Uploaded byivanov1566359955
96 views

29909p

Документ описывает патент на теплообменник, предназначенный для охлаждения горячих газов с использованием охлаждающей текучей среды. Изобретение предлагает эффективные решения для снижения повреждений огнеупорных материалов и улучшения теплообмена в системах каталитического частичного окисления. Основной акцент сделан на улучшении надежности и безопасности работы установки за счет изменения конструкции теплообменника.

Embed presentation

Download to read offline
РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН (19) KZ (13) B (11) 29909 (51) F28D 7/02 (2006.01) C10G 9/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ (21) 2013/1610.1 (22) 29.12.2011 (45) 15.05.2015, бюл. №5 (31) MI 2010 A 002445 (32) 29.12.2010 (33) IT (85) 24.07.2013 (86) PCT/EP2011/074201, 29.12.2011 (72) ВИЛЬХЕЛЬМ, Альфред, Йоахим (IT); БАЗИНИ, Лука, Эудженио (IT) (73) ЭНИ С.П.А. (IT) (74) Болотов Юрий Альбертович; Кульжамбекова Сауле Даниаровна; Пастухова Ольга Васильевна; Наурузова Гульжихан Хакимовна (56) WO 2005/015105 A1, 17.02.2005 DE 1551526 A1, 02.04.1970 RU 2006108525 A, 10.07.2006 (54) ТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ГОРЯЧИХ ГАЗОВ И ТЕПЛООБМЕННАЯ СИСТЕМА (57) Настоящее изобретение относится к теплообменнику для охлаждения горячих газов посредством охлаждающей текучей среды, причем указанный теплообменник содержит: по меньшей мере, одну вертикально ориентированную емкость, содержащую ванну охлаждающей текучей среды и имеющую пространство для сбора паровой фазы, генерированной над указанной ванной охлаждающей текучей среды, по меньшей мере, один вертикальный трубчатый элемент, вставленный внутрь указанной емкости, открытый на концах и коаксиальный с указанной емкостью, по меньшей мере, один спиральный канал, который оборачивается вокруг оси емкости, вставленный в указанный коаксиальный трубчатый элемент, по меньшей мере, один выпуск для паровой фазы, генерированной в верхней части указанной емкости, причем указанный теплообменник отличается тем, что по меньшей мере одна транспортная линия вставлена в нижнюю часть вертикальной емкости для подачи горячих газов в указанную емкость, причем указанная транспортная линия открыта с двух концов, из которых один соединен с вертикальной емкостью и другой является свободным и находится снаружи указанной емкости, причем указанная транспортная линия является трубчатой и выступает вбок снаружи указанного теплообменника, причем указанная транспортная линия содержит, по меньшей мере, один центральный внутренний канал, имеющий наружную рубашку, в которой циркулирует охлаждающая текучая среда, причем указанный центральный внутренний канал находится, в сообщении по текучей среде со спиральным каналом и проходит вертикально вдоль трубчатого элемента, вставленного в вертикальную емкость. (19)KZ(13)B(11)29909
29909 2 Настоящее изобретение относится к теплообменнику с охлаждающей текучей средой для охлаждения горячего газа и одновременного производства пара. Более конкретно, оно относится к теплообменнику для охлаждения горячего газа, поступающего из процесса каталитического частичного окисления и с одновременным производством пара в отдельном потоке. Проблемой первостепенной важности в способах выработки высокотемпературного газа, является быстрое охлаждение произведенных горячих газов и последующая регенерация тепла, содержащегося в них. Установка в способе, который производит высокотемпературный газ, обычно содержит: реактор, который вырабатывает горячие газы, состоящий из огнеупорного материала транспортная линия для горячих газов по направлению к теплообменнику, причем и то и другое состоит из огнеупорного материала. Нижняя часть и трубчатая решетка теплообменника состоят из огнеупорного материала. Теплообменник обычно функционирует с водой, и во время охлаждения он вырабатывает пар. Этот пар в избытке используется как наружный для процесса теплообмена. Одна из частей, наиболее подвергающаяся повреждению во время действия этих установок, образована посредством огнеупорных зон, которые должны быть точно обозначены и реализованы. Эти зоны, во время действия, могут подвергаться разрушениям, как когда установка работает при стационарных условиях, так и также главным образом во время промежуточного запуска и периодов резкого охлаждения установки. Дефекты укладки и износа огнеупорного материала могут ускорить образование трещин во время промышленной работы, главным образом в частях, где имеется перепад теплового расширения между огнеупором и стальными частями. Это имеет место в особенности в точках, в которых произведенный горячий газ перемещается в секцию охлаждения и выработки пара. Трещины могут привести горячий газ в контакт с металлическими стенками реактора, транспортной линией и теплообменником и вызвать перегрев металлических стенок кожуха, которые функционируют при высоких давлениях. Для того, чтобы контролировать эти ситуации, металлические стенки должны быть покрыты термохромной краской, которая изменяет цвет в случае перегрева и в некоторых критических точках, она подходит, чтобы присоединить несколько «поверхностных» термопар к металлическим поверхностям для того, чтобы измерить достигнутые величины температуры. Перегрев металлических стенок может вызвать превышение допустимых температур и требовать быстрого охлаждения установки, кроме того, восстановления поврежденной огнеупорной части. Заявитель нашел инновационное техническое решение для разрешения критических аспектов, описанных выше. Техническое решение, предложенное заявителем, состоит в замене частей огнеупорного материала, присутствующей в транспортной линии, в нижней части теплообменника и в трубчатой решетке, теплообменником с циркуляцией охлаждающей текучей среды, как например, воды. Преимущества, предлагаемые настоящим изобретением, представляют собой обычно понижение вмешательств, связанных с техническим обслуживанием, повышение безопасности работы, энергетической эффективности, оперативности и надежности промышленного действия на установках. Предложенное техническое решение может быть выгодно применено в способах Частичного Каталитического Окисления, которые вырабатывают высокотемпературный синтез-газ. В этих случаях, используемая охлаждающая текучая среда может быть интегрирована во внутреннюю циркуляцию процесса или поступать из бокового потока. Патент США 7,552,701 раскрывает теплообменник, который производит перегретый пар посредством охлаждения горячего газа водой. Указанный котел представляет собой одну вертикальную емкость, имеющую впуск для горячих газов на нижней стороне части. Теплообменник содержит, по меньшей мере, два параллельных спиральных канала, составленных из вертикальной части, которая проходит вокруг оси емкости, и горизонтальной части, которая выступает вбок в нижней зоне емкости. Спиральные каналы, проходящие вдоль целой емкости и на определенную длину, погружены в ванну кипящей воды, тогда как с определенной точки по направлению вперед они проходят в верхней части емкости, в которую собирается насыщенный газ. В пространстве для сбора насыщенного газа каналы имеют рубашку, в которой циркулирует насыщенный пар, который далее охлаждает горячие газы, произведенные перегретым паром. Опускная труба вставлена по оси в вертикальную часть котла вблизи впуска для пресной воды, так чтобы обеспечить циркуляцию воды по направлению вниз в своей внутренней части. Вода циркулирует по направлению вверх снаружи опускной трубы. Спиральный канал оборачивается вокруг опускной трубы. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, теплообменник находится в сообщении по текучей среде с реактором для частичного окисления, в особенности выпуск реактора находится в сообщении по текучей среде со впуском теплообменника. Патент не указывает на присутствие огнеупорного материала в зоне впуска горячего газа теплообменника, но разумно полагать, что в объединенной системе реактор-теплообменник секция трубы, покидающей реактор, в которой протекают горячие газы, состоит из огнеупорного материала подобно остальному в реакторе. Часть соединения между реактором и теплообменником поэтому остается критической точкой с точки зрения механики, и она подвергается высоким температурам, которые могут вызвать образование трещин.
29909 3 Патент США 4 029 054 раскрывает теплообменник для охлаждения, посредством холодной текучей среды, очень горячих газов, как например, сырой синтез-газ, для того, чтобы регенерировать тепловую энергию, содержащуюся в указанных газах. Теплообменник содержит две различные камеры, отделенные посредством разделительной пластины (плоской или сферической), но соединенные друг с другом через трубы для прохода горячих газов. Нижняя камера представляет собой зону подачи горячих газов, и она покрыта огнеупорным материалом. Верхняя камера представляет собой зону охлаждения горячих газов и содержит по меньшей мере одну первичную линию для холодной текучей среды. Линии для прохода горячего газа проходят через разделительную пластину и снабжены рубашкой с холодной текучей средой, циркулирующей через вторичный контур холодной текучей среды. Указанный вторичный контур необходим, так как он является точкой, в которой газ имеет свою самую высокую температуру, это обеспечивает оптимальное охлаждение критической поверхности. Чтобы поддержать это, нижняя часть разделительной пластины состоит из огнеупорного материала. Линии для прохода горячего газа соединены с линиями для выхода, расположенными в верхней части верхней камеры посредством винтообразных охлаждающих труб, навитых вокруг центральной осевой трубы. С целью получения чрезвычайно хорошего теплообмена холодная текучая среда нагнетается, чтобы циркулировать по направлению вниз в центральную зону указанной трубы и по направлению вверх в кольцевое пространство снаружи трубы, следуя за оборотным движением для того, чтобы способствовать более эффективному теплообмену. Патент США 4 488 513 раскрывает теплообменник для охлаждения горячего газа, в особенности синтез-газа, поступающего от процессов частичного окисления, таким образом регенерируя сухое тепло и одновременно производя перегретый пар. Теплообменник содержит две расположенные одна над другой разделенные и различные зоны, соединенные одна с другой посредством ряда транспортных линий для прохода горячих газов, соответствующим образом снабженных рубашкой. Верхняя часть содержит вертикальный герметизированную емкость, цилиндрическую и замкнутую, имеющую выпуск в верхней части для перегретого пара. Эта емкость частично заполнена кипящей водой, которая образует первую охлаждающую поверхность горячих газов, в то время как верхняя часть свободна и насыщена перегретым паром, которая образует вторую охлаждающую поверхность. Пучки винтообразной трубы являются равномерными и радиально расположенными вокруг центральной оси, в которой одна спираль является восходящей и одна нисходящей. Ванна кипящей воды заполняет емкость до дна указанной емкости и соединена с подачей воды. Нижняя часть покрыта огнеупорным материалом и является зоной подачи горячего газа. В этой зоне горячий газ разделяется на ряд снабженных рубашкой труб для прохода, соединенных с пучками винтообразной трубы в верхней зоне. Рубашка труб для прохода предотвращает разрушения, связанные с высокими температурами. Патент 4 462 339 раскрывает теплообменник для охлаждения горячих газов посредством воды, как например тех, которые поступают из частичных окислений, таким образом регенерируя сухое тепло и одновременно производя насыщенный и/или перегретый пар. Теплообменник содержит две различные и разделенные части, соединенные одна с другой посредством снабженных рубашкой