專利名稱：熱交換器以及執(zhí)行化學(xué)處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種熱交換器裝置，以及使用熱交換器執(zhí)行化學(xué)處理的方法。
背景技術(shù)：
熱交換器和催化反應(yīng)器組合在一起的化學(xué)處理系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。由于對(duì)機(jī)械設(shè)備的尺寸和成本的敏感度日益增加，在兼有熱交換和反應(yīng)功能的單一組件領(lǐng)域已經(jīng)產(chǎn)生了重大的進(jìn)步。這種傾向的實(shí)例是在Lomax等申請的美國專利No.6,497,856中描述的一種先進(jìn)的氫生成反應(yīng)器，其將幾個(gè)熱交換器和反應(yīng)器組合為單一的機(jī)械裝置。這種組合的反應(yīng)器特別適用于燃料電池的氫的生成，當(dāng)然它也可以有許多其他方面的應(yīng)用。
在多數(shù)催化反應(yīng)器中，反應(yīng)速率對(duì)溫度相當(dāng)敏感。在一些反應(yīng)中，很小的溫度變化就會(huì)極度影響實(shí)際的產(chǎn)品分布和反應(yīng)路線。當(dāng)大型的熱交換陣列(array)與大型絕熱反應(yīng)器，如與填充床或整體式反應(yīng)器組合在一起時(shí)，所遇到的問題是會(huì)存在穿過催化劑床的溫度梯度。在任何橫向流動(dòng)的熱交換器中，例如在帶有擋板的管式熱交換器或板翅式熱交換器中不可避免的會(huì)出現(xiàn)這些溫度梯度。在使用熱交換器與反應(yīng)器相分離的傳統(tǒng)系統(tǒng)中，熱交換之后并且在使用管道輸送到隨后的反應(yīng)器之前，不同溫度的流體會(huì)混合到一起。因此，傳統(tǒng)系統(tǒng)不會(huì)遇到涉及溫度梯度的問題。但是，這些系統(tǒng)相比于一體化的反應(yīng)器和熱交換器，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，緊湊性差，而且設(shè)備更重并具有較高的熱損失。
參考圖4，Lomax等申請的專利中的反應(yīng)器具有一供混合的、預(yù)汽化的燃料和蒸汽101通過的入口，該入口與壓力通風(fēng)系統(tǒng)102相通，而所述壓力通風(fēng)系統(tǒng)102則將上述混合物分布到反應(yīng)管103的陣列中。如圖4中剖切部分所示，反應(yīng)管103內(nèi)設(shè)置有蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑材料105的料。如圖所示，催化劑材料105可以是疏松的填充物，或者可以是催化劑涂層，或是被整體支撐的催化劑的一部分。這種涂覆的填充床或整體式催化劑系統(tǒng)對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說都是已知的。反應(yīng)管內(nèi)還設(shè)置有水煤氣轉(zhuǎn)換催化劑150，它位于蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑105的下游。反應(yīng)管103還與出口的壓力通風(fēng)系統(tǒng)107連通，所述出口的壓力通風(fēng)系統(tǒng)107能夠?qū)⒅卣a(chǎn)品輸送到出口108。反應(yīng)管103通過一個(gè)或多個(gè)擋板109上的孔。這些擋板109彼此非常諧調(diào)，從而可以容許流體流到擋板端部周圍，并且還可以沿著管軸流過殼體的一定比例的橫截面。擋板諧調(diào)的側(cè)邊的方向改變180度以便迫使流體沿著基本垂直于管103縱軸的方向流動(dòng)。
反應(yīng)器在水煤氣轉(zhuǎn)換部分的殼體側(cè)面具有冷風(fēng)入口112和熱風(fēng)出口113。通過一不諧調(diào)的擋板114可防止殼體側(cè)面的大部分空氣繞過熱風(fēng)出口113，其中所述不諧調(diào)的擋板114緊密地靠在殼體組件110的內(nèi)壁上。反應(yīng)器在蒸汽轉(zhuǎn)化部分的殼體側(cè)面上還設(shè)置有熱的燃燒產(chǎn)物入口115和冷卻的燃燒產(chǎn)物出口116。反應(yīng)器還設(shè)置有外部燃燒器組件118。一絕熱的水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)器121附加在出口集管器(tubeheader)106處。所述反應(yīng)器采用了擋板109以及延伸的熱交換面，例如這些熱交換面可以是位于反應(yīng)管103外壁上的多個(gè)緊密間隔的板形散熱片120。這些散熱片120以管陣列的方式連接在整個(gè)反應(yīng)管103上。
