Опорная конструкция(варианты) для крепления в реакционной камере каталитической структуры, способ крепления этой структуры в камере и способ каталитического сгорания топлива

 

Опорная конструкция для крепления в реакционной камере каталитической структуры состоит из вытянутых в продольном направлении каналов и содержит монолитную сотовую конструкцию с открытыми ячейками. Стенки ячеек образованы полосами из термостойкого металла или керамики. Размеры отверстий равны или больше отверстий каналов каталитической структуры. Монолитная сотовая конструкция расположена на выходе и/или на входе каталитической структуры. В монолитную сотовую конструкцию опирается один из концов каталитической структуры, при этом она проходит в направлении, перпендикулярном продольной оси каталитической структуры, перекрывая всю ее торцевую поверхность. Отверстия ее открытых ячеек сообщаются с каналами каталитической структуры. Монолитная сотовая конструкция крепится по своему внешнему краю к стенке реакционной камеры таким образом, что осевая нагрузка, которая на нее действует, воспринимается стенкой реакционной камеры. При каталитическом сгорании топлива происходит пропускание потока газа, представляющего собой смесь содержащего кислород газа и топлива, через монолитную каталитическую структуру. Осуществление изобретения обеспечивает равномерное распределение возникающей в каталитической структуре осевой нагрузки по всей площади монолитной опорной конструкции, что приводит к повышению прочности каталитической структуры. 4 c. и 28 з.п. ф-лы, 9 ил.

Настоящее изобретение относится к новым опорным конструкциям для крепления монолитных каталитических структур, используемых при проведении в реакционной камере или реакторе высокотемпературных реакций, таких как каталитическое горение. В изобретении также предлагается способ использования новой опорной конструкции в высокотемпературных каталитических процессах типа процесса каталитического горения в газотурбинных энергетических установках.

В настоящее время известно много высокотемпературных процессов, которые протекают с использованием монолитных каталитических структур, ускоряющих необходимые реакции, такие, например, как частичное окисление углеводородов, полное окисление углеводородов с целью уменьшения загрязнения атмосферы газообразными отходами, реакции, которые протекают в каталитических нейтрализаторах систем выпуска отработавших газов транспортных средств и которые позволяют снизить загрязнение атмосферы отработавшими газами, и каталитическое горение топлива с последующим использованием продуктов сгорания в газовых турбинах, печах и других аналогичных установках. Типичным примером таких каталитических структур являются катализаторы, используемые в камерах сгорания газовых турбин и предназначенные для снижения количества выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ и повышения эффективности процесса сгорания топлива. Для повышения эффективности газовой турбины необходимо использовать газ с высокой температурой. При высокой температуре газа в монолитном катализаторе, который обычно представляет собой однородную или связанную металлическую или керамическую структуру с большим количеством вытянутых в продольном направлении каналов для прохода сгорающей газообразной смеси, по крайней мере часть которых покрыта изнутри катализатором горения, возникают значительные тепловые напряжения.

Помимо высоких тепловых напряжений каталитические структуры, расположенные в камерах сгорания газовых турбин, подвержены воздействию большой осевой нагрузки, действующей в направлении течения газа и обусловленной высокими скоростями газа и гидравлическим сопротивлением, в частности трением, возникающим в ее вытянутых в продольном направлении каналах. Примером такой каталитической структуры является многоступенчатая монолитная каталитическая структура, которая описана в патенте США 5183401, выданном на имя Dalla Betta и др. и которая представляет собой расположенный в камере сгорания катализатор диаметром 20 дюймов, на который при скорости потока топливовоздушной смеси около 50 фунтов/см и перепаде давления на катализаторе порядка 4 фунтов на 1 дюйм² действует осевая сила около 1260 фунтов.