кольцевых проходов, в которых циркулирует вода. Нижняя часть покрыта огнеупорным материалом и образует камеру подачи горячего газа. Верхняя часть представляет собой закрытую емкость, цилиндрическую, вертикальную и герметизированную, содержащую центральную цилиндрическую камеру, закрытую со дна и открытую в верхней части, содержащую по меньшей мере один пучок винтообразной трубы, центральный выпуск в верхней части для насыщенного газа, различные пучки винтообразной трубы, которые проходят в кольцевую зону между центральной камерой и стенкой емкости. Выпуск из винтообразных труб кольцевой зоны соединен со впуском винтообразных труб центральной камеры. Вода циркулирует в кольцевой зоне, испаряясь и производя насыщенный пар. Насыщенный пар может быть перегрет в центральной камере или выпущен через выпуск, расположенный вне камеры. Зона, в которой присутствует вода, представляет собой нижнюю часть верхней вертикальной емкости и разделена на две зоны посредством горизонтальной перегородки: которая расположена между дном емкости и перегородкой, через которую проходят снабженные рубашкой трубы для прохода газа и которая под центральной камерой и над перегородкой, в которой циркулирует кипящая вода. Трубы снабжены рубашкой для того, чтобы предотвратить повреждение в связи с высокой температурой входящих газов. В варианте осуществления настоящее изобретение относится к теплообменнику для охлаждения горячих газов посредством охлаждающей текучей среды, предпочтительно воды, причем указанный теплообменник содержит: по меньшей мере одну вертикально ориентированную емкость, содержащую ванну охлаждающей текучей среды и имеющий пространство для сбора паровой фазы, генерированной над указанной ванной охлаждающей текучей среды, по меньшей мере, один вертикальный трубчатый элемент, вставленный внутрь указанной емкости, открытый на концах и коаксиальный с указанной емкостью, по меньшей мере, один спиральный канал, который оборачивается вокруг оси емкости, вставленный в указанный коаксиальный трубчатый элемент,
29909 4 по меньшей мере, один выпуск для паровой фазы, генерированной в верхней части указанной емкости, указанный теплообменник отличается тем, что по меньшей мере одна транспортная линия вставлена в нижнюю часть вертикальной емкости для подачи горячих газов в указанную емкость, причем указанная транспортная линия открыта с двух концов, из которых один соединен с вертикальной емкостью и другой является свободным и находится снаружи указанной емкости, причем указанная транспортная линия является трубчатой и выступает вбок снаружи указанного теплообменника, причем указанная транспортная линия содержит по меньшей мере один центральный внутренний канал, имеющий наружную рубашку, в которой циркулирует охлаждающая текучая среда, причем указанный центральный внутренний канал находится в сообщении по текучей среде со спиральным каналом и проходит вертикально вдоль трубчатого элемента, вставленного в вертикальную емкость. Настоящее изобретение преимущественно обеспечивает полное исключение огнеупорного материала, который покрывает транспортную линию для горячих газов и всю нижнюю часть теплообменников, используемых в способах выработки высокотемпературных газов, и, в особенности, в традиционных способах Каталитического Частичного Окисления. Единственным функционирующим блоком, в котором остается огнеупорный материал, является реакционный аппарат. Далее, механическая конфигурация настоящего изобретения обеспечивает отделение высокотемпературных газообразных продуктов от металлических стенок теплообменника, который находится под давлением, посредством по меньшей мере двух металлических каналов, каждый из которых имеет по меньшей мере один охлаждающий контур с двойной циркуляцией охлаждающей текучей среды (например, воды). С этой целью преимущественно гарантируется, что металлические стенки транспортной линии и нижней части теплообменника, все герметизированные части, никогда не превышают температуру охлаждающей текучей среды, воды, таким образом, создавая существенную пассивную безопасность. Таким образом, существенная безопасность самого теплообменного процесса повышается. Вся система является благоприятной посредством повышения производительности по пару (если вода является охлаждающей текучей средой), поскольку она повышает проходность теплообменной поверхности. В конце концов, замена части огнеупорного материала системой циркуляции охлаждающей текучей среды облегчает масштабирование по направлению к установкам больших размеров, поскольку транспортная линия для горячих газов может быть легко увеличен. Дальнейшие проблемы и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из следующего описания и приложенных чертежей, предусмотренных в целях чисто иллюстративных и не ограничительных. Фиг.1 представляет вариант осуществления теплообменника, задачи настоящего изобретения, в котором: (5) представляет собой транспортная линия для подачи горячих газов (1), (2) представляет собой центральный внутренний канал, (3 и 3а) представляет собой перегородку, вставленную в рубашку центрального внутреннего канала (2), (4) представляет собой рубашку вокруг центрального внутреннего канала (2), (6) представляет собой конический промежуток, который разделяет ванну охлаждающей текучей среды на два пространства, одно открытое по направлению к вертикальной емкости (6а) и одно открытое по направлению к транспортной линии (6b), (7) представляет собой соединительную линию, (8) представляет собой средство для циркуляции охлаждающих текучих сред, например, воды, (9) представляет собой вертикальный канал, (10) представляет собой спиральный канал, (11) представляет собой выпускную горловину для охлажденных газов, (12) представляет собой выпускную горловину для генерированной паровой фазы, например, водяного пара, (13) представляет собой вертикальный трубчатый элемент, вставленный в вертикальную емкость. Подробное описание Теплообменник, задача настоящего изобретения, имеет функцию охлаждения горячих газов посредством охлаждающей текучей среды, предпочтительно воды. Горячие газы представляют собой предпочтительно синтез-газ и предпочтительно поступают от процессов каталитического частичного окисления, в которых окислителем является кислород, и температура реакции находится в диапазоне от 500°С до 2000°С, предпочтительно от 750°С до 1600°С. Теплообменник, задача настоящего изобретения, содержит: по меньшей мере, одну вертикально ориентированную емкость, содержащую ванну охлаждающей текучей среды, предпочтительно воды, над которой имеется пространство для сбора генерированной паровой фазы, предпочтительно, водяного пара, по меньшей мере, один вертикальный трубчатый элемент, вставленный внутрь указанной емкости, причем указанный элемент открыт на концах и является коаксиальным с емкостью, по меньшей мере, один спиральный канал, который оборачивается вокруг оси емкости, вставленный в указанный коаксиальный трубчатый элемент,
29909 5 по меньшей мере один выпуск для генерированной паровой фазы в верхней части указанной емкости. Указанный теплообменник отличается тем, что по меньшей мере одна транспортная линия, горизонтальная или наклонная, вставлена в нижнюю часть вертикальной емкости для подачи горячих газов в указанную емкость. Указанная транспортная линия открыта с двух концов, из которых один соединен с вертикальной емкостью, и другой является свободным и находится снаружи указанной емкости. Указанная транспортная линия предпочтительно является трубчатой и выступает вбок снаружи теплообменника. Указанная транспортная линия содержит, по меньшей мере, один центральный внутренний канал, предпочтительно трубчатый, имеющий наружную рубашку, в которой циркулирует охлаждающая текучая среда, причем указанный центральный внутренний канал находится в сообщении по текучей среде со спиральным каналом и проходит вертикально вдоль трубчатого элемента, вставленного в вертикальную емкость. Рубашка указанного центрального канала является предпочтительно трубчатой и коаксиальной с центральным внутренним каналом. Указанная рубашка также содержит перегородку, предпочтительно трубчатую и коаксиальную с центральным каналом для того, чтобы обеспечить внутреннюю циркуляцию охлаждающей текучей среды. Указанная перегородка предпочтительно проходит по всей длине центрального внутреннего канала до верхнего конца указанного канала. Перегородка обеспечивает разделение потоков охлаждающей текучей среды: поток однофазной холодной текучей среды циркулирует от вертикальной емкости по направлению к свободному концу транспортной линии, смешанный поток горячей текучей среды, предпочтительно смешанной фазы вода-пар циркулирует по направлению к вертикальной емкости. Указанная перегородка в вертикальной части емкости образует промежуток между горячей текучей средой в смешанной фазе и однофазной холодной текучей средой, создавая перепад плотности и перепад давления, необходимый для того, чтобы обеспечить естественную циркуляцию охлаждающей текучей среды. Промежуток, предпочтительно конический, также присутствует в транспортной линии, которая разделяет ванну охлаждающей текучей среды на два пространства, из которых одно пространство открыто по направлению к вертикальной емкости, и другое открыто по направлению к свободному и открытому концу транспортной линии. Перепад давления создается между двумя пространствами, что способствует возникновению естественной циркуляции охлаждающей текучей среды. Теплообменник, задача настоящего изобретения, также содержит соединительную линию между дном вертикальной емкости и транспортной линией. По меньшей мере, одно средство для циркуляции охлаждающей текучей среды предпочтительно присутствует на указанной соединительной линии. Указанное средство представляет собой предпочтительно циркуляционный насос (принудительная циркуляция) или эжектор, питаемый циркуляционным насосом (естественная вспомогательная циркуляция). Со ссылкой на фиг.1 горячий газ (1) входит в центральный внутренний канал (2) и продолжает движение вдоль транспортной линии (5), по всему вертикальному каналу (9) и спиральному каналу (10) до выпускной горловины (11). Все каналы погружены в ванну охлаждающей текучей среды, из которой образуется внутренняя циркуляция. Указанная охлаждающая текучая среда протекает вдоль соединительной линии (7), вдоль которой может быть вставлено средство для циркуляции указанной текучей среды (8). Охлаждающая текучая среда затем входит в конический промежуток (6b) до рубашки (4) центрального канала (2), разделенной посредством перегородки (3 и 3а). Охлаждающие текучей среды внутри и снаружи перегородки протекают в одном направлении по отношению к перегородке (3). Смешанная фаза охлаждающей текучей среды смешивается с ванной охлаждающей текучей среды в вертикальном трубчатом элементе (13). Фиг.1 также иллюстрирует присутствие трубчатого элемента (13) внутри вертикальной емкости, который содержит спиральные каналы (10) и создает кольцевую зону между стенками емкости и указанными спиральными каналами. В этой кольцевой зоне создается сильная направленная вниз циркуляция однофазной охлаждающей текучей среды, которая способствует теплообмену. Пар, генерированный во время охлаждения горячих газов, собирается в верхней части вертикальной емкости и покидает горловину в верхней части (12). Дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения относится к теплообменной системе, содержащей по меньшей мере один реакционный аппарат для каталитического частичного окисления и теплообменник, описанный выше. Указанный реакционный аппарат содержит: зону подачи, содержащую по меньшей мере один проход для жидких и газообразных реагентов и окисления, зону распыления и/или испарения, содержащую по меньшей мере одно устройство для распыления и/или испарения, зону смешения поданных соединений, расположенную ниже по потоку от устройств для распыления и/или испарения, и имеющую постоянное или уменьшающееся сечение вдоль оси аппарата, реакционную зону, содержащую по меньшей мере одну каталитическую систему и по меньшей мере один тепловой экран, в котором реагенты и окислитель превращаются в горячие газы, зону быстрого охлаждения произведенных горячих газов. Теплообменник, используемый в этой теплообменной системе, отличается тем, что транспортная линия для подачи горячих газов,