已經(jīng)確定的是，在Lomax等申請的專利中，對(duì)于催化的水煤氣轉(zhuǎn)換而言，低于350℃的反應(yīng)速率非常低，而溫度高于400℃時(shí)，熱力學(xué)所限定的反應(yīng)程度則非常的小。更差的是，溫度在450℃以上，能夠產(chǎn)生甲烷的不希望的副反應(yīng)以明顯的速率開始出現(xiàn)。因此，優(yōu)選的總的可操作的溫度梯度應(yīng)小于50℃，并且超過100℃以上的梯度是完全不希望出現(xiàn)。在Lomax等申請的專利中，將向催化水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)器供給的原料氣用空氣冷卻，所述空氣接近室溫。用于冷卻的冷氣能夠?qū)е麓呋瘎┓磻?yīng)器中與空氣入口相鄰的區(qū)域具有相當(dāng)?shù)偷臏囟取Ｔ囼?yàn)顯示所產(chǎn)生的局部的溫度梯度甚至超過了常規(guī)的200℃，因此導(dǎo)致反應(yīng)器的性能顯著降低。

發(fā)明內(nèi)容
為了消除上述系統(tǒng)中存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種經(jīng)過改進(jìn)的裝置，該裝置將熱交換器與隨后的化學(xué)反應(yīng)器組合在一起以控制化學(xué)反應(yīng)器中的溫度梯度。
本發(fā)明還有利地提供了一種使用熱交換器執(zhí)行化學(xué)處理的方法，其中該熱交換器被構(gòu)造成能夠控制溫度梯度。例如，本發(fā)明提供了一種使用熱交換陣列執(zhí)行化學(xué)處理的方法，其中所述熱交換陣列被構(gòu)造成使溫度梯度最小，并且還與化學(xué)反應(yīng)器組合在一起。


參考下面的詳細(xì)說明，特別是當(dāng)結(jié)合附圖時(shí)，將使對(duì)本發(fā)明的更完全評(píng)價(jià)以及伴隨的優(yōu)點(diǎn)變得更明顯，其中圖1是一熱交換器的透視圖，該熱交換器帶有本發(fā)明的特制的傳熱矩陣，為清楚起見，除去了外殼和附加的化學(xué)反應(yīng)器；圖2是其上連接有化學(xué)反應(yīng)器的圖1中熱交換器的透視圖；圖3是帶有圖1中特制傳熱矩陣的熱交換器的側(cè)視圖，為清楚起見，除去了外殼和附加的化學(xué)反應(yīng)器；以及圖4是Lomax等申請的專利中的反應(yīng)器，它帶有連接在殼體側(cè)面的管道上的板形散熱片式熱交換面，以及位于對(duì)流的冷卻水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)器區(qū)域之后的絕熱水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)器區(qū)域。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行說明。在稍后的說明中，功能和配置基本相同的組成元件用相同的附圖標(biāo)記表示，只有必要時(shí)才會(huì)對(duì)此重復(fù)說明。
圖1至3示出了一熱交換陣列1，舉例來說，它可以如Lomax等所申請專利中教導(dǎo)的那樣應(yīng)用在反應(yīng)器的催化水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)器部分里。熱交換陣列1包括管道陣列3，它們優(yōu)選為平行的管道，當(dāng)然也可采用具有各種形狀、尺寸和構(gòu)造的管道，并且也可以使用不同形狀和尺寸的管道。盡管可以是如圖1-3所示的管道式熱交換陣列，但是也可采用其他類型的熱交換陣列，例如板形散熱片，在所述板形散熱片中可形成帶有附加熱交換散熱片層的伸長的、基本為平坦的流體通道。圖1-2中，外殼組件或殼體10(參見圖3)被除去以便顯示出管道陣列3。
圖1-3所示的管道陣列3包括很多排管道。一排包括兩個(gè)或多個(gè)對(duì)齊的管道。圖3示出了管道陣列3的側(cè)視圖，所述管道陣列包括10排管道3a-3j。相比其余幾排管道3b-3j，第一排管道3a位于最靠近入口12的位置處，其中所述入口12位于反應(yīng)器的水煤氣轉(zhuǎn)換部分的殼體側(cè)面中。第一流體從入口12流入，由于擋板9的結(jié)構(gòu)，它沿著流動(dòng)通道在箭頭A指示的方向上流動(dòng)，并且繞著管道的外表面迂回穿過管道陣列3?；诘谝涣黧w的流動(dòng)，第一排管道3a位于第二排管道3b的上游，第二排管道3b則位于第三排管道的上游，而第三排的管道位于第四排管道的上游，依此類推。
第二流體從普通的壓力通風(fēng)系統(tǒng)流入到管道3中。反應(yīng)管3在反應(yīng)器的催化水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)器部分中設(shè)有水煤氣轉(zhuǎn)換催化劑床50。在催化水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)器部分中，反應(yīng)管3的部分形成了第二流體的流動(dòng)通道。第二流體按圖3中箭頭B所示向下流動(dòng)，并且穿過管端3流入到附加的化學(xué)反應(yīng)器中，例如流入到一絕熱的水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)器21中，該反應(yīng)器21包括一水煤氣轉(zhuǎn)換催化劑床，并且被附加在圖2所示出口集管器6處。
