具有除热装置的化学反应器制造方法及图纸

本发明专利技术涉及工业设备的化学反应器(2)，特别是发电站设备的化学反应器(2)，其包括形成气体通道(5)的气密性壁(7)，其中在所述气体通道(5)中设置有热交换器面(6)，第一流体能够流经所述热交换器面(6)，并且所述热交换器面(6)至少部分具有催化有效性表面。本发明专利技术还涉及使用这种反应器用于CO转化的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有连续除热装置(WSrmeauskopplung)的化学反应器。
技术介绍
煤作为主要能源在价格方面是相对稳定的且很多国家有自己的煤储藏。将来会对燃烧化石燃料的发电站产生了新的需求，如低排放和额外的0)2分离装置。整体煤气化联合循环(IGCC)代表其中一种发展最广的分离CO2的发电站设计。该技术在实际的气体和蒸汽发电站(GuD)之前包括对燃料进行气化。由于CO2捕获措施总会引起效率的损失(8°/Γ 2%， 取决于技术临界条件)，因此重要的是IGCC致力于实现各个子过程的高效率。针对具有CO2分离装置的IGCC系统，煤首先在气化器中转化为已知的合成气，其主要包含一氧化碳(CO)、氢(H2)、二氧化碳(CO2)和水(H2O)。接着，CO与水尽可能完全地转化为CO2和H2 (CO转移)。在更高的温度下存在较快的动力学，但是也存在不利的化学平衡。在更低的温度下平衡倾向于反应平衡右侧，但是动力学减速。因此，目前的转移反应(Shift-Reaktion)在I至3个步骤中进行，从而排出各反应间的热量以及根据需要供应水蒸气。之后通过额外的洗涤分离出CO2，并压缩和输送至贮存地。另外，合成气不包含其它的污染物例如尘土和含硫化合物，从而满足燃气涡轮机中对保持空气清洁以及技术上的需求。剩余的氢通过氮和水蒸气稀释并在燃气涡轮机中燃烧。生成的热废气用于产生蒸汽；该蒸汽另外在蒸汽轮机中用于发电。在转移反应中，通常通过加入水蒸气在催化剂的存在下由CO产生氢和CO2,因此，转移反应是剧烈放热的，并且转移反应需要大量的水蒸气(用于反应，也用于降低温度)。这个步骤显著地影响过程的效率。因此，本专利技术的目的是进一步研究转移反应器和CO转移方法，从而实现更好的发电站效率。
技术实现思路
根据本专利技术，该目的通过根据权利要求I的设备和根据权利要求9的方法实现。本专利技术的有利技术方案在各从属权利要求中进行限定。在具有气密性壁的化学反应器的情况中，其中该气密性壁形成气体通道，在气体通道中设置多个热交换器面，第一流体能够流经该热交换器面，以及该热交换器面至少部分地具有催化有效性表面，并提供多个用于第二流体的供应设备，由此实现了如下效果在较低的压力损失下，能够连续地从过程中除去热并由此实现了对转移过程更好的温度控制(恒定的或接近优化过程)。催化有效性表面位于粗煤气(Rohgas)流经的热交换器外表面上，热可以直接提供至合适介质。在这个情况中有利的是，热交换器面的表面催化或引起(bewirken) —氧化碳和水转化成氢和二氧化碳。在一优选的实施方案中，气密性壁也具有催化有效性表面。从而使得在压力损失保持相同的低水平时可以增加催化有效性表面。一个有利方式为，在气体通道中，用于第二流体的供应设备设置为分布在气体通道纵轴方向上，其中所述第二流体有利地为必须供应至转移过程的水。分步加入水的优势在于可以使用可能少量的额外的水(精确地为过程所需的量)以实现尽可能高的效率。为了更好地分布或混合所供应的水与气流，有利的是该供应设备为注入装置。 有利地，气体通道设计为卧式结构(liegende Bauweise),并且气体可以基本上在水平方向流经该气体通道，其中热交换器面是蒸发器加热面或节热器加热面。以此方式，在转化期间产生的热可以直接用在发电站过程中。根据一特别有利的实施方案，将该反应器整合入具有燃气涡轮机、蒸汽轮机和连接在燃气涡轮机上游的燃料气化装置的发电站设备中，其中该反应器连接在燃料气化装置和燃气涡轮机之间。化学反应器的运行方法如下实现输送包含一氧化碳的气体经过多个具有催化有效性表面的热交换器面，并将水供应至分布在气体流动方向上的气体中。在此情况中有利的是，热交换器面由管形成，其中通过所述管输送水，由此水被加热并且可用于在其他位置处的发电站过程中。先前分成数个步骤的转移反应转变成准连续的反应和除热过程。与常见的催化剂松散填料相比，本专利技术的化学反应器提供了更大的催化剂面和更低的压力损失。