[發(fā)明專利]具有噴射撞擊傳熱的反應(yīng)器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200580039801.8
• 申請日: 2005-11-22
• 公開（公告）號: CN101060911A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬納森·J·范斯坦
• 申請（專利權(quán)）人: 喬納森·J·范斯坦
• 主分類號: B01D50/00
• 分類號: B01D50/00;B01D53/34
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張文;段斌

相關(guān)申請的交叉引用

本專利申請要求2004年11月23日提交的美國臨時(shí)專利申請系列號60/630,492的提交日期的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容作為參考結(jié)合于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及催化反應(yīng)器。

背景技術(shù)

公知催化反應(yīng)器用來促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)。在此指多相催化反應(yīng)器。

公知將流體噴射撞擊到實(shí)心表面上來增加用于如冷卻渦輪葉片和電子元件等應(yīng)用的表面附近的傳熱系數(shù)。其全部公開內(nèi)容作為參考結(jié)合于本文的美國專利5,029,638講授了用噴射撞擊和適合的構(gòu)造來幫助緊湊的熱交換器內(nèi)的傳熱。

在此被共同提及其全部公開內(nèi)容作為參考結(jié)合于本文的美國專利No.5,350,566、5,651,946和4,719,090每個(gè)都講授了可穿透的工程結(jié)構(gòu)，其可用于催化作用并且其通過增強(qiáng)反應(yīng)器內(nèi)的湍流來提供工藝流體的混合。該三個(gè)專利都利用了波紋板，將其波紋以相對于流體從相應(yīng)的反應(yīng)器入口至出口的整體流動方向的斜角傾斜。所述波紋板被打孔或它們之間有間隙或兩者皆具備。傾斜的波紋使得流體速率具有側(cè)向分量。波紋板之間的孔或間隙為所述流體提供側(cè)向返回路徑以保持零凈側(cè)流通過所述反應(yīng)器。側(cè)流在更小的標(biāo)距內(nèi)被引導(dǎo)而在更大的標(biāo)距內(nèi)凈側(cè)流被平衡。所述三個(gè)專利每個(gè)都講授了促進(jìn)混合。所述設(shè)計(jì)相應(yīng)地不保留側(cè)向動量，而用相反的側(cè)向成分速率將流體合并，影響它們相應(yīng)的側(cè)向動量的共同消除。此類設(shè)計(jì)，在對混合起作用時(shí)，其對在反應(yīng)器壁上的邊界層的破壞所起的效果或?qū)υ谒龇磻?yīng)器壁附近增加傳熱系數(shù)所起的效果小于噴射突出物以低入射角撞擊反應(yīng)器壁所起的效果。

另外，該三個(gè)專利利用了交錯(cuò)傾斜的波紋板的平行堆棧。由于所述板處于平行的平直平面內(nèi)，所述通道相對于所述反應(yīng)器截面是索狀的。這樣導(dǎo)致某些通道對于靠近所述反應(yīng)器壁某些部分的反應(yīng)器壁是正常的而對靠近所述反應(yīng)器壁的其它部分的反應(yīng)器壁是平行的，使它們與徑向排列通道相比，在所述反應(yīng)器壁的所有部分增強(qiáng)傳熱的效果較差并且不持久。

其全部公開內(nèi)容作為參考結(jié)合于本文的歐洲專利No.EP0025308A1講授了使得流體交替地經(jīng)反應(yīng)器芯部結(jié)構(gòu)以及所述芯部結(jié)構(gòu)和導(dǎo)管壁之間的間隙流動的設(shè)備。該專利未講授噴射撞擊對所述反應(yīng)器壁上的邊界層的破壞。所有實(shí)施例講授了外延流體經(jīng)所述反應(yīng)器壁和填料之間的空隙平行于所述反應(yīng)器壁流動。該專利還講授了兩種可選的結(jié)構(gòu)類型。一種使用打孔結(jié)構(gòu)而另一種使用未打孔或?qū)嵭慕Y(jié)構(gòu)。使用打孔結(jié)構(gòu)時(shí)，流體流動主要是湍流和橫向混合的軸向并且靠近所述反應(yīng)器壁的流動平行于軸向壁。這種流動不會破壞相對于噴射撞擊的反應(yīng)器壁上的流體邊界層。使用實(shí)心板時(shí)，由于所述中心結(jié)構(gòu)之內(nèi)的流動通道僅經(jīng)所述芯部結(jié)構(gòu)和所述反應(yīng)器壁之間的空隙互相連通，所述反應(yīng)器的展開或有效截面區(qū)域是異形的。這種約束增大了相對于適當(dāng)打孔結(jié)構(gòu)或十字形通道總體互相連通的結(jié)構(gòu)的壓力下降。

EP0025308A1中截頂錐體的使用專門考慮了環(huán)形反應(yīng)器截面。這種截頂錐體被打孔或成系列放置在交替區(qū)域中以沿所述反應(yīng)器長度產(chǎn)生交替離心和向心流動。流體流動路徑外延平行于所述反應(yīng)器壁在所有實(shí)施例中有詳細(xì)說明。使用在所述芯部結(jié)構(gòu)和反應(yīng)器壁之間的空隙增強(qiáng)了沿所述反應(yīng)器表面的軸向流動，而不是所述反應(yīng)器壁的外延、統(tǒng)一和精確分布的噴射撞擊。

其全部公開內(nèi)容作為參考結(jié)合于本文的美國專利4,985,230講授了通過流體流經(jīng)交替向第一和第二壁突出的通道從第一壁向第二壁傳熱。所述壁互相平行并且均勻地分布。所述通道容納用于執(zhí)行所述流體多相催化的催化劑。一個(gè)壁是反應(yīng)器壁并且另一個(gè)壁是在所述反應(yīng)器中的內(nèi)壁。這種技術(shù)可有益于例如用于蒸汽重整的環(huán)形或卡口形的反應(yīng)器的特定應(yīng)用，但不能用在圓柱形或其它實(shí)心形狀的反應(yīng)器上。US4,985,230中的徑向排列通道被限制在軸向并且必須被供給側(cè)向流動的流體。由于所述通道在所述反應(yīng)器軸線上會合，它們在比靠近所述反應(yīng)器壁更靠近所述反應(yīng)器軸線處必須具有減少的寬度或截面區(qū)域。如果此類填料用在圓柱形反應(yīng)器中，靠近所述反應(yīng)器軸線的會合壁的減少的截面區(qū)域?qū)拗屏黧w經(jīng)通道流動，使傳熱無效。所述通道延伸至所述反應(yīng)器軸線也會充分增加經(jīng)過所述反應(yīng)器的不期望的壓力下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及圓形或其它全截面催化反應(yīng)器，而不是環(huán)形空間或反應(yīng)器體積，其至少部分包含或環(huán)繞不屬于所述反應(yīng)器一部分的體積。本發(fā)明的目標(biāo)是克服所有上述困難，并且特別是在整個(gè)所述體積內(nèi)并且特別是靠近圓形或其它全截面催化反應(yīng)器的反應(yīng)器壁提供有效傳熱。