第一流體與基本垂直于第一流體流動(dòng)的第二流體交換熱量。第二流體根據(jù)反應(yīng)器的構(gòu)造，可以對(duì)第一流體加熱或冷卻。管道3的陣列上還設(shè)置有外部的熱交換散熱片20，它能夠提高第一流體和第二流體之間的熱傳遞。散熱片20可通過銅焊或優(yōu)選通過液壓膨脹管道3使其與板形散熱片20緊密接觸，從而與反應(yīng)管連接到一起，以便在彼此接觸的散熱片20和管道3之間形成熱傳導(dǎo)接合。
如圖1-3所示，帶散熱片的管狀熱交換器具有矩形的板形散熱片20，當(dāng)然，也可以很容易地將本發(fā)明的實(shí)施擴(kuò)展到其他散熱片的幾何形狀和類型。此外，管形陣列中的散熱片可不必是如圖1-3所示的平坦的散熱片(或板形散熱片)，而是可以單獨(dú)連接的散熱片(如一系列的圓形散熱片沿著每根管道的長度相隔一定距離地連接)，或是連續(xù)的螺旋型散熱片，或者是本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的任何其他類型的熱交換散熱片。所述散熱片能夠從指定的一根管道或一排管道向外延伸而不會(huì)與其他排管道相連，因此不會(huì)在所述散熱片和幾排管道之間產(chǎn)生熱傳導(dǎo)。
本發(fā)明通過向具有每單位體積上總熱交換面積的預(yù)定數(shù)值的管道陣列3中設(shè)置管道，可以有利地減小第二流體通道中(即在管道陣列3中的任一管道中)流體的最高溫度和最低溫度之間的溫差，其中所述預(yù)定數(shù)值取決于按箭頭A所指示的方向，管道到第一流體通道入口12的距離。通過板形散熱片的總數(shù)和尺寸，并且加上管道的全部表面積以及暴露于第一流體的相應(yīng)的熱連接散熱片來確定給定管道的總熱交換表面積量，其中所述這些板形散熱片以熱傳導(dǎo)的方式與該管道相連。然后確定所述管道的每單位體積上的總熱交換面積，這里的單位體積表示在任何給定的時(shí)間內(nèi)位于所述管道中第二流體的體積。本發(fā)明還有利地改變了從第一流體入口12逐漸向第一流體出口的每單位體積的熱交換面積值，從而能夠控制反應(yīng)器的催化水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)器部分中的熱交換率，以限制所需的第二流體出口溫度的偏差。
在圖1-3所示的實(shí)施方案中，板形散熱片20的尺寸使得3a排的管道，即最靠近第一流體入口12的管道(也就是位于第一流體流動(dòng)通道最上游的管道)能夠以熱傳導(dǎo)的方式與每單位長度上比最近的3b排中管道更少的散熱片相連。依次地，3b排的管道也以熱傳導(dǎo)的方式與單位長度上比下一最近的3c排中管道更少的散熱片相連。3d-3j排的管道也以熱傳導(dǎo)的方式與所有散熱片20連接，借此在管道每單位長度上實(shí)現(xiàn)最高的熱傳導(dǎo)率。
圖1-3所示的實(shí)施方案里，在堆疊的排列中設(shè)置了5組板形散熱片20。每一組板形散熱片20都包括以熱傳導(dǎo)方式與3a-3j排中所有管道相連的第一板形散熱片20a，以熱傳導(dǎo)方式與3b-3j排中所有管道相連的第二板形散熱片20b，以熱傳導(dǎo)方式與3c-3j排中所有管道相連的第三板形散熱片20c，和以熱傳導(dǎo)方式與3d-3j排中所有管道相連的第四板形散熱片20d。因此，3a排中的每根管道都與沿著管道長度方向的5個(gè)散熱片板相連，其中所述管道貫穿了第一流體的流動(dòng)通道而延伸；3b排中的每根管道都與沿著管道長度方向的10個(gè)散熱片板相連，其中所述管道延伸穿過第一流體的流動(dòng)通道；3c排中的每根管道都與沿著管道長度方向的15個(gè)散熱片板相連，其中所述管道延伸穿過第一流體的流動(dòng)通道；3d-3j排中的每根管道都與沿著管道長度方向的20個(gè)散熱片板相連，其中所述管道延伸穿過第一流體的流動(dòng)通道?？梢詫?duì)如圖1-3所示散熱片板的構(gòu)造進(jìn)行各種改變，按本文的內(nèi)容，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員按照如前所述是很清楚的。例如，可以設(shè)置更多或更少的排數(shù)，可以在第一流體的流動(dòng)通道中設(shè)置更多或更少數(shù)量的散熱片，可以設(shè)置更多或更少組散熱片，或者可以設(shè)置不同構(gòu)造的散熱片長度，從而所述散熱片具有不同于圖示的模式，或者可以不具有任何特定的方式，并且這些散熱片還可以被構(gòu)造成具有不同于圖示的尺寸，借此可以僅僅使3a排中每單位長度上的散熱片數(shù)量不同，或者使3a-3j中每一排的單位長度上的散熱片數(shù)量不同，或者可以在之間具有任意的構(gòu)造。