29909 6 поступающих из реакционного аппарата в теплообменник, непосредственно вставлена внутрь указанного реакционного аппарата, предпочтительно в зону быстрого охлаждения реакционного аппарата. Реакционная зона предпочтительно имеет постоянное или увеличивающееся сечение вдоль оси аппарата, более предпочтительно она имеет форму цилиндра или усеченного конуса или усеченной пирамиды. Зона смешения предпочтительно имеет форму цилиндра или усеченного конуса или усеченной пирамиды. Устройство для распыления и/или испарения может быть аналогичным устройству, описанному в выданном патенте ЕР1796825, на который должна быть сделана ссылка для более конкретных подробностей, по существу состоящее из: зоны подачи, оборудованной средством, подходящим для подачи потока текучей среды, диспергированного газообразного потока и дополнительного газообразного потока, - по меньшей мере, одной двухступенчатой зоны распыления потока текучей среды с диспергированным газообразным потоком, - зоны распределения дополнительного газообразного потока, в которой - первая ступень зоны распыления, состоящая из трубчатого сердечника, через который протекает поток жидкости, снабженного соответствующим рядом сопел, расположенных на той же высоте по отношению друг к другу, и наружной рубашки, коаксиальной с указанным сердечником, через которую протекает диспергированный газообразный поток, в котором указанные сопла обеспечивают вхождение диспергированного газообразного потока в трубчатый сердечник перпендикулярно к оси указанного трубчатого сердечника, вызывая первое распыление потока жидкости, - вторая ступень зоны распыления, по существу состоящая из одного или более сопел, соединенных на дне трубчатого сердечника параллельно оси указанного трубчатого сердечника, чтобы повысить его степень распыления, - зона распределения, по существу состоящая из дополнительного газообразного потока снаружи и коаксиально с рубашкой первой ступени распыления и ряда сопел, соединенных на дне указанной дополнительной рубашки, расположенных на той же высоте по отношению друг к другу и по отношению к оси трубчатого сердечника параллельно или наклонно под углом менее, чем 40°. Устройство для смешения может быть аналогичным устройству, раскрытому в заявке на патент US08/0244974, на которую должна быть сделана ссылка для более конкретных подробностей, по существу состоящее из: - первой зоны подачи, оборудованной средством, чтобы обеспечить вхождение первой текучей среды, газообразной при рабочих условиях, в аксиальном направлении; - нижележащей зоны распределения, содержащей пучок труб, параллельных оси, внутри которых указанная текучая среда равномерно распределена; - второй зоны подачи, оборудованной средством, чтобы обеспечить вхождение второй текучей среды в зону распределения; содержащую пучок параллельных труб, и равномерное распределение снаружи указанных параллельных труб; зону смешения, отделенную от зоны распределения посредством трубчатой решетки, поддерживающей указанные параллельные трубы. Указанная трубчатая решетка, имеющая щели или отверстия для того, чтобы обеспечить равномерный выпуск второй текучей среды в зону смешения в осевом направлении, и указанные параллельные трубы, проходящие за указанную трубчатую решетку до зоны смешения. Технические преимущества, полученные посредством теплообменной системы, описанной выше, и самого теплообменника, являются следующими: уменьшение вмешательств, связанных с техническим обслуживанием, создание прочно интегрированного модуля производства горячих газов и охлаждения указанных горячих газов с выработкой пара, когда охлаждающей текучей средой является вода, возможность предварительной сборки транспортабельной системы и монтажа ее на соответствующих участках, понижая продолжительности и стоимости, в применениях, относящихся к короткому времени контакта - процесса каталитического частичного окисления (SCT-CPO), имеется возможность монтажа производящих водород реакторов, существующих параллельно с установкой SCT-CPO в точках привязки, уменьшая вмешательства на используемых участках до минимума. Вариант осуществления настоящего изобретения относится к способу каталитического частичного окисления для производства синтез-газа и водорода, начиная с реагентов, выбранных из жидких углеводородов, газообразных углеводородов и/или окисленных соединений, также полученных от биомасс и их смесей, причем указанный способ содержит: этап предварительного нагрева указанных реагентов, этап реакции реагентов с окисляющим потоком, выбранным из кислорода, воздуха или обогащенного воздуха, чтобы создать поток, содержащий синтез-газ, этап быстрого охлаждения произведенного синтез-газа, эффективно используя теплообменник, задачу настоящего изобретения. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения окислителем является кислород, и температура реакции находится в диапазоне от 500°С до 2000°С, предпочтительно от 750°С до 1600°С. Способ, задача настоящего изобретения, возможно содержит этап гидросероочистки. Указанный способ также содержит фазу конверсии
29909 7 монооксида углерода, содержащегося в синтез-газе, в диоксид углерода посредством реакции Конверсии Водяного Газа, за которой следует этап удаления указанного диоксида углерода и этап отделения и/или очистки водорода, содержащегося в продуктах реакции, после реакции Конверсии Водяного Газа. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Теплообменник для охлаждения горячих газов посредством охлаждающей текучей среды, содержащий: по меньшей мере, одну вертикально ориентированную емкость, содержащую ванну охлаждающей текучей среды и имеющую пространство для сбора паровой фазы, генерированной над указанной ванной охлаждающей текучей среды, по меньшей мере, один вертикальный трубчатый элемент, вставленный внутрь указанной емкости, открытый на концах и коаксиальный с указанной емкостью, по меньшей мере, один спиральный канал, который оборачивается вокруг оси указанной емкости, вставленный в указанный коаксиальный трубчатый элемент, по меньшей мере, один выпуск для паровой фазы, генерированной в верхней части указанной емкости, отличающийся тем, что по меньшей мере одна транспортная линия вставлена в нижнюю часть указанной вертикальной емкости для подачи горячих газов в указанную емкость, причем указанная транспортная линия открыта с двух концов, из которых один соединен с указанной вертикальной емкостью, а другой является свободным и находится снаружи указанной емкости, причем указанная транспортная линия является трубчатой и выступает вбок снаружи указанного теплообменника, причем указанная транспортная линия содержит, по меньшей мере, один центральный внутренний канал, имеющий наружную рубашку, в которой циркулирует охлаждающая текучая среда, причем указанный центральный внутренний канал находится в сообщении по текучей среде со спиральным каналом и проходит вертикально вдоль указанного трубчатого элемента, вставленного в указанную вертикальную емкость, и причем рубашка центрального внутреннего канала также содержит перегородку, чтобы обеспечить внутреннюю циркуляцию охлаждающей текучей среды, и причем указанная перегородка, содержащаяся в рубашке, проходит по всей длине центрального внутреннего канала до верхнего конца указанного канала. 2. Теплообменник по п.1, в котором транспортная линия также содержит промежуток конической формы, который разделяет водяную ванну на два пространства, одно пространство открыто по направлению к вертикальной емкости, и одно пространство открыто по направлению к свободному и открытому концу указанной транспортной линии. 3. Теплообменник по п.1, в котором указанная транспортная линия является горизонтальной или наклонной. 4. Теплообменник по п.1, который также содержит соединительную линию между дном вертикальной емкости и транспортной линией. 5. Теплообменник по п.4, в котором, по меньшей мере, одно средство для циркуляции охлаждающей текучей среды присутствует на соединительной линии. 6. Теплообменник по п.п.4 и 5, в котором средство для циркуляции охлаждающей текучей среды представляет собой циркуляционный насос или эжектор, питаемый циркуляционным насосем. 7. Теплообменник по п.1, в котором центральный внутренний канал является трубчатым. 8. Теплообменник по п.1, в котором рубашка является трубчатой и коаксиальной с центральным внутренним каналом. 9. Теплообменник по п.1, в котором перегородка является трубчатой и коаксиальной с центральным внутренним каналом. 10. Теплообменник по п.п.1-9, в котором охлаждающей текучей средой является вода. 11. Теплообменник по п.п.1-9, в котором горячим газом является синтез-газ. 12. Теплообменная система, содержащая, по меньшей мере, один реакционный аппарат для каталитического частичного окисления и теплообменник по п.1, причем указанный реакционный аппарат содержит: зону подачи, содержащую по меньшей мере один проход для реагентов и окислителя, зону распыления и/или испарения, содержащую по меньшей мере одно устройство для распыления и/или испарения, зону смешения поданных соединений, расположенную ниже по потоку от устройства для распыления и/или испарения, и имеющую постоянное или уменьшающееся сечение вдоль оси аппарата, реакционную зону, содержащую, по меньшей мере, одну каталитическую систему и по меньшей мере один тепловой экран, в которой реагенты и окислитель превращаются в горячие газы, зону быстрого охлаждения произведенных горячих газов, причем указанный теплообменник отличается тем, что указанная транспортная линия для подачи в теплообменник указанных горячих газов, поступающих из реакционного аппарата в теплообменник, непосредственно вставлена внутрь указанного реакционного аппарата. 13. Теплообменная система по п.12, в которой реакционная зона имеет постоянное или увеличивающееся сечение вдоль оси реакционного аппарата. 14. Теплообменная система по п.12, в которой транспортная линия горячих газов вставлена в зону быстрого охлаждения реакционного оборудования.
29909 8 15. Теплообменная система по п.12, в которой зона смешения имеет форму цилиндра или усеченного конуса. 16. Теплообменная система по п.12, в которой реакционная зона имеет форму цилиндра или усеченного конуса или усеченной пирамиды. 17. Способ каталитического частичного окисления для производства синтез-газа и водорода, начиная с реагентов, выбранных из жидких углеводородов, газообразных углеводородов и/или окисленных соединений, также полученных от биомасс, и их смесей, содержащий этапы, на которых: предварительно нагревают указанные реагенты, обеспечивают реакцию реагентов с окисляющим потоком, выбранным из кислорода, воздуха или обогащенного воздуха, чтобы создать поток, содержащий синтез-газ, быстро охлаждают синтез-газ, отличающийся тем, что быстрое охлаждение синтез-газа осуществляют с использованием теплообменника по п.п.1-11. 18. Способ по п.17, в котором окислителем является кислород, и температура реакции находится в диапазоне от 500°С до 2000°С. 19. Способ по п.18, в котором температура реакции находится в диапазоне от 750°С до 1600°С. Верстка А. Сарсекеева Корректор К. Нгметжанова

