包括至少两个反应单元，该反应单元可为相同或不同，则本专利技术的第一子方法是在单独的反应单元中实施。例如，根据本专利技术权利要求11，就可以较好地将合成气体(例如沼气)用作在一个反应单元中的析出气体。如果系统包括η个反应单元，则最多可在各个反应单元中分别进行η种独立、不同的处理。其次，如果各个反应管中包含k个控制区段，总共可以得到n*k个控制区段。因此，根据高斯所发现的求积公式，在各个控制区段间总共可以得到n*k(n*k+l)/2种连接方式。其结果代表一种网路，可以展现复杂的控制技术，且可变性极高。第三，各个反应单元也可以分别加以“去活化”，也可以加以互换。例如，用来进行维修，或者做结构的改变。所使用的温度控制单元个别可以部分地包围各个反应管，如权利要求13所示。如果要使该各个反应管区段达成均一的温度上升或下降，该温度控制单元较好做成环形，而完全围绕该反应管。有利地，该环适于被分割，以便于将该环装置在该反应管上。另一种方式则是，将温度控制单元包围各个温度控制元件，形成环状结构，但在该反应管的周边方向中断。举例来说，该温度控制装置可以包括根据权利要求14的导热构造。移送该催化剂床的方式基本上可以使用重力达成，如权利要求15所示。也可使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种在反应单元内通过催化转化析出气体以产生蒸汽及产物气体的方法，该反应单元包括反应管，该方法包括以下步骤：－将催化剂床移送经过该反应管；－以与该催化剂床的移送方向相反的方向将析出气体馈入该催化剂床；－通过对该反应管的控制区段进行热隔绝、加热及／或降温，控制沿该反应管的温度分布；及－将在降温一个控制区段时产生的废热从该反应管传导到蒸汽产生单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·施魏格尔，
申请(专利权)人：海特默研究有限公司，
类型：发明
国别省市：DE