通過在最接近引入的第一流體的管道排中提供較少的每單位管道熱交換體積上的熱交換面積，和或提供較少的每單位管道長度上的熱交換面積，可以相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的構(gòu)造，有利地降低第一和第二流體之間的熱交換率，其中在所述現(xiàn)有技術(shù)的構(gòu)造中，所有的熱交換矩陣在每單位體積上都具有相同的熱交換面積。通過使每單位體積的熱交換面積值從第一流體的入口12向第一流體出口逐漸改變，無論在哪里都可以控制熱交換率以限制所需的第二流體出口溫度的偏差。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中具有恒定傳熱矩陣特性的構(gòu)造，這種方法的缺點(diǎn)是減少了熱交換器的整體性能，但其對(duì)第二流體通道出口4處的溫度梯度能有利地提供幾乎是完全的控制。在不提供任何混合無用容積，或不提供任何流體混合裝置如靜態(tài)渦輪機(jī)或馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的混合器的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)上述優(yōu)點(diǎn)。上述這些混合裝置能產(chǎn)生比本發(fā)明體積更大、復(fù)雜性更高、并且還帶有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、可靠性較低的系統(tǒng)。
圖1-3示出了一特別優(yōu)選實(shí)施方案，其中將排數(shù)可變的板形散熱片20以重復(fù)的方式設(shè)置到管道陣列3周圍。由于散熱片20配備有自動(dòng)間隔的軸環(huán)，因此能夠容易地裝配這一實(shí)施方案。為了清楚起見，圖1示出的板形散熱片彼此間隔較寬，并且它們延伸出去的軸環(huán)不會(huì)接觸到一起。在一更優(yōu)選的實(shí)施方案中，每個(gè)散熱片之間的散熱片軸環(huán)相接觸，因此形成一致的散熱片空間，并由此形成一致的流體流。散熱片20的重復(fù)方式也能夠有利地提供穿過第一流體通道整個(gè)面積的一致的流體流。在另一優(yōu)選實(shí)施方案中，通過設(shè)置平均間隔的單個(gè)散熱片可以實(shí)現(xiàn)類似的流分布，但是這種設(shè)置組裝起來更困難，或者通過安裝對(duì)每一排具有不同的散熱片間隔的帶有連續(xù)散熱片的管來實(shí)現(xiàn)類似的流分布。對(duì)板形散熱片的熱交換矩陣來說，通過在每英寸上安裝變化的散熱片帶或者具有變化的表面增強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)熱交換性能上相同的逐漸改變。
圖2示出了本發(fā)明的連接有化學(xué)反應(yīng)容器21的熱交換矩陣。雖然圖2所示的容器為圓形截面，但這種反應(yīng)容器可具有任何形狀?；瘜W(xué)反應(yīng)器可以是被催化或未被催化的，并且其上還可以設(shè)置固態(tài)催化劑載體、質(zhì)量轉(zhuǎn)移介質(zhì)、整塊催化劑，或現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何其他通常的化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)。本發(fā)明特別有利的一面是無需在化學(xué)反應(yīng)區(qū)域之前設(shè)置混合裝置。
本發(fā)明的裝置可被構(gòu)造成能夠產(chǎn)生指定的均勻溫度，或是產(chǎn)生優(yōu)選的不均勻的梯度。這可通過處理每一排管道，或者處理板形散熱片式熱交換矩陣中的不同流動(dòng)部件來實(shí)現(xiàn)以作為用于設(shè)計(jì)目的的可分離式熱交換器。可改變熱交換矩陣每單位體積上的傳熱面積值，從而能夠使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的計(jì)算方式產(chǎn)生優(yōu)選的溫度梯度。
本發(fā)明的裝置特別適用于與具有熱交換功能的結(jié)合催化水煤氣轉(zhuǎn)換的反應(yīng)器。它對(duì)于Lomax等申請的專利中所公開類型的整體反應(yīng)器是特別有利的。
應(yīng)當(dāng)指出的是，這里所述和示出的示例性實(shí)施方案指出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，并不意味著會(huì)以任何方式對(duì)權(quán)利要求的范圍構(gòu)成限制。