More Related Content

PDF
29794p
byivanov15666688
 
PDF
7228
byivanov1566359955
 
PDF
13
byИван Иванов
 
PDF
Патент на полезную модель Республики Беларусь
byИван Иванов
 
PDF
28477ip
byivanov156w2w221q
 
PDF
28960p
byivanov1edw2
 
PDF
6763
byivanov156w2w221q
 
PDF
28629p
byivanov1edw2332
 
29794p
byivanov15666688
 
7228
byivanov1566359955
 
13
byИван Иванов
 
Патент на полезную модель Республики Беларусь
byИван Иванов
 
28477ip
byivanov156w2w221q
 
28960p
byivanov1edw2
 
6763
byivanov156w2w221q
 
28629p
byivanov1edw2332
 

What's hot

PDF
4
byИван Иванов
 
PDF
10715
byivanov156635995534
 
PDF
6846
byivanov1566334322
 
PDF
6298
byИван Иванов
 
PDF
10730
byivanov156635995534
 
PDF
6687
byivanov156w2w221q
 
PDF
Патент на полезную модель Республики Беларусь
byИван Иванов
 
PDF
29337p
byivanov156635995534
 
PDF
10335
byivanov15666688
 
PDF
6899
byivanov1566334322
 
PDF
6319
byИван Иванов
 
PDF
7164
byivanov156633595
 
PDF
28594ip
byivanov156w2w221q
 
PDF
7212
byivanov1566359955
 
DOCX
Технологическая схема производства аммиака
byerlond
 
PDF
Патент на полезную модель Республики Беларусь
byИван Иванов
 
PDF
Патент на полезную модель Республики Беларусь
byivanov156w2w221q
 
PDF
7341
byivanov1566359955
 
PDF
28604ip
byivanov1edw2332
 
PDF
6647
byivanov156w2w221q
 
4
byИван Иванов
 
10715
byivanov156635995534
 
6846
byivanov1566334322
 
6298
byИван Иванов
 
10730
byivanov156635995534
 
6687
byivanov156w2w221q
 
Патент на полезную модель Республики Беларусь
byИван Иванов
 
29337p
byivanov156635995534
 
10335
byivanov15666688
 
6899
byivanov1566334322
 
6319
byИван Иванов
 
7164
byivanov156633595
 
28594ip
byivanov156w2w221q
 
7212
byivanov1566359955
 
Технологическая схема производства аммиака
byerlond
 
Патент на полезную модель Республики Беларусь
byИван Иванов
 
Патент на полезную модель Республики Беларусь
byivanov156w2w221q
 
7341
byivanov1566359955
 
28604ip
byivanov1edw2332
 
6647
byivanov156w2w221q
 

Similar to 29909p

PDF
28989ip
byivanov1edw2
 
PDF
6821
byivanov1566334322
 
PDF
2_Физ_Основы получения холода.pdf
bySweetVelvet
 
PDF
12
byИван Иванов
 
PDF
28486ip
byivanov156w2w221q
 
PDF
28945ip
byivanov1edw2
 
PDF
10287
byivanov15666688
 
PDF
28844ip
byivanov1edw2
 
PDF
6995
byivanov156633595
 
PDF
29308ip
byivanov156635995534
 
PDF
30000ip
byivanov1566359955
 
PDF
28768p
byivanov1edw2332
 
PDF
28959r
byivanov1edw2
 
PPTX
Введение в специальность
byPolin Ermolaeva
 
PDF
10663
byivanov156635995534
 
PDF
28684ip
byivanov1edw2332
 
PDF
29678p
byivanov15666688
 
PDF
«Применение абсорбционных термотрансформаторов в энергетических технологиях»
byBDA
 