В условиях высоких температур, достигающих, а иногда и превышающих 1000^oC, металлические монолитные структуры теряют свою прочность, а значительные осевые усилия (обусловленные большими скоростями газа) приводят к заметному перемещению или деформации носителя катализатора. При изготовлении монолитных катализаторов из гофрированной металлической фольги, спирально скрученной в цилиндрический рулон с упирающимися друг в друга выступами соседних не соединенных друг с другом слоев фольги, суммарное воздействие высокой температуры и значительной осевой нагрузки, обусловленной высокими скоростями газа, приводит к относительному (телескопическому) перемещению слоев фольги в направлении течения газа, и прежде всего в том случае, когда осевая нагрузка превышает сопротивление скольжения или силы трения между прилегающими друг к другу свернутыми в рулон слоями фольги. Именно этим и объясняется необходимость в создании соответствующей опоры для крепления каталитической структуры, препятствующей ее перемещению и/или деформации вдоль продольной оси в направлении течения газа и выполненной в виде опорной конструкции, ограничивающей перемещения и деформации катализатора при высоких температурах и не оказывающей при этом отрицательного влияния на полноту сгорания топлива и эффективность процесса каталитического горения, в процессе которого образуется газ, который приводит в действие газовую турбину.

В совместно рассматриваемой заявке на патент США 08/165966, поданной на имя Dalla Betta и др. 10 декабря 1993 г. (номер дела патентного поверенного N P-1065), предложено использовать в качестве опоры катализатора расположенные на выходе из катализатора несущие стойки или стержни с внутренним охлаждением. Преимуществом таких несущих стоек, охлаждаемых воздухом или другой обеспечивающей необходимый отвод тепла средой, является их высокая прочность к воздействию осевых нагрузок даже при очень высоких температурах газа. Такая конструкция, однако, обладает и определенным недостатком, поскольку в ней для охлаждения несущих стоек требуется либо предусматривать отдельный источник воздуха, наличие которого усложняет конструкцию системы сгорания воздуха, либо использовать обычно отсутствующий в газотурбинной установке воздух высокого давления. Еще один недостаток такой конструкции заключается в том, что охлаждаемые воздухом стойки должны занимать достаточно большую часть поверхности катализатора. В результате этого в каталитической структуре возникают высокие местные контактные нагрузки или напряжения. В некоторых местах катализатора эти контактные напряжения могут превысить предел прочности фольги и привести к ее деформации. Очевидно, что вероятность такой деформации фольги является серьезным недостатком предложенной конструкции, исключающим возможность использования охлаждаемым воздухом несущих стоек в качестве опор каталитических структур, воспринимающих большие осевые нагрузки.

Одним из возможных способов решения проблемы, связанной с деформацией фольги, является увеличение количества охлаждаемых воздухом несущих стержней, приводящее к снижению контактных напряжений, возникающих на выходной поверхности катализатора. Однако, поскольку охлаждаемые воздухом несущие стержни имеют достаточную толщину, при большом их количестве происходит увеличение гидравлического сопротивления потоку выходящего из катализатора газа и возрастание суммарного падения давления газа в системе сгорания, что является нежелательным. Кроме того, для снижения контактных напряжений, возникающих в местах прилегания охлаждаемых воздухом несущих стержней к фольге катализатора, стержни необходимо располагать очень близко друг к другу.

Другим возможным способом решения указанной проблемы является использование для крепления катализатора неохлаждаемой металлической опоры. В этом случае, уменьшив толщину несущих стержней и суммарную площадь поперечного сечения, можно заметно снизить падение давления в системе сгорания. Такое решение, однако, связано с принципиальной проблемой, заключающейся в том, что из-за происходящего при высоких температурах существенного снижения прочности для восприятия возникающей осевой нагрузки приходится использовать несущие элементы, изготовленные из очень толстого материала, которые обладают высоким гидравлическим сопротивлением и препятствуют свободному прохождению через них потока образующегося газа.