可按照上述教導(dǎo)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行多種改進(jìn)和修改。因此可以理解的是，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，能夠以不同于這里的特定說明實(shí)踐本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種熱交換器，其包括一通路，其帶有適于形成第一流動(dòng)通道的內(nèi)部通道；以及一具有內(nèi)部通道的管道陣列，所述內(nèi)部通道共同形成第二流動(dòng)通道，所述管道陣列延伸通過所述通路的內(nèi)部通道，其中，所述管道陣列的第一管道的每單位體積的總熱交換表面積比該管道陣列的第二管道小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，所述第一管道的每單位長度上的總熱交換表面積比第二管道小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，所述第一管道在第一流動(dòng)通道中的第二管道的上游位置處延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱交換器，其還包括設(shè)置在所述通路內(nèi)并連接在所述第一管道和第二管道的外表面上的熱交換散熱片，其中，所述第一管道連接于外表面上的每單位長度的熱交換散熱片的數(shù)量比第二管道的少。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱交換器，還包括設(shè)置在所述通路內(nèi)并連接在所述第一管道和第二管道的外表面上的熱交換散熱片，其中，所述第一管道連接在總表面積比第二管道少的熱交換散熱片上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，所述管道陣列包括帶有第一管道的第一排管道和帶有第二管道的第二排管道，所述第一排管道在第一流動(dòng)通道中的第二排管道的上游位置處延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱交換器，還包括設(shè)置在所述通路內(nèi)并連接在所述第一排管道和第二排管道的外表面的熱交換散熱片，其中，所述第一排管道連接在其上的每單位長度的熱交換散熱片的數(shù)量比第二排管道的少。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱交換器，還包括設(shè)置在所述通路內(nèi)并連接在所述第一排管道和第二排管道的外表面上的熱交換散熱片，其中，所述第一排管道連接在總表面積比第二排管道少的熱交換散熱片上。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱交換器，其中，所述第一排管道中的每根管道的每單位體積的總熱交換表面積比第二排管道中的每根管道少。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱交換器，其中，所述管道陣列還包括第三排管道，所述第二排管道在所述第一流動(dòng)通道中的第三排管道的上游位置處延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道，并且所述第二排管道中的每根管道的每單位體積上的總熱交換表面積比第三排管道中每根管道的少。
11.一種熱交換器，其包括一通路，其帶有適于形成第一流動(dòng)通道的內(nèi)部通道；一具有內(nèi)部通道的管道陣列，所述內(nèi)部通道共同形成第二流動(dòng)通道，所述管道陣列延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道；以及用于使所述第二流動(dòng)通道中流體的最高溫度和最低溫度之間的溫差最小的裝置。
12.一種熱交換器，其包括一通路，其帶有適于形成第一流動(dòng)通道的內(nèi)部通道；一具有相應(yīng)內(nèi)部通道的第一排管道，所述第一排管道延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道；以及一具有相應(yīng)內(nèi)部通道的第二排管道，所述第二排管道延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道，所述第一排管道的內(nèi)部通道和第二排管道的內(nèi)部通道共同形成第二流動(dòng)通道，其中，所述第一排管道的每單位長度的總熱交換表面積比第二排管道小。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的熱交換器，其中，所述第一排管道中每根管道的每單位體積的總熱交換表面積比所述第二排管道中的每根管道少。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的熱交換器，其中，所述管道陣列還包括第三排管道，所述第二排管道在第一流動(dòng)通道中的第三排管道的上游位置處延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道，并且所述第二排管道中的每根管道的每單位體積上的總熱交換表面積比第三排管道中每根管道少。