该技术不限于IGCC应用，也可以用在其他的反应中，例如制备合成天然气或代用天然气(SNG, Erdgassubstitut)的反应,所述代用天然气是基于煤(主要是褐煤)或生物质(生物SNG或生物甲烷)经合成气制备。根据需要可以使用已知的Benson技术从废热蒸气发生器中除去热。附图说明下面将参考附图通过实施例更详细地对本专利技术进行说明。所示附图为示意性的而非具有真实比例，其中图I示出了一种气化器，其下游具有用于CO转化的化学反应器，图2示出了本专利技术反应器上方的合成气体温度曲线的示意图，以及图3示出了根据现有技术的反应器上方的合成气体温度曲线的示意图。具体实施例方式图I中的装置包含两个主要组件气化反应器I和本专利技术的用于一氧化碳转化的化学反应器2。所用原料3 (其为化石形式的或可再生的能量载体和残留物，例如天然气、石油馏分、煤、生物质和废料)在气化反应器I中在焰色反应中进行转化。此时，例如所产生的热粗煤气4从气化反应器I经过各种工作站(例如，例如用于将粗煤气从气化温度冷却至约700° C至900° C的废热单元19，其中在该温度时将产生理想的高压蒸汽，和/或淬冷单元20)流出，并进入化学反应器2中。催冷(Quench)的目的是提高粗煤气中水蒸气的比例用于后续在化学反应器2中的水气体转移反应。化学反应器2的气体通道5包括由管构成的热交换器面6。这些热交换器面6可以设置在气体通道5中或者也可以形成气体通道5的围壁。在后一种情况中，未具体示出的蒸汽发生器管通过障碍物(Stege)或称作翼片(Flossen)的物体彼此气密地焊接在它们的纵向侧。大量的彼此相邻的管以此方式组合成热交换器面6。在化学反应器2的下游端9处形成热交换器面6的管的入口端8通过共用的入口收集器(未示出)供应进料水。在这种情况中，热交换器面6用作节热器加热面10。在出口侧，由于受热进入节热器加热面10的管中的、受合成气加热的进料水流经出口收集器，并且随后进入蒸发器单元。蒸发器单元11也可以设置在化学反应器2中，例如在节热器加热面10的上游的合成气的流动方向上。由节热器10预加热的水也可以通过热交换器面6的入口收集器供应给蒸发器11。在蒸发器单元11中，将预加热的水蒸发至低压、中压或高压蒸汽以及同时通过相应的收集器供应进入例如过加热单元12。热交换器面6也可以用于中间过加热(Zwischeniiberhitzung) 13从蒸汽轮机的第 一涡轮机阶段流出的、部分松弛(entspannt)的流动介质，从而可以将被再次加热的流动介质供应至蒸汽轮机的下一步骤。由于传热至流经热交换器面6的流动介质果，将具有前进流动途径的在通道5流动的合成气的热连续地排出。但是由于水气体转移反应再次产生热。为了调节这个反应并因此调节合成气的温度，在不同的位点引入水，并且分布在气体通道5的纵向上水进入合成气流。水借助注入装置14引入。调节和对准注入装置的喷嘴，使得提供尽可能少量的额外的水(正好为过程所需的量)以实现尽可能高的发电站效率。节热器的加热面和蒸发器的加热面以及如有需要过加热器提供水气体转移反应的催化剂层。一氧化碳和水转化为二氧化碳和氢的转移反应的活化能通过催化剂得以降低，从而改变其动力学。图2示出了从反应器入口 15至反应器出口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.11.04 DE 102009051938.61.工业设备的化学反应器(2)，特别是发电站设备的化学反应器(2)，其包括形成气体通道(5)的气密性壁(7)，其特征在于，在所述气体通道(5)中设置有多个热交换器面(6)，第一流体能够流经所述热交换器面(6)，并且所述热交换器面(6)至少部分具有催化有效性表面，以及在所述气体通道(5)中提供多个用于第二流体的供应设备。2.根据权利要求I所述的反应器(2)，其中所述表面催化或引起一氧化碳和水转化成氢和二氧化碳。3.根据权利要求I或2所述的反应器(2)，其中所述气密性壁(7)同样具有催化有效性表面。4.根据上述权利要求中任一项所述的反应器(2)，其中所述供应设备设置为分布在所述气体通道(5)的纵轴方向上。5.根据上述权利要求中...

【专利技术属性】
技术研发人员：R伯利，F哈内曼，D霍夫曼，N沃特梅耶，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：