Краткое изложение сущности изобретения В изобретении предлагается неохлаждаемая опорная конструкция, изготовленная из обладающего высокой термостойкостью металла или керамики, которую можно использовать в качестве эффективной опоры для крепления монолитной каталитической структуры, образующей большое количество вытянутых в продольном направлении каналов для прохода потока смеси газов внутри реактора, предназначенного для проведения высокотемпературных реакций с высокими скоростями газа, и использование которой не сопровождается повышенными потерями давления в реакторе и никак не влияет на протекающую в реакторе каталитическую реакцию. Предлагаемая в изобретении эффективная опорная конструкция представляет собой монолитную сотовую или состоящую из открытых ячеек несущую структуру, ячейки которой выполнены такими же или более крупными, чем каналы каталитической структуры, и сообщаются с ними, причем эта несущая ячеистая структура изготовлена из тонких полос или лент из обладающего высокой термостойкостью металла или керамики, которые соединены друг с другом и образуют единую ячеистую структуру, на которую по всей выходной поверхности опирается каталитическая структура и внешний край которой крепится к стенке реактора таким образом, что любая осевая нагрузка, воспринимаемая имеющей открытые ячейки опорной конструкцией, передается на стенку реактора.

Предлагаемая в изобретении монолитная сотовая или состоящая из открытых ячеек опорная конструкция, которая внешне воспринимается как недостаточно прочная, фактически обладает достаточно высокой прочностью и надежно выдерживает осевую силу или нагрузку, приложенную к ней со стороны каталитической структуры, работающей при высоких температурах и при высоких скоростях потока протекающего через нее газа, минимизируя при этом все осевые перемещения или деформации каталитической структуры. Высокая прочность, являющаяся характерной особенностью структуры, образованной открытыми ячейками, обеспечивает возможность использования для изготовления предлагаемой в изобретении опорной конструкции объединенных в один общий несущий каркас тонких полос или лент из металла или керамики, соединенных друг с другом в открытые ячейки, размеры которых равны или больше размеров открытых каналов каталитического реактора, и позволяет создать такую опорную конструкцию, которую с успехом можно использовать при высоких скоростях газа для создания опорной конструкции с минимальным перепадом давления, которая, в частности, может найти применение при каталитическом сгорании топливовоздушной смеси и получении газа, используемого в дальнейшем для привода газовой турбины. Кроме того, предлагаемая в изобретении сотовая или состоящая из открытых ячеек опорная конструкция позволяет образовать большое количество несущих полос или лент, в которые по всей своей торцевой поверхности или по всему поперечному сечению упирается каталитическая структура, и обеспечить равномерное распределение возникающей в каталитической структуре осевой нагрузки по всей площади монолитной опорной конструкции, избежав тем самым возникновения в каталитической структуре местных деформаций.

Хотя предлагаемые в изобретении монолитные сотовые опорные конструкции с открытыми ячейками предпочтительно использовать в качестве опор, расположенных на выходном конце каталитической структуры и препятствующих осевому перемещению каталитической структуры в направлении движения потока протекающего через нее газа, они, тем не менее, из-за своего очень небольшого гидравлического сопротивления с успехом могут быть также использованы в качестве опоры, расположенной на входе в каталитическую структуру и ограничивающей все возможные при неожиданном изменении направления потока газа перемещения каталитической структуры в обратном направлении. Кроме того, предлагаемая в изобретении опорная конструкция может использоваться в многоступенчатой каталитической системе, описанной в упомянутом выше патенте США 5183401, выданном на имя Dalla Betta и др., путем установки ее на выходе одной или нескольких ступеней катализатора и создания промежуточной опоры, препятствующей передаче осевого усилия на расположенные за ней ступени катализатора.

Таким образом, одним из объектов изобретения является опорная конструкция, которая предназначена для крепления в реакционной камере каталитической структуры, состоящей из большого количества вытянутых в продольном направлении каналов с входными и выходными концами, через которые протекает смесь газов, и которая содержит монолитную сотовую конструкцию с открытыми ячейками, стенки которых образованы полосами из обладающего высокой термостойкостью металла или керамики и размеры открытых концов которых равны или больше размеров отверстий входных и выходных концов каналов каталитической структуры, и эта монолитная сотовая конструкция с открытыми ячейками: а) расположена на выходе или на входе или на входе и на выходе каталитической структуры, б) установлена и выполнена таким образом, что в нее упирается один из концов каталитической структуры, при этом она проходит в направлении, перпендикулярном продольной оси каталитической структуры, по существу перекрывая всю торцовую поверхность каталитической структуры, а концы ее открытых ячеек сообщаются с каналами каталитической структуры, и в) крепится по своему внешнему краю к стенке реакционной камеры таким образом, что осевая нагрузка, которая на нее действует, воспринимается стенкой реакционной камеры, что ограничивает осевое перемещение каталитической структуры в направлении, параллельном ее продольной оси.