15.一種熱交換器，其包括一通路，其帶有適于形成第一流動(dòng)通道的內(nèi)部通道；一具有相應(yīng)內(nèi)部通道的第一排管道，所述第一排管道延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道；以及一具有相應(yīng)內(nèi)部通道的第二排管道，所述第二排管道延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道，所述第一排管道的內(nèi)部通道和所述第二排管道的內(nèi)部通道共同形成第二流動(dòng)通道；以及用于使所述第二流動(dòng)通道中流體的最高溫度和最低溫度之間的溫差最小的裝置。
16.一種化學(xué)處理系統(tǒng)，其包括殼體；設(shè)置在所述殼體內(nèi)、并具有適于形成第一流動(dòng)通道的內(nèi)部通道的通路；以及設(shè)置在所述殼體內(nèi)并具有內(nèi)部通道的管道陣列，所述內(nèi)部通道共同形成第二流動(dòng)通道，所述管道陣列延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道，所述第二流動(dòng)通道中具有催化劑床，其中，所述管道陣列中第一管道每單位體積的總熱交換表面積比該管道陣列中第二管道的小。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的化學(xué)處理系統(tǒng)，其中，所述第一管道的每單位長度上的總熱交換表面積比第二管道的小。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的化學(xué)處理系統(tǒng)，其中，所述第一管道在第一流動(dòng)通道中第二管道的上游位置處延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的化學(xué)處理系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述通路內(nèi)并連接在所述第一管道和第二管道的外表面上的熱交換散熱片，其中，所述第一管道連接在其外表面上的每單位長度的熱交換散熱片的數(shù)量比第二管道的少。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的化學(xué)處理系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述通路內(nèi)并連接在所述第一管道和第二管道的外表面上的熱交換散熱片，其中，所述第一管道連接在熱交換散熱片的總表面積比第二管道的少。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的化學(xué)處理系統(tǒng)，還包括一附加在所述殼體上的絕熱水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其中，所述絕熱水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)器包括水煤氣轉(zhuǎn)換催化劑床，其與所述第二流體通道的出口流體連通。
22.一種化學(xué)處理系統(tǒng)，其包括殼體；設(shè)置在所述殼體內(nèi)、并帶有適于形成第一流動(dòng)通道的內(nèi)部通道的通路；設(shè)置在所述殼體內(nèi)并帶有內(nèi)部通道的管道陣列，這些內(nèi)部通道共同形成第二流動(dòng)通道，所述管道陣列延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道，所述第二流動(dòng)通道中具有催化劑床；以及用于使所述第二流動(dòng)通道中流體的最高溫度和最低溫度之間的溫差最小的裝置。
23.一種化學(xué)處理系統(tǒng)，其包括殼體；設(shè)置在所述殼體內(nèi)、并帶有適于形成第一流動(dòng)通道的內(nèi)部通道的通路；帶有相應(yīng)內(nèi)部通道的第一排管道，所述第一排管道設(shè)置在殼體內(nèi)，并且延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道；以及帶有相應(yīng)內(nèi)部通道的第二排管道，所述第二排管道設(shè)置在殼體內(nèi)，并且延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道，所述第一排管道的內(nèi)部通道和第二排管道的內(nèi)部通道共同形成第二流動(dòng)通道，所述第二流動(dòng)通道中具有一催化劑床，其中，所述第一排管道中每單位長度上的總熱交換表面積比第二排管道的小。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的化學(xué)處理系統(tǒng)，其中，所述第一排管道在第一流動(dòng)通道中的第二排管道的上游位置處延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的化學(xué)處理系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述通路內(nèi)并連接在所述第一排管道和第二排管道的外表面上的熱交換散熱片，其中，所述第一排管道中連接于其上的每單位長度的熱交換散熱片的數(shù)量比第二排管道的少。