PDF
29721ip
byivanov15666688
 
PDF
28754p
byivanov1edw2332
 
28989ip
byivanov1edw2
 
6821
byivanov1566334322
 
2_Физ_Основы получения холода.pdf
bySweetVelvet
 
12
byИван Иванов
 
28486ip
byivanov156w2w221q
 
28945ip
byivanov1edw2
 
10287
byivanov15666688
 
28844ip
byivanov1edw2
 
6995
byivanov156633595
 
29308ip
byivanov156635995534
 
30000ip
byivanov1566359955
 
28768p
byivanov1edw2332
 
28959r
byivanov1edw2
 
Введение в специальность
byPolin Ermolaeva
 
10663
byivanov156635995534
 
28684ip
byivanov1edw2332
 
29678p
byivanov15666688
 
«Применение абсорбционных термотрансформаторов в энергетических технологиях»
byBDA
 
29721ip
byivanov15666688
 
28754p
byivanov1edw2332
 

More from ivanov1566359955

PDF
7365
byivanov1566359955
 
PDF
7364
byivanov1566359955
 
PDF
7363
byivanov1566359955
 
PDF
7362
byivanov1566359955
 
PDF
7361
byivanov1566359955
 
PDF
7360
byivanov1566359955
 
PDF
7359
byivanov1566359955
 
PDF
7358
byivanov1566359955
 
PDF
7357
byivanov1566359955
 
PDF
7356
byivanov1566359955
 
PDF
7355
byivanov1566359955
 
PDF
7354
byivanov1566359955
 
PDF
7353
byivanov1566359955
 
PDF
7352
byivanov1566359955
 
PDF
7351
byivanov1566359955
 
PDF
7350
byivanov1566359955
 
PDF
7349
byivanov1566359955
 
PDF
7348
byivanov1566359955
 
PDF
7347
byivanov1566359955
 
PDF
7346
byivanov1566359955
 
7365
byivanov1566359955
 
7364
byivanov1566359955
 
7363
byivanov1566359955
 
7362
byivanov1566359955
 
7361
byivanov1566359955
 
7360
byivanov1566359955
 
7359
byivanov1566359955
 
7358
byivanov1566359955
 
7357
byivanov1566359955
 
7356
byivanov1566359955
 
7355
byivanov1566359955
 
7354
byivanov1566359955
 
7353
byivanov1566359955
 
7352
byivanov1566359955
 
7351
byivanov1566359955
 
7350
byivanov1566359955
 
7349
byivanov1566359955
 
7348
byivanov1566359955
 
7347
byivanov1566359955
 
7346
byivanov1566359955
 

29909p

  • 1.
    РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН (19) KZ(13) B (11) 29909 (51) F28D 7/02 (2006.01) C10G 9/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ (21) 2013/1610.1 (22) 29.12.2011 (45) 15.05.2015, бюл. №5 (31) MI 2010 A 002445 (32) 29.12.2010 (33) IT (85) 24.07.2013 (86) PCT/EP2011/074201, 29.12.2011 (72) ВИЛЬХЕЛЬМ, Альфред, Йоахим (IT); БАЗИНИ, Лука, Эудженио (IT) (73) ЭНИ С.П.А. (IT) (74) Болотов Юрий Альбертович; Кульжамбекова Сауле Даниаровна; Пастухова Ольга Васильевна; Наурузова Гульжихан Хакимовна (56) WO 2005/015105 A1, 17.02.2005 DE 1551526 A1, 02.04.1970 RU 2006108525 A, 10.07.2006 (54) ТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ГОРЯЧИХ ГАЗОВ И ТЕПЛООБМЕННАЯ СИСТЕМА (57) Настоящее изобретение относится к теплообменнику для охлаждения горячих газов посредством охлаждающей текучей среды, причем указанный теплообменник содержит: по меньшей мере, одну вертикально ориентированную емкость, содержащую ванну охлаждающей текучей среды и имеющую пространство для сбора паровой фазы, генерированной над указанной ванной охлаждающей текучей среды, по меньшей мере, один вертикальный трубчатый элемент, вставленный внутрь указанной емкости, открытый на концах и коаксиальный с указанной емкостью, по меньшей мере, один спиральный канал, который оборачивается вокруг оси емкости, вставленный в указанный коаксиальный трубчатый элемент, по меньшей мере, один выпуск для паровой фазы, генерированной в верхней части указанной емкости, причем указанный теплообменник отличается тем, что по меньшей мере одна транспортная линия вставлена в нижнюю часть вертикальной емкости для подачи горячих газов в указанную емкость, причем указанная транспортная линия открыта с двух концов, из которых один соединен с вертикальной емкостью и другой является свободным и находится снаружи указанной емкости, причем указанная транспортная линия является трубчатой и выступает вбок снаружи указанного теплообменника, причем указанная транспортная линия содержит, по меньшей мере, один центральный внутренний канал, имеющий наружную рубашку, в которой циркулирует охлаждающая текучая среда, причем указанный центральный внутренний канал находится, в сообщении по текучей среде со спиральным каналом и проходит вертикально вдоль трубчатого элемента, вставленного в вертикальную емкость. (19)KZ(13)B(11)29909
  • 2.
    29909 2 Настоящее изобретение относитсяк теплообменнику с охлаждающей текучей средой для охлаждения горячего газа и одновременного производства пара. Более конкретно, оно относится к теплообменнику для охлаждения горячего газа, поступающего из процесса каталитического частичного окисления и с одновременным производством пара в отдельном потоке. Проблемой первостепенной важности в способах выработки высокотемпературного газа, является быстрое охлаждение произведенных горячих газов и последующая регенерация тепла, содержащегося в них. Установка в способе, который производит высокотемпературный газ, обычно содержит: реактор, который вырабатывает горячие газы, состоящий из огнеупорного материала транспортная линия для горячих газов по направлению к теплообменнику, причем и то и другое состоит из огнеупорного материала. Нижняя часть и трубчатая решетка теплообменника состоят из огнеупорного материала. Теплообменник обычно функционирует с водой, и во время охлаждения он вырабатывает пар. Этот пар в избытке используется как наружный для процесса теплообмена. Одна из частей, наиболее подвергающаяся повреждению во время действия этих установок, образована посредством огнеупорных зон, которые должны быть точно обозначены и реализованы. Эти зоны, во время действия, могут подвергаться разрушениям, как когда установка работает при стационарных условиях, так и также главным образом во время промежуточного запуска и периодов резкого охлаждения установки. Дефекты укладки и износа огнеупорного материала могут ускорить образование трещин во время промышленной работы, главным образом в частях, где имеется перепад теплового расширения между огнеупором и стальными частями. Это имеет место в особенности в точках, в которых произведенный горячий газ перемещается в секцию охлаждения и выработки пара. Трещины могут привести горячий газ в контакт с металлическими стенками реактора, транспортной линией и теплообменником и вызвать перегрев металлических стенок кожуха, которые функционируют при высоких давлениях. Для того, чтобы контролировать эти ситуации, металлические стенки должны быть покрыты термохромной краской, которая изменяет цвет в случае перегрева и в некоторых критических точках, она подходит, чтобы присоединить несколько «поверхностных» термопар к металлическим поверхностям для того, чтобы измерить достигнутые величины температуры. Перегрев металлических стенок может вызвать превышение допустимых температур и требовать быстрого охлаждения установки, кроме того, восстановления поврежденной огнеупорной части. Заявитель нашел инновационное техническое решение для разрешения критических аспектов, описанных выше. Техническое решение, предложенное заявителем, состоит в замене частей огнеупорного материала, присутствующей в транспортной линии, в нижней части теплообменника и в трубчатой решетке, теплообменником с циркуляцией охлаждающей текучей среды, как например, воды. Преимущества, предлагаемые настоящим изобретением, представляют собой обычно понижение вмешательств, связанных с техническим обслуживанием, повышение безопасности работы, энергетической эффективности, оперативности и надежности промышленного действия на установках. Предложенное техническое решение может быть выгодно применено в способах Частичного Каталитического Окисления, которые вырабатывают высокотемпературный синтез-газ. В этих случаях, используемая охлаждающая текучая среда может быть интегрирована во внутреннюю циркуляцию процесса или поступать из бокового потока. Патент США 7,552,701 раскрывает теплообменник, который производит перегретый пар посредством охлаждения горячего газа водой. Указанный котел представляет собой одну вертикальную емкость, имеющую впуск для горячих газов на нижней стороне части. Теплообменник содержит, по меньшей мере, два параллельных спиральных канала, составленных из вертикальной части, которая проходит вокруг оси емкости, и горизонтальной части, которая выступает вбок в нижней зоне емкости. Спиральные каналы, проходящие вдоль целой емкости и на определенную длину, погружены в ванну кипящей воды, тогда как с определенной точки по направлению вперед они проходят в верхней части емкости, в которую собирается насыщенный газ. В пространстве для сбора насыщенного газа каналы имеют рубашку, в которой циркулирует насыщенный пар, который далее охлаждает горячие газы, произведенные перегретым паром. Опускная труба вставлена по оси в вертикальную часть котла вблизи впуска для пресной воды, так чтобы обеспечить циркуляцию воды по направлению вниз в своей внутренней части. Вода циркулирует по направлению вверх снаружи опускной трубы. Спиральный канал оборачивается вокруг опускной трубы. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, теплообменник находится в сообщении по текучей среде с реактором для частичного окисления, в особенности выпуск реактора находится в сообщении по текучей среде со впуском теплообменника. Патент не указывает на присутствие огнеупорного материала в зоне впуска горячего газа теплообменника, но разумно полагать, что в объединенной системе реактор-теплообменник секция трубы, покидающей реактор, в которой протекают горячие газы, состоит из огнеупорного материала подобно остальному в реакторе. Часть соединения между реактором и теплообменником поэтому остается критической точкой с точки зрения механики, и она подвергается высоким температурам, которые могут вызвать образование трещин.