Другим объектом изобретения является способ каталитического сгорания или частичного сгорания топлива, например, в газотурбинных установках, в котором предлагаемая в изобретении монолитная сотовая опорная конструкция с открытыми ячейками используется для крепления структуры, служащей катализатором горения внутри камеры сгорания или внутри реакционной камеры. Предлагаемый в изобретении способ включает следующие стадии: а) образование смеси топлива с содержащим кислород газом, б) пропускание потока газа, представляющего собой смесь содержащего кислород газа и топлива, через монолитную каталитическую структуру, которая расположена в реакционной камере, состоит из большого количества вытянутых в продольном направлении каналов для прохода потока газа и закреплена в реакционной камере с помощью монолитной сотовой конструкции с открытыми ячейками, стенки которых образованы полосами из обладающего высокой термостойкостью металла или керамики и размеры открытых концов которых равны или больше размеров отверстий входных и выходных концов каналов каталитической структуры, причем эта монолитная сотовая конструкция с открытыми ячейками: 1) расположена на выходе или на входе или на входе и на выходе каталитической структуры, 2) установлена и выполнена таким образом, что в нее упирается один из концов каталитической структуры, при этом она проходит в направлении, перпендикулярном продольной оси каталитической структуры, по существу перекрывая всю торцовую поверхность каталитической структуры, а концы ее открытых ячеек сообщаются с каналами каталитической структуры, и 3) крепится по своему внешнему краю к стенке реакционной камеры таким образом, что ограничивает осевое перемещение каталитической структуры в направлении, параллельном ее продольной оси.

В изобретении также предлагается способ крепления монолитной каталитической структуры в реакторе или в реакционной камере с помощью предлагаемой в изобретении монолитной сотовой конструкции с открытыми ячейками, а также выполненных в соответствии с изобретением опорных конструкций, используя их в качестве промежуточных опор для многоступенчатых каталитических процессов, в которых используются монолитные катализаторы.

Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид сбоку каталитического реактора, расположенного в камере сгорания газотурбинной установки.

Фиг. 2А и 2Б - иллюстрация процесса изготовления монолитной каталитической структуры, для крепления которой в реакторе можно использовать предлагаемую в изобретении монолитную опорную конструкцию.

Фиг. 3А и 3Б - изображение элементов опорной конструкции и ее поперечного сечения.

Фиг. 4А-4Д - изображения торцов различных вариантов выполнения предлагаемой в изобретении опорной конструкции катализатора.

Фиг. 5-8 - схемы каталитических реакторов по изобретению.

Фиг. 9А и 9Б - схемы, иллюстрирующие эффекты, которые возникают в реакторе под действием осевой нагрузки, обусловленной высокой скоростью потока газа, протекающего через каталитическую структуру, опирающуюся на предлагаемую в изобретении опорную конструкцию.

Подробное описание изобретения
В настоящем изобретении предлагается неохлаждаемая опорная конструкция, предназначенная для крепления внутри реакционной камеры или реактора монолитной каталитической структуры, которая подвержена воздействию высоких температур и больших осевых нагрузок, обусловленных высокими скоростями протекающего через катализатор газа. В изобретении также предлагается способ использования такой опорной конструкции в процессе каталитического горения. В частности, настоящее изобретение относится к опорной конструкции, которая ограничивает осевое перемещение сравнительно гибкой монолитной каталитической структуры, расположенной в камере сгорания. Помимо ограничения осевого перемещения каталитической структуры предлагаемая опорная конструкция увеличивает прочность катализатора к воздействию усилия, создаваемого потоком протекающего через него газа.