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的化學(xué)處理系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述通路內(nèi)并連接在所述第一排管道和第二排管道的外表面上的熱交換散熱片，其中，所述第一排管道連接于總表面積比第二排管道少的熱交換散熱片上。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的化學(xué)處理系統(tǒng)，還包括一附加在所述殼體上的絕熱水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，其中，所述絕熱水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)器包括水煤氣轉(zhuǎn)換催化劑床，其與所述第二流動(dòng)通道的出口流體連通。
28.一種化學(xué)處理系統(tǒng)，其包括殼體；設(shè)置在所述殼體內(nèi)、并帶有適于形成第一流動(dòng)通道的內(nèi)部通道的通路；帶有相應(yīng)內(nèi)部通道的第一排管道，所述第一排管道設(shè)置在殼體內(nèi)，并且延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道；帶有相應(yīng)內(nèi)部通道的第二排管道，所述第二排管道設(shè)置在殼體內(nèi)，并且延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道，所述第一排管道的內(nèi)部通道和第二排管道的內(nèi)部通道共同形成了第二流動(dòng)通道，所述第二流動(dòng)通道具有催化劑床；以及用于使所述第二流動(dòng)通道中流體的最高溫度和最低溫度之間的溫差最小的裝置。
29.一種使用熱交換器執(zhí)行化學(xué)處理的方法，該熱交換器包括帶有適于形成第一流動(dòng)通道的內(nèi)部通道的通路，以及帶有內(nèi)部通道的管道陣列，這些內(nèi)部通道共同形成了第二流動(dòng)通道，其中管道陣列延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道，其中所述管道陣列中第一管道的每單位體積上的總熱交換表面積比該管道陣列中第二管道的小，并且所述第二流動(dòng)通道中具有催化劑床，所述方法包括下列步驟使第一流體流過第一流體通道，其中第一管道在第一流動(dòng)通道中的第二管道上游位置處，延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道；并且使第二流體流過第二流動(dòng)通道和催化劑床。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的執(zhí)行化學(xué)處理的方法，其中，第一管道中每單位長度上的總熱交換表面積比第二管道的小。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的執(zhí)行化學(xué)處理的方法，其中，熱交換散熱片設(shè)置在通路內(nèi)并連接在所述第一管道和第二管道的外表面上，并且其中第一管道中連接于其外表面上的每單位長度上的熱交換散熱片的數(shù)量比第二管道的少。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的執(zhí)行化學(xué)處理的方法，其中，熱交換散熱片設(shè)置在通路內(nèi)并連接在第一管道和第二管道的外表面上，并且第一管道連接在總表面積比第二管道少的熱交換散熱片上。
33.一種使用熱交換器執(zhí)行化學(xué)處理的方法，該熱交換器包括帶有適于形成第一流動(dòng)通道的內(nèi)部通道的通路，帶有相應(yīng)內(nèi)部通道的第一排管道，以及帶有相應(yīng)內(nèi)部通道的第二排管道，其中，第一排管道和第二排管道延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道，第一排管道的內(nèi)部通道和第二排管道的內(nèi)部通道共同形成第二流動(dòng)通道，第二流動(dòng)通道中具有催化劑床，并且第一排管道中每單位長度上的總熱交換表面積比第二排管道的小，所述方法包括下列步驟使第一流體流過第一流體通道，其中，第一排管道在第一流動(dòng)通道中的第二排管道的上游位置處延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道；并且使第二流體流過第二流動(dòng)通道和催化劑床。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的執(zhí)行化學(xué)處理的方法，其中，熱交換散熱片設(shè)置在通路內(nèi)并連接在所述第一排管道和第二排管道的外表面上，并且第一排管道中連接于其上的每單位長度的熱交換散熱片的數(shù)量比第二排管道的少。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的執(zhí)行化學(xué)處理的方法，其中，熱交換散熱片設(shè)置在通路內(nèi)并連接在第一排管道和第二排管道的外表面上，并且第一排管道連接在總表面積比第二排管道少的熱交換散熱片上。
