專利名稱：用于交替流裝置的原位汽化器和同流換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于交替流系統(tǒng)的原位汽化器和熱量回收裝置，其能夠載于運(yùn)輸車輛上。
背景技術(shù)：
包括蒸汽重整的許多工業(yè)過程通常需要在化學(xué)轉(zhuǎn)換之前將液體進(jìn)料流(例如汽油或其它液體烴類、或水)轉(zhuǎn)換成蒸汽流。常規(guī)的汽化器和鍋爐需要大量的熱質(zhì)量并且通常由于壓力波動和溫度改變而在瞬態(tài)操作下表現(xiàn)不佳。對于汽車應(yīng)用，在寬的動態(tài)操作范圍內(nèi)(稱作量程)操作的瞬態(tài)必要條件使得蒸汽流處理困難并且對在燃料與氧化劑之間的當(dāng)量比控制提出挑戰(zhàn)。許多應(yīng)用需要這種汽化和混合過程在精確的質(zhì)量流控制下發(fā)生，在大的動態(tài)范圍內(nèi)操作，原位存在于反應(yīng)器體積內(nèi)以使傳熱損失最小化，招致低的壓降損失，并且抗工藝流體流的腐蝕。 因此，在現(xiàn)有技術(shù)中存在對如下技術(shù)的需要:該技術(shù)能夠提供精確的質(zhì)量流控制，在大的動態(tài)溫度和壓力范圍內(nèi)操作，使傳熱損失最小化，招致低的壓降損失,并且抗工藝流體流的腐蝕。本發(fā)明描述了特別適合于交替流反應(yīng)器系統(tǒng)的新型原位汽化器和熱量回收裝置，其中經(jīng)過裝置的料流在液體汽化模式與再加熱模式之間交替。在優(yōu)選實(shí)施方式中，它是如在例如US專利7，491，250中所描述的壓力擺動重整裝置(“PSR”)系統(tǒng)的一部分。它使得能夠?qū)崿F(xiàn)可以被布置在例如運(yùn)輸車輛中的小型合成氣產(chǎn)生系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)上文所描述優(yōu)勢所需的此種原位汽化器和熱量回收裝置的特定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。這些特征包括為了最小化裝置的尺寸和重量而在幾何結(jié)構(gòu)、熱容量和傳熱、流動通道尺寸、和空隙率以及空隙率梯度上的技術(shù)參數(shù)。這些設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)特組合產(chǎn)生了如在對壓力擺動重整的應(yīng)用中所證明的高效率汽化器/同流換熱器，所述壓力擺動重整的應(yīng)用如在上文提及的專利中所教導(dǎo)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于將液體進(jìn)料流轉(zhuǎn)換成氣體蒸汽流的裝置，該裝置包括:(a)具有第一端和第二端的通道構(gòu)件，所述通道構(gòu)件具有多個連接所述第一端和第二端的通道，所述通道構(gòu)件具有大致實(shí)體的區(qū)域和空隙區(qū)域，(b)進(jìn)口構(gòu)件，所述進(jìn)口構(gòu)件用于將所述液體進(jìn)料流導(dǎo)引至所述多個通道的第一端，以及(C)出口構(gòu)件，所述出口構(gòu)件用于導(dǎo)引來自所述多個通道的氣體蒸汽流，其中所述通道在所述進(jìn)口與出口之間的任意距離X處具有垂直于所述進(jìn)料流方向的幾何結(jié)構(gòu)，其特征在于(I)空隙面積A' (X)，以及(2)總橫截面積A(x)，其中作為所述總面積AU)的一部分的所述空隙面積A' (x)是
權(quán)利要求
1.一種用于將液體進(jìn)料流轉(zhuǎn)換成氣體蒸汽流的裝置，所述裝置包括: (a)具有第一端和第二端的通道構(gòu)件，所述通道構(gòu)件具有多個連接所述第一端和第二端的通道，所述通道構(gòu)件具有大致實(shí)體的區(qū)域和空隙區(qū)域， (b)進(jìn)口構(gòu)件，所述進(jìn)口構(gòu)件用于將所述液體進(jìn)料流導(dǎo)引至所述多個通道的第一端，以及 (C)出口構(gòu)件，所述出口構(gòu)件用于導(dǎo)引來自所述多個通道的氣體蒸汽流，其中所述通道在所述進(jìn)口與出口之間的任意距離d處具有垂直于所述進(jìn)料流方向的幾何結(jié)構(gòu)，其特征在于:1.空隙面積A' (x)以及，2.通道總橫截面積A(x)，其中作為所述總面積AU)的一部分的所述空隙面積A' (X)是