Типичный реактор, в котором происходит каталитическое горение, показан на фиг. 1, где изображена каталитическая структура 10, которая расположена в основной камере 1 сгорания реактора за предварительной камерой 4 сгорания перпендикулярно потоку смеси из содержащего кислород газа, обычно воздуха, и топлива, которое подается в монолитную каталитическую структуру топливным инжектором 5. Расположение каталитической структуры обеспечивает однородный характер течения топливовоздушной смеси через катализатор и создает условия для прохождения смеси через его вытянутые в продольном направлении каналы. Для сохранения фиксированного положения каталитической структуры в камере сгорания необходимо использовать те или иные поддерживающие устройства или опорные конструкции, которыми каталитическая структура крепится к стенкам камеры сгорания и к числу которых относится, в частности, опорная конструкция, в которую своей "выходной стороной" 9 упирается каталитическая структура. "Выходной стороной" 9 каталитической структуры является та ее сторона, через которую из каталитической структуры выходит частично или полностью сгоревшая топливовоздушная смесь. При этом "входной стороной" каталитической структуры является соответственно та ее сторона, через которую в каталитическую структуру поступает несгоревшая топливовоздушная смесь.

Каталитическая структура может иметь самую разную из хорошо известных конструкций, выполненных, в частности, в виде монолитных каталитических структур с большим количеством параллельных вытянутых в продольном направлении каналов или проходов, по крайней мере частично покрытых катализатором. Типичные каталитические структуры такого типа описаны во многих известных публикациях, к числу которых относятся патенты США 5183401, 5232351, 5248251, 5250489 и 5259754, выданные на имя Dalla Betta и др., а также патент США 4870824, выданный на имя Young и др. Каталитическую структуру можно изготовить из металла или керамического материала, имеющего сотовую структуру, форму рулона, согнутого из гофрированных листов, стержневую форму (или форму, напоминающую "пучок соломы") или другую конфигурацию с продольными каналами или проходами, через которые с минимальными потерями давления может проходить поток имеющего высокую скорость газа. Примером такой каталитической структуры является показанная на фиг. 2А и 2Б каталитическая структура, выполненная в виде спирально свернутого листового рулона. Такая структура изготавливается из листа металлической фольги 20, которому прессованием придается гофрированная или волнообразная форма с впадинами 21 и вершинами 22 и который свертывается вместе с плоским листом 24 металла в большой по размерам рулон 25, имеющий форму цилиндра и состоящий из чередующихся слоев гофрированного листа 20 и плоского листа 24. При изготовлении каталитической структуры гофрированный и/или плоский листы до совместного свертывания в рулон обычно покрывают с одной или обеих сторон слоем металла из платиновой группы, предпочтительно палладия и/или платины. Каталитическую структуру можно изготовить не только из гофрированной металлической фольги с показанными на фиг. 2А-Б каналами с плоскими стенками, объединенной с плоской фольгой, но и из двух или более листов гофрированной фольги с каналами с прямыми или наклонными стенками, после спирального свертывания которых в рулон выступы одного из слоев фольги не входят во впадины соседнего слоя фольги. Предлагаемую в изобретении опорную конструкцию предпочтительно использовать для крепления металлических свернутых в рулон каталитических структур, которые обладают склонностью к телескопическому перемещению соседних слов относительно друг друга или деформации в направлении движения потока газа, протекающего через нее с большой скоростью и имеющего высокую достигающую или превышающую 1000^oС температуру, под действием которой металлическая структура размягчается или как-либо иначе теряет свою прочность.

Опорная конструкция
Предлагаемая в изобретении опорная конструкция имеет монолитную сотовую структуру с открытыми ячейками, сформированную из тонких полос или лент из обладающего высокой термостойкостью металла или керамики, в которую упирается одним своим торцом каталитическая структура, при этом эта опорная конструкция вытянута в направлении, перпендикулярном продольной оси каталитической структуры, и по существу полностью перекрывает один из ее торцов (входной либо выходной или оба торца) и крепится по своему внешнему периметру к стенке реактора. Полосы или ленты, из которых изготовлена опорная конструкция, соединены друг с другом и образуют цельную конструкцию с открытыми ячейками, размеры отверстий которых равны или больше размеров отверстий каналов каталитической структуры. Отверстия ячеек опорной конструкции сообщаются с каналами каталитической структуры и не создают никаких помех потоку газа, выходящего из каталитической структуры и протекающего через опорную конструкцию.