36.根據(jù)權(quán)利要求33所述的執(zhí)行化學(xué)處理的方法，還包括設(shè)置絕熱水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)器的步驟，該絕熱水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)器包括水煤氣轉(zhuǎn)換催化劑床，其與第二流動(dòng)通道的出口保持流體連通。
37.一種執(zhí)行化學(xué)處理的方法，包括下列步驟在具有內(nèi)部通道的通路中設(shè)置第一流動(dòng)通道；設(shè)置由具有內(nèi)部通道的管道陣列共同形成的第二流動(dòng)通道，該管道陣列延伸穿過所述通路的內(nèi)部通道；在第二流動(dòng)通道內(nèi)設(shè)置催化劑床；使第一流體流過第一流動(dòng)通道；使第二流體流過第二流動(dòng)通道和催化劑床；并且使第二流動(dòng)通道中第二流體流的最高溫度和最低溫度之間的溫差最小。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的執(zhí)行化學(xué)處理的方法，其中，所述使溫差最小的步驟包括使管道陣列中的管道每單位體積上具有不同預(yù)定值的總熱交換表面積，并且所述預(yù)定值取決于管道與第一流動(dòng)通道入口的距離。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的執(zhí)行化學(xué)處理的方法，其中，所述預(yù)定值隨與入口的距離的增加而增加。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的執(zhí)行化學(xué)處理的方法，其中，所述使溫差最小的步驟包括使管道陣列中的管道每單位長度上具有不同預(yù)定值的總熱交換表面積，并且所述預(yù)定值取決于管道與第一流動(dòng)通道入口的距離。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的執(zhí)行化學(xué)處理的方法，其中，所述預(yù)定值隨與入口的距離的增加而增加。
42.根據(jù)權(quán)利要求37所述的執(zhí)行化學(xué)處理的方法，還包括在第一流動(dòng)通道的管道陣列的第二管道上游的位置處設(shè)置管道陣列的第一管道，其中，所述使溫差最小的步驟包括使第一管道中每單位體積上的總熱交換表面積比第二管道的小。
43.根據(jù)權(quán)利要求37所述的執(zhí)行化學(xué)處理的方法，還包括在第一流動(dòng)通道的管道陣列的第二管道上游的位置處設(shè)置管道陣列的第一管道，其中，所述使溫差最小的步驟包括使第一管道中每單位長度上的總熱交換表面積比第二管道的小。
44.根據(jù)權(quán)利要求37所述的執(zhí)行化學(xué)處理的方法，還包括設(shè)置絕熱水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)器的步驟，該絕熱水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)器包括水煤氣轉(zhuǎn)換催化劑床，其與第二流動(dòng)通道的出口保持流體連通。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱交換器，其包括帶有適于形成第一流動(dòng)通道的內(nèi)部通道的通路，以及帶有內(nèi)部通道的管道陣列，這些內(nèi)部通道共同形成了第二流動(dòng)通道。所述管道延伸穿過上述通路的內(nèi)部通道，并且管道陣列中第一管道每單位體積上的總熱交換表面積比該管道陣列中第二管道的小。本發(fā)明還涉及一種執(zhí)行化學(xué)處理的方法，其包括在第二流動(dòng)通道內(nèi)設(shè)置催化劑床，并且使所述第二流動(dòng)通道中流體的最高溫度和最低溫度之間的溫差最小。
文檔編號(hào)C01B3/12GK1784575SQ200480012172
公開日2006年6月7日 申請日期2004年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月6日
發(fā)明者小F·D·洛馬克斯 申請人:H2Gen創(chuàng)新公司