  • 3.
    29909 3 Патент США 4029 054 раскрывает теплообменник для охлаждения, посредством холодной текучей среды, очень горячих газов, как например, сырой синтез-газ, для того, чтобы регенерировать тепловую энергию, содержащуюся в указанных газах. Теплообменник содержит две различные камеры, отделенные посредством разделительной пластины (плоской или сферической), но соединенные друг с другом через трубы для прохода горячих газов. Нижняя камера представляет собой зону подачи горячих газов, и она покрыта огнеупорным материалом. Верхняя камера представляет собой зону охлаждения горячих газов и содержит по меньшей мере одну первичную линию для холодной текучей среды. Линии для прохода горячего газа проходят через разделительную пластину и снабжены рубашкой с холодной текучей средой, циркулирующей через вторичный контур холодной текучей среды. Указанный вторичный контур необходим, так как он является точкой, в которой газ имеет свою самую высокую температуру, это обеспечивает оптимальное охлаждение критической поверхности. Чтобы поддержать это, нижняя часть разделительной пластины состоит из огнеупорного материала. Линии для прохода горячего газа соединены с линиями для выхода, расположенными в верхней части верхней камеры посредством винтообразных охлаждающих труб, навитых вокруг центральной осевой трубы. С целью получения чрезвычайно хорошего теплообмена холодная текучая среда нагнетается, чтобы циркулировать по направлению вниз в центральную зону указанной трубы и по направлению вверх в кольцевое пространство снаружи трубы, следуя за оборотным движением для того, чтобы способствовать более эффективному теплообмену. Патент США 4 488 513 раскрывает теплообменник для охлаждения горячего газа, в особенности синтез-газа, поступающего от процессов частичного окисления, таким образом регенерируя сухое тепло и одновременно производя перегретый пар. Теплообменник содержит две расположенные одна над другой разделенные и различные зоны, соединенные одна с другой посредством ряда транспортных линий для прохода горячих газов, соответствующим образом снабженных рубашкой. Верхняя часть содержит вертикальный герметизированную емкость, цилиндрическую и замкнутую, имеющую выпуск в верхней части для перегретого пара. Эта емкость частично заполнена кипящей водой, которая образует первую охлаждающую поверхность горячих газов, в то время как верхняя часть свободна и насыщена перегретым паром, которая образует вторую охлаждающую поверхность. Пучки винтообразной трубы являются равномерными и радиально расположенными вокруг центральной оси, в которой одна спираль является восходящей и одна нисходящей. Ванна кипящей воды заполняет емкость до дна указанной емкости и соединена с подачей воды. Нижняя часть покрыта огнеупорным материалом и является зоной подачи горячего газа. В этой зоне горячий газ разделяется на ряд снабженных рубашкой труб для прохода, соединенных с пучками винтообразной трубы в верхней зоне. Рубашка труб для прохода предотвращает разрушения, связанные с высокими температурами. Патент 4 462 339 раскрывает теплообменник для охлаждения горячих газов посредством воды, как например тех, которые поступают из частичных окислений, таким образом регенерируя сухое тепло и одновременно производя насыщенный и/или перегретый пар. Теплообменник содержит две различные и разделенные части, соединенные одна с другой посредством снабженных рубашкой кольцевых проходов, в которых циркулирует вода. Нижняя часть покрыта огнеупорным материалом и образует камеру подачи горячего газа. Верхняя часть представляет собой закрытую емкость, цилиндрическую, вертикальную и герметизированную, содержащую центральную цилиндрическую камеру, закрытую со дна и открытую в верхней части, содержащую по меньшей мере один пучок винтообразной трубы, центральный выпуск в верхней части для насыщенного газа, различные пучки винтообразной трубы, которые проходят в кольцевую зону между центральной камерой и стенкой емкости. Выпуск из винтообразных труб кольцевой зоны соединен со впуском винтообразных труб центральной камеры. Вода циркулирует в кольцевой зоне, испаряясь и производя насыщенный пар. Насыщенный пар может быть перегрет в центральной камере или выпущен через выпуск, расположенный вне камеры. Зона, в которой присутствует вода, представляет собой нижнюю часть верхней вертикальной емкости и разделена на две зоны посредством горизонтальной перегородки: которая расположена между дном емкости и перегородкой, через которую проходят снабженные рубашкой трубы для прохода газа и которая под центральной камерой и над перегородкой, в которой циркулирует кипящая вода. Трубы снабжены рубашкой для того, чтобы предотвратить повреждение в связи с высокой температурой входящих газов. В варианте осуществления настоящее изобретение относится к теплообменнику для охлаждения горячих газов посредством охлаждающей текучей среды, предпочтительно воды, причем указанный теплообменник содержит: по меньшей мере одну вертикально ориентированную емкость, содержащую ванну охлаждающей текучей среды и имеющий пространство для сбора паровой фазы, генерированной над указанной ванной охлаждающей текучей среды, по меньшей мере, один вертикальный трубчатый элемент, вставленный внутрь указанной емкости, открытый на концах и коаксиальный с указанной емкостью, по меньшей мере, один спиральный канал, который оборачивается вокруг оси емкости, вставленный в указанный коаксиальный трубчатый элемент,
  • 4.
    29909 4 по меньшей мере,один выпуск для паровой фазы, генерированной в верхней части указанной емкости, указанный теплообменник отличается тем, что по меньшей мере одна транспортная линия вставлена в нижнюю часть вертикальной емкости для подачи горячих газов в указанную емкость, причем указанная транспортная линия открыта с двух концов, из которых один соединен с вертикальной емкостью и другой является свободным и находится снаружи указанной емкости, причем указанная транспортная линия является трубчатой и выступает вбок снаружи указанного теплообменника, причем указанная транспортная линия содержит по меньшей мере один центральный внутренний канал, имеющий наружную рубашку, в которой циркулирует охлаждающая текучая среда, причем указанный центральный внутренний канал находится в сообщении по текучей среде со спиральным каналом и проходит вертикально вдоль трубчатого элемента, вставленного в вертикальную емкость. Настоящее изобретение преимущественно обеспечивает полное исключение огнеупорного материала, который покрывает транспортную линию для горячих газов и всю нижнюю часть теплообменников, используемых в способах выработки высокотемпературных газов, и, в особенности, в традиционных способах Каталитического Частичного Окисления. Единственным функционирующим блоком, в котором остается огнеупорный материал, является реакционный аппарат. Далее, механическая конфигурация настоящего изобретения обеспечивает отделение высокотемпературных газообразных продуктов от металлических стенок теплообменника, который находится под давлением, посредством по меньшей мере двух металлических каналов, каждый из которых имеет по меньшей мере один охлаждающий контур с двойной циркуляцией охлаждающей текучей среды (например, воды). С этой целью преимущественно гарантируется, что металлические стенки транспортной линии и нижней части теплообменника, все герметизированные части, никогда не превышают температуру охлаждающей текучей среды, воды, таким образом, создавая существенную пассивную безопасность. Таким образом, существенная безопасность самого теплообменного процесса повышается. Вся система является благоприятной посредством повышения производительности по пару (если вода является охлаждающей текучей средой), поскольку она повышает проходность теплообменной поверхности. В конце концов, замена части огнеупорного материала системой циркуляции охлаждающей текучей среды облегчает масштабирование по направлению к установкам больших размеров, поскольку транспортная линия для горячих газов может быть легко увеличен. Дальнейшие проблемы и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из следующего описания и приложенных чертежей, предусмотренных в целях чисто иллюстративных и не ограничительных. Фиг.1 представляет вариант осуществления теплообменника, задачи настоящего изобретения, в котором: (5) представляет собой транспортная линия для подачи горячих газов (1), (2) представляет собой центральный внутренний канал, (3 и 3а) представляет собой перегородку, вставленную в рубашку центрального внутреннего канала (2), (4) представляет собой рубашку вокруг центрального внутреннего канала (2), (6) представляет собой конический промежуток, который разделяет ванну охлаждающей текучей среды на два пространства, одно открытое по направлению к вертикальной емкости (6а) и одно открытое по направлению к транспортной линии (6b), (7) представляет собой соединительную линию, (8) представляет собой средство для циркуляции охлаждающих текучих сред, например, воды, (9) представляет собой вертикальный канал, (10) представляет собой спиральный канал, (11) представляет собой выпускную горловину для охлажденных газов, (12) представляет собой выпускную горловину для генерированной паровой фазы, например, водяного пара, (13) представляет собой вертикальный трубчатый элемент, вставленный в вертикальную емкость. Подробное описание Теплообменник, задача настоящего изобретения, имеет функцию охлаждения горячих газов посредством охлаждающей текучей среды, предпочтительно воды. Горячие газы представляют собой предпочтительно синтез-газ и предпочтительно поступают от процессов каталитического частичного окисления, в которых окислителем является кислород, и температура реакции находится в диапазоне от 500°С до 2000°С, предпочтительно от 750°С до 1600°С. Теплообменник, задача настоящего изобретения, содержит: по меньшей мере, одну вертикально ориентированную емкость, содержащую ванну охлаждающей текучей среды, предпочтительно воды, над которой имеется пространство для сбора генерированной паровой фазы, предпочтительно, водяного пара, по меньшей мере, один вертикальный трубчатый элемент, вставленный внутрь указанной емкости, причем указанный элемент открыт на концах и является коаксиальным с емкостью, по меньшей мере, один спиральный канал, который оборачивается вокруг оси емкости, вставленный в указанный коаксиальный трубчатый элемент,
  • 5.
    29909 5 по меньшей мереодин выпуск для генерированной паровой фазы в верхней части указанной емкости. Указанный теплообменник отличается тем, что по меньшей мере одна транспортная линия, горизонтальная или наклонная, вставлена в нижнюю часть вертикальной емкости для подачи горячих газов в указанную емкость. Указанная транспортная линия открыта с двух концов, из которых один соединен с вертикальной емкостью, и другой является свободным и находится снаружи указанной емкости. Указанная транспортная линия предпочтительно является трубчатой и выступает вбок снаружи теплообменника. Указанная транспортная линия содержит, по меньшей мере, один центральный внутренний канал, предпочтительно трубчатый, имеющий наружную рубашку, в которой циркулирует охлаждающая текучая среда, причем указанный центральный внутренний канал находится в сообщении по текучей среде со спиральным каналом и проходит вертикально вдоль трубчатого элемента, вставленного в вертикальную емкость. Рубашка указанного центрального канала является предпочтительно трубчатой и коаксиальной с центральным внутренним каналом. Указанная рубашка также содержит перегородку, предпочтительно трубчатую и коаксиальную с центральным каналом для того, чтобы обеспечить внутреннюю циркуляцию охлаждающей текучей среды. Указанная перегородка предпочтительно проходит по всей длине центрального внутреннего канала до верхнего конца указанного канала. Перегородка обеспечивает разделение потоков охлаждающей текучей среды: поток однофазной холодной текучей среды циркулирует от вертикальной емкости по направлению к свободному концу транспортной линии, смешанный поток горячей текучей среды, предпочтительно смешанной фазы вода-пар циркулирует по направлению к вертикальной емкости. Указанная перегородка в вертикальной части емкости образует промежуток между горячей текучей средой в смешанной фазе и однофазной холодной текучей средой, создавая перепад плотности и перепад давления, необходимый для того, чтобы обеспечить естественную циркуляцию охлаждающей текучей среды. Промежуток, предпочтительно конический, также присутствует в транспортной линии, которая разделяет ванну охлаждающей текучей среды на два пространства, из которых одно пространство открыто по направлению к вертикальной емкости, и другое открыто по направлению к свободному и открытому концу транспортной линии. Перепад давления создается между двумя пространствами, что способствует возникновению естественной циркуляции охлаждающей текучей среды. Теплообменник, задача настоящего изобретения, также содержит соединительную линию между дном вертикальной емкости и транспортной линией. По меньшей мере, одно средство для циркуляции охлаждающей текучей среды предпочтительно присутствует на указанной соединительной линии. Указанное средство представляет собой предпочтительно циркуляционный насос (принудительная циркуляция) или эжектор, питаемый циркуляционным насосом (естественная вспомогательная циркуляция). Со ссылкой на фиг.1 горячий газ (1) входит в центральный внутренний канал (2) и продолжает движение вдоль транспортной линии (5), по всему вертикальному каналу (9) и спиральному каналу (10) до выпускной горловины (11). Все каналы погружены в ванну охлаждающей текучей среды, из которой образуется внутренняя циркуляция. Указанная охлаждающая текучая среда протекает вдоль соединительной линии (7), вдоль которой может быть вставлено средство для циркуляции указанной текучей среды (8). Охлаждающая текучая среда затем входит в конический промежуток (6b) до рубашки (4) центрального канала (2), разделенной посредством перегородки (3 и 3а). Охлаждающие текучей среды внутри и снаружи перегородки протекают в одном направлении по отношению к перегородке (3). Смешанная фаза охлаждающей текучей среды смешивается с ванной охлаждающей текучей среды в вертикальном трубчатом элементе (13). Фиг.1 также иллюстрирует присутствие трубчатого элемента (13) внутри вертикальной емкости, который содержит спиральные каналы (10) и создает кольцевую зону между стенками емкости и указанными спиральными каналами. В этой кольцевой зоне создается сильная направленная вниз циркуляция однофазной охлаждающей текучей среды, которая способствует теплообмену. Пар, генерированный во время охлаждения горячих газов, собирается в верхней части вертикальной емкости и покидает горловину в верхней части (12). Дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения относится к теплообменной системе, содержащей по меньшей мере один реакционный аппарат для каталитического частичного окисления и теплообменник, описанный выше. Указанный реакционный аппарат содержит: зону подачи, содержащую по меньшей мере один проход для жидких и газообразных реагентов и окисления, зону распыления и/или испарения, содержащую по меньшей мере одно устройство для распыления и/или испарения, зону смешения поданных соединений, расположенную ниже по потоку от устройств для распыления и/или испарения, и имеющую постоянное или уменьшающееся сечение вдоль оси аппарата, реакционную зону, содержащую по меньшей мере одну каталитическую систему и по меньшей мере один тепловой экран, в котором реагенты и окислитель превращаются в горячие газы, зону быстрого охлаждения произведенных горячих газов. Теплообменник, используемый в этой теплообменной системе, отличается тем, что транспортная линия для подачи горячих газов,
  • 6.
    29909 6 поступающих из реакционногоаппарата в теплообменник, непосредственно вставлена внутрь указанного реакционного аппарата, предпочтительно в зону быстрого охлаждения реакционного аппарата. Реакционная зона предпочтительно имеет постоянное или увеличивающееся сечение вдоль оси аппарата, более предпочтительно она имеет форму цилиндра или усеченного конуса или усеченной пирамиды. Зона смешения предпочтительно имеет форму цилиндра или усеченного конуса или усеченной пирамиды. Устройство для распыления и/или испарения может быть аналогичным устройству, описанному в выданном патенте ЕР1796825, на который должна быть сделана ссылка для более конкретных подробностей, по существу состоящее из: зоны подачи, оборудованной средством, подходящим для подачи потока текучей среды, диспергированного газообразного потока и дополнительного газообразного потока, - по меньшей мере, одной двухступенчатой зоны распыления потока текучей среды с диспергированным газообразным потоком, - зоны распределения дополнительного газообразного потока, в которой - первая ступень зоны распыления, состоящая из трубчатого сердечника, через который протекает поток жидкости, снабженного соответствующим рядом сопел, расположенных на той же высоте по отношению друг к другу, и наружной рубашки, коаксиальной с указанным сердечником, через которую протекает диспергированный газообразный поток, в котором указанные сопла обеспечивают вхождение диспергированного газообразного потока в трубчатый сердечник перпендикулярно к оси указанного трубчатого сердечника, вызывая первое распыление потока жидкости, - вторая ступень зоны распыления, по существу состоящая из одного или более сопел, соединенных на дне трубчатого сердечника параллельно оси указанного трубчатого сердечника, чтобы повысить его степень распыления, - зона распределения, по существу состоящая из дополнительного газообразного потока снаружи и коаксиально с рубашкой первой ступени распыления и ряда