Хотя на первый взгляд и может создаваться впечатление, что состоящая из открытых ячеек опорная конструкция не должна обладать высокой прочностью, прежде всего в условиях высоких температур, однако фактически предлагаемая в изобретении опорная конструкция имеет высокую конструктивную целостность и обладает высоким механическим сопротивлением к воздействию на нее осевой нагрузки, приложенной к ней со стороны опирающейся на нее каталитической структуры, которая обладает склонностью к перемещению или деформации в направлении протекающего через нее потока газа. Как уже было отмечено выше, в крупных по размерам катализаторах горения, диаметр которых лежит в пределах от 10 до 25 дюймов, при перепаде давления на катализаторе, составляющем обычно около 4 фунтов на 1 дюйм², создается действующая в направлении течения газа осевая нагрузка или осевое усилие от приблизительно 600 до приблизительно 1600 фунтов. При такой осевой нагрузке и при температуре около 1000^oC или больше предлагаемая в изобретении опорная конструкция, образующая однородную по свойствам опору, изготовленную из большого количества полос или лент, формирующих монолитную сотовую структуру с открытыми ячейками, практически не изгибается (не прогибается) и позволяет существенно ограничить любые местные деформации каталитической структуры. Выполненная таким образом предлагаемая в изобретении опорная конструкция обладает двумя принципиальными преимуществами, одно из которых заключается в ее высокой несущей способности к воздействию большой осевой нагрузки, а другое состоит в том, что образующие ее относительно крупные ячейки оказывают очень небольшое сопротивление потоку протекающего через опорную конструкцию газа.

Предлагаемую в изобретении монолитную сотовую опорную конструкцию с открытыми ячейками можно изготовить либо из керамики, либо из металла, а также из любого другого конструкционного материала, который позволяет придать ей необходимую структурную целостность и прочность при воздействии на нее высоких температур и высоких нагрузок. К обладающим высокой термостойкостью металлическим материалам, которые можно использовать для изготовления предлагаемых опорных конструкций, относятся стальные сплавы с высокой термостойкостью, такие, как сплавы никеля, кобальта или хрома, или другие сплавы, которые выдерживают высокие температуры, а также интерметаллические материалы и металлокерамика. Выбор материала для изготовления опорной конструкции зависит от места ее расположения и действующей на нее температуры и осевой нагрузки. Так, в частности, опорная конструкция, расположенная на входе в каталитическую структуру (или используемая для крепления первых каскадов катализатора в многоступенчатой каталитической системе), не испытывает такого же температурного и силового воздействия, как опорная конструкция, расположенная на выходе из последнего каскада катализатора, и поэтому для изготовления таких опорных конструкций можно использовать разные материалы. К числу предпочтительных металлических материалов, используемых для изготовления предлагаемых опорных конструкций, относятся FeCrAl-сплавы, в которых обычно помимо железа содержится около 20% Cr и около 5% A1, например сплав Alfa IV, выпускаемый фирмой Allegheny Ludlum (Pittsburgh, Pennsylvania), сплав Riverlite R20-5SR, выпускаемый фирмой Kawasaki Steel (Kobe, Japan), и сплав Aluchrom Y, выпускаемый фирмой VDM (Werdohl, Germany). К другим предпочтительным металлическим сплавам относятся NiCrAl-сплавы, в которых основу составляет никель и в которых обычно содержится около 20% Cr и около 5% Al, например сплав Haynes 214, выпускаемый фирмой Haynes International (Kokomo, Indiana). К пригодным для использования керамическим материалам относятся кордиерит Celcor, выпускаемый фирмой Corning Glass Works (Corning, New York), и кордиеритные монолитные подложки, выпускаемые фирмой NGK Locke, Inc. (Southfield, Michigan).