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，沿著所述裝置的長度，所述空隙率從在所述進(jìn)口構(gòu)件處的約0.5至約0.995的空隙率變化至在所述出口構(gòu)件處的約0.2至約0.7的空隙率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中沿著所述裝置長度的空隙率變化是每線性英寸長度約0.0l至約0.5空隙率下降。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述變化是每線性英寸長度約0.15至約0.35空隙率下降。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中在數(shù)量為大于一且小于二十的連續(xù)恒定的空隙率區(qū)域中的所述空隙率從所述進(jìn)口構(gòu)件到所述出口構(gòu)件而下降。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中恒定空隙率區(qū)域的數(shù)量是三至十。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述通道的特征還在于具有如下的通道水力直徑dH和通道長度，所述通道水力直徑dH是從在所述進(jìn)口處的約0.1至約10.0毫米至在所述出口處的約0.2至約0.5。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述通道水力直徑是從在所述進(jìn)口處的約0.3至約5.0毫米至在所述出口處的約0.4至約2.0毫米。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述通道水力直徑與通道長度的比是約0.5至約·10，000。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述比是約10至約5000。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述比是約40至約200。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述通道的特征還在于，具有約IOinVin3至約2000in2/in3的平均單位體積表面積Sv,平均。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中Sv,￥均是約20in2/in3至約1000in2/in3。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中Sv,￥均是約50in2/in3至約250in2/in3。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述通道由熱容量至少100J/Kg-K、熱導(dǎo)率至少約10W/m-K、并且密度至少約2500Kg/m3的材料制成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述熱容量為至少約500J/Kg，熱導(dǎo)率為至少約50ff/m-K,并且密度為至少約5000Kg/m3。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述熱容量為至少約100J/Kg，熱導(dǎo)率為至少約200ff/m-K,并且密度為至少約7000Kg/m3。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置在大于約500的氣時空速下運(yùn)行。
19.根據(jù) 權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述裝置在大于約1000的氣體空速下運(yùn)行。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述通道具有小于約5psi/英寸的壓降，Λρ。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中Λρ小于約Ipsi/英寸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將液體進(jìn)料流轉(zhuǎn)換成氣體蒸汽流的裝置，該裝置包括(a)具有第一端和第二端的通道構(gòu)件，所述通道構(gòu)件具有多個連接所述第一端和第二端的通道，所述通道構(gòu)件具有大致實(shí)體的區(qū)域和空隙區(qū)域，(b)進(jìn)口構(gòu)件，所述進(jìn)口構(gòu)件用于將所述液體進(jìn)料流導(dǎo)引至所述多個通道的第一端，以及(c)出口構(gòu)件，所述出口構(gòu)件用于導(dǎo)引來自所述多個通道的氣體蒸汽流，其中所述通道在所述進(jìn)口與出口之間的任意距離d處具有垂直于所述進(jìn)料流方向的幾何結(jié)構(gòu)，其特征在于(1)空隙面積A′(x)，以及(2)通道總橫截面積A(x)，其中作為所述總面積A(x)的一部分的空隙面積A′(x)是以及沿著裝置的長度L的平均空隙率所述平均空隙率是約0.3至約0.95。
文檔編號B01B1/00GK103201002SQ201180054061
公開日2013年7月10日 申請日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者杰弗里·M·格倫達(dá), 弗蘭克·赫什科維茨 申請人:埃克森美孚研究工程公司