сопел, соединенных на дне указанной дополнительной рубашки, расположенных на той же высоте по отношению друг к другу и по отношению к оси трубчатого сердечника параллельно или наклонно под углом менее, чем 40°. Устройство для смешения может быть аналогичным устройству, раскрытому в заявке на патент US08/0244974, на которую должна быть сделана ссылка для более конкретных подробностей, по существу состоящее из: - первой зоны подачи, оборудованной средством, чтобы обеспечить вхождение первой текучей среды, газообразной при рабочих условиях, в аксиальном направлении; - нижележащей зоны распределения, содержащей пучок труб, параллельных оси, внутри которых указанная текучая среда равномерно распределена; - второй зоны подачи, оборудованной средством, чтобы обеспечить вхождение второй текучей среды в зону распределения; содержащую пучок параллельных труб, и равномерное распределение снаружи указанных параллельных труб; зону смешения, отделенную от зоны распределения посредством трубчатой решетки, поддерживающей указанные параллельные трубы. Указанная трубчатая решетка, имеющая щели или отверстия для того, чтобы обеспечить равномерный выпуск второй текучей среды в зону смешения в осевом направлении, и указанные параллельные трубы, проходящие за указанную трубчатую решетку до зоны смешения. Технические преимущества, полученные посредством теплообменной системы, описанной выше, и самого теплообменника, являются следующими: уменьшение вмешательств, связанных с техническим обслуживанием, создание прочно интегрированного модуля производства горячих газов и охлаждения указанных горячих газов с выработкой пара, когда охлаждающей текучей средой является вода, возможность предварительной сборки транспортабельной системы и монтажа ее на соответствующих участках, понижая продолжительности и стоимости, в применениях, относящихся к короткому времени контакта - процесса каталитического частичного окисления (SCT-CPO), имеется возможность монтажа производящих водород реакторов, существующих параллельно с установкой SCT-CPO в точках привязки, уменьшая вмешательства на используемых участках до минимума. Вариант осуществления настоящего изобретения относится к способу каталитического частичного окисления для производства синтез-газа и водорода, начиная с реагентов, выбранных из жидких углеводородов, газообразных углеводородов и/или окисленных соединений, также полученных от биомасс и их смесей, причем указанный способ содержит: этап предварительного нагрева указанных реагентов, этап реакции реагентов с окисляющим потоком, выбранным из кислорода, воздуха или обогащенного воздуха, чтобы создать поток, содержащий синтез-газ, этап быстрого охлаждения произведенного синтез-газа, эффективно используя теплообменник, задачу настоящего изобретения. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения окислителем является кислород, и температура реакции находится в диапазоне от 500°С до 2000°С, предпочтительно от 750°С до 1600°С. Способ, задача настоящего изобретения, возможно содержит этап гидросероочистки. Указанный способ также содержит фазу конверсии
  • 7.
    29909 7 монооксида углерода, содержащегосяв синтез-газе, в диоксид углерода посредством реакции Конверсии Водяного Газа, за которой следует этап удаления указанного диоксида углерода и этап отделения и/или очистки водорода, содержащегося в продуктах реакции, после реакции Конверсии Водяного Газа. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Теплообменник для охлаждения горячих газов посредством охлаждающей текучей среды, содержащий: по меньшей мере, одну вертикально ориентированную емкость, содержащую ванну охлаждающей текучей среды и имеющую пространство для сбора паровой фазы, генерированной над указанной ванной охлаждающей текучей среды, по меньшей мере, один вертикальный трубчатый элемент, вставленный внутрь указанной емкости, открытый на концах и коаксиальный с указанной емкостью, по меньшей мере, один спиральный канал, который оборачивается вокруг оси указанной емкости, вставленный в указанный коаксиальный трубчатый элемент, по меньшей мере, один выпуск для паровой фазы, генерированной в верхней части указанной емкости, отличающийся тем, что по меньшей мере одна транспортная линия вставлена в нижнюю часть указанной вертикальной емкости для подачи горячих газов в указанную емкость, причем указанная транспортная линия открыта с двух концов, из которых один соединен с указанной вертикальной емкостью, а другой является свободным и находится снаружи указанной емкости, причем указанная транспортная линия является трубчатой и выступает вбок снаружи указанного теплообменника, причем указанная транспортная линия содержит, по меньшей мере, один центральный внутренний канал, имеющий наружную рубашку, в которой циркулирует охлаждающая текучая среда, причем указанный центральный внутренний канал находится в сообщении по текучей среде со спиральным каналом и проходит вертикально вдоль указанного трубчатого элемента, вставленного в указанную вертикальную емкость, и причем рубашка центрального внутреннего канала также содержит перегородку, чтобы обеспечить внутреннюю циркуляцию охлаждающей текучей среды, и причем указанная перегородка, содержащаяся в рубашке, проходит по всей длине центрального внутреннего канала до верхнего конца указанного канала. 2. Теплообменник по п.1, в котором транспортная линия также содержит промежуток конической формы, который разделяет водяную ванну на два пространства, одно пространство открыто по направлению к вертикальной емкости, и одно пространство открыто по направлению к свободному и открытому концу указанной транспортной линии. 3. Теплообменник по п.1, в котором указанная транспортная линия является горизонтальной или наклонной. 4. Теплообменник по п.1, который также содержит соединительную линию между дном вертикальной емкости и транспортной линией. 5. Теплообменник по п.4, в котором, по меньшей мере, одно средство для циркуляции охлаждающей текучей среды присутствует на соединительной линии. 6. Теплообменник по п.п.4 и 5, в котором средство для циркуляции охлаждающей текучей среды представляет собой циркуляционный насос или эжектор, питаемый циркуляционным насосем. 7. Теплообменник по п.1, в котором центральный внутренний канал является трубчатым. 8. Теплообменник по п.1, в котором рубашка является трубчатой и коаксиальной с центральным внутренним каналом. 9. Теплообменник по п.1, в котором перегородка является трубчатой и коаксиальной с центральным внутренним каналом. 10. Теплообменник по п.п.1-9, в котором охлаждающей текучей средой является вода. 11. Теплообменник по п.п.1-9, в котором горячим газом является синтез-газ. 12. Теплообменная система, содержащая, по меньшей мере, один реакционный аппарат для каталитического частичного окисления и теплообменник по п.1, причем указанный реакционный аппарат содержит: зону подачи, содержащую по меньшей мере один проход для реагентов и окислителя, зону распыления и/или испарения, содержащую по меньшей мере одно устройство для распыления и/или испарения, зону смешения поданных соединений, расположенную ниже по потоку от устройства для распыления и/или испарения, и имеющую постоянное или уменьшающееся сечение вдоль оси аппарата, реакционную зону, содержащую, по меньшей мере, одну каталитическую систему и по меньшей мере один тепловой экран, в которой реагенты и окислитель превращаются в горячие газы, зону быстрого охлаждения произведенных горячих газов, причем указанный теплообменник отличается тем, что указанная транспортная линия для подачи в теплообменник указанных горячих газов, поступающих из реакционного аппарата в теплообменник, непосредственно вставлена внутрь указанного реакционного аппарата. 13. Теплообменная система по п.12, в которой реакционная зона имеет постоянное или увеличивающееся сечение вдоль оси реакционного аппарата. 14. Теплообменная система по п.12, в которой транспортная линия горячих газов вставлена в зону быстрого охлаждения реакционного оборудования.
  • 8.
    29909 8 15. Теплообменная системапо п.12, в которой зона смешения имеет форму цилиндра или усеченного конуса. 16. Теплообменная система по п.12, в которой реакционная зона имеет форму цилиндра или усеченного конуса или усеченной пирамиды. 17. Способ каталитического частичного окисления для производства синтез-газа и водорода, начиная с реагентов, выбранных из жидких углеводородов, газообразных углеводородов и/или окисленных соединений, также полученных от биомасс, и их смесей, содержащий этапы, на которых: предварительно нагревают указанные реагенты, обеспечивают реакцию реагентов с окисляющим потоком, выбранным из кислорода, воздуха или обогащенного воздуха, чтобы создать поток, содержащий синтез-газ, быстро охлаждают синтез-газ, отличающийся тем, что быстрое охлаждение синтез-газа осуществляют с использованием теплообменника по п.п.1-11. 18. Способ по п.17, в котором окислителем является кислород, и температура реакции находится в диапазоне от 500°С до 2000°С. 19. Способ по п.18, в котором температура реакции находится в диапазоне от 750°С до 1600°С. Верстка А. Сарсекеева Корректор К. Нгметжанова