Предлагаемая в изобретении опорная конструкция может быть выполнена или изготовлена по любой обычной технологии изготовления монолитных сотовых структур из керамических или металлических полос или лент, соединенных друг с другом в одну цельную конструкцию. Предлагаемую в изобретении опорную конструкцию можно, например, изготовить в виде одной детали, отлитой в соответствующей форме, или из отлитых или согнутых полос или лент, которые после соединения друг с другом образуют ячеистую структуру с имеющими необходимую форму открытыми ячейками. Примером изготовления такой конструкции является участок металлической монолитной конструкции с ячейками шестиугольной формы по фиг. 3А и 3Б. Основными элементами, из которых изготовлена эта конструкция, являются тонкие гофрированные металлические полосы 30 с плоскими выступами 31 и впадинами 32. Уложенные друг на друга такие гофрированные полосы образуют показанную на фиг. 3Б сотовую или ячеистую (с ячейками шестиугольной формы) структуру с прилегающими друг к друг плоскими выступами и впадинами соседних полос, которые соединены между собой сваркой или пайкой 33 в цельную или монолитную конструкцию. Готовую опорную конструкцию, выполненную в виде цилиндра из соединенных друг с другом полос и имеющую показанную на фиг. 3Б сотовую структуру, можно поместить в цилиндрическую оболочку из металлического листа (не показан) и соединить ее аналогично тому, как соединены друг с другом образующие сотовую структуру гофрированные полосы, с расположенными на внешней поверхности выполненной в виде цилиндра опорной конструкции участками ячеек. Заключенная в цилиндрический кожух или несущую оболочку опорная конструкция имеет круглое поперечное сечение, совпадающее с поперечным сечением цилиндрической каталитической структуры в направлении, перпендикулярном направлению движения протекающего через каталитическую структуру газа. При изготовлении опорной конструкции из полос из металла эти полосы предпочтительно соединять друг с другом пайкой, которая по сравнению со сваркой позволяет придать конструкции большую прочность и жесткость; при этом, однако, вполне допустимо изготовление и сварных конструкций. В отдельных случаях для соединения друг с другом гофрированных полос можно использовать одновременно и пайку, и сварку.

Открытые ячейки в предлагаемой опорной конструкции могут иметь самую различную форму с одинаковым у всех ячеек поперечным сечением и необходимой ограниченной краями ячеек площадью прилегания друг к другу соседних полос или лент, которая позволяет достаточно прочно соединить их между собой. К такого рода ячейкам относятся многоугольные, эллиптические или круглые по форме ячейки, при этом наиболее предпочтительными из многоугольных ячеек являются ячейки, имеющие форму трапеции, треугольника, прямоугольника, квадрата или шестиугольника. Предпочтительнее всего использовать ячейки шестиугольной формы, поскольку опорные конструкции с ячейками такой формы отличаются простотой изготовления и высокой прочностью соединения друг с другом соседних образующих сотовую структуру полос или лент. На фиг. 4А-4Д показаны торцы нескольких имеющих различные по форме открытые ячейки опорных конструкций, которые можно использовать в качестве опоры для цилиндрической каталитической структуры типа структуры, показанной на фиг. 2Б. На фиг. 4А показано поперечное сечение опорной конструкции с ячейками 40 шестиугольной формы, которая заключена в соединенный с ней цилиндрический кожух 41, образующий ее несущую оболочку, а на фиг. 4Б показано поперечное сечение заключенной в цилиндрическую несущую оболочку 43 опорной конструкции с ячейками 42 квадратной формы. На фиг. 4В показано поперечное сечение еще одного варианта предлагаемой в изобретении опорной конструкции, которая имеет ячейки 44 круглой формы и также заключена в несущую цилиндрическую оболочку 45. И, наконец, на фиг. 4Г и 4Д показаны предлагаемые в изобретении опорные конструкции с ячейками 46 трапециевидной формы или с ячейками 48 треугольной формы, которые также заключены в цилиндрические несущие оболочки 47 и 49 соответственно.

Как уже было отмечено выше, очень существенным моментом является то, что размеры поперечного сечения отверстия ячеек предлагаемой в изобретении опорной конструкции независимо от их конкретной формы должны быть равны или больше размеров поперечного сечения отдельных вытянутых в продольном направлении каналов каталитической структуры. Для достижения минимальных потерь давления и во избежание возникновения в потоке газа тех или иных возмущений поперечное сечение отверстий ячеек опорной конструкции предпочтительно должно быть больше поперечного сечения сообщающихся с ними каналов каталитической структуры в 1,1-200 раз. При применении предлагаемой в изобретении опорной конструкции в качестве опоры типовой монолитной каталитической структуры, используемой в процессах каталитического горения, ее открытые ячейки или отверстия ячеек должны в среднем иметь размер или площадь поперечного сечения от приблизительно 0,03 до приблизительно 2,0 дюйма², наиболее предпочтительно от приблизительно 0,05 до приблизительно 0,2 дюйма².

Толщина полос или лент, из которых изготавливают предлагаемую в изобретении опорную конструкцию (определяемая как размер поперечного сечения любой отдельной полосы, измеренный в направлении, перпендикулярном направлению движения потока газа), и их ширина (определяемая как размер полосы, измеренный в направлении движения потока газа) зависят от целого ряда факторов, к которым относятся размеры реакционной камеры и каталитической структуры и параметры процесса, в котором используется опорная конструкция. Так, например, толщина полосы из металла или керамики зависит от допустимого гидравлического сопротивления системы (допустимого падения давления), осевой нагрузки, воспринимаемой опорой, диаметра каталитической структуры, размера открытых ячеек и действующей температуры. Аналогично этому и ширина полосы в предлагаемой опорной конструкции зависит от таких факторов, как воспринимаемая опорой осевая нагрузка, размер каталитической структуры, действующая температура и размер свободного пространства внутри реакционной камеры, в котором можно разместить опорную конструкцию. Во избежание недопустимого падения давления на опорной конструкции и с учетом различных обычно учитываемых в таких случаях параметров процесса отношение толщины полос или лент, из которых изготовлена опорная конструкция, к толщине стенок вытянутых в продольном направлении каналов каталитической структуры должно лежать в пределах от 0,5 до 20. При изготовлении опорной конструкции из полос из металла отношение толщины полосы к толщине стенки канала каталитической структуры должно предпочтительно лежать в пределах от 1 до 10, а при использовании полос из керамики - в пределах от 2 до 20. Применительно к каталитическим структурам, обычно используемым при каталитическом горении, толщина полосы металлических опорных конструкций должна лежать в пределах от приблизительно 0,0001 до приблизительно 0,1 дюйма с толщиной полосы из металла предпочтительно в пределах приблизительно от 0,002 и 0,03 дюйма и наиболее предпочтительно в пределах от приблизительно 0,005 до приблизительно 0,02 дюйма. Для восприятия осевых нагрузок, которые возникают при каталитическом горении, целесообразно использовать полосу из металла, из которой изготовлена предлагаемая опорная конструкция, с шириной приблизительно от 0,25 до 3 дюймов, а полосу из керамики - с шириной приблизительно от 0,75 до 4 дюймов. В каждом отдельном случае, однако, выбирая ширину и толщину полос, необходимо учитывать и то, что они соответствующим образом зависят и от местных напряжений, и от фактического значения предела прочности и предела ползучести материала полосы.

Толщина полос или лент, используемых для изготовления предлагаемой опорной конструкции, от которой зависит плотность ячеек или размер отверстия ячейки, непосредственно влияет на гидравлическое сопротивление потоку газа, которое создает опорная конструкция на входе или на выходе из каталитической структуры. Поэтому выбирать толщину полос или размеры ячеек в предлагаемой опорной конструкции следует таким образом, чтобы падение давления на каждой опорной конструкции не превышало приблизительно 25% от давления газа на входе в опору. Предпочтительно, чтобы это падение давления лежало в интервале приблизительно от 5 до 15% и не оказывало заметного влияния на характер течения газообразной реакционной смеси. Кроме того, ячейки опорной конструкции, через которые проходит газ, должны предпочтительно иметь форму прямых каналов с относительно гладкими стенками, что обеспечивает минимальный уровень возникающей в потоке газа турбулентности и позволяет свести к минимуму гидравлическое сопротивление ячеек.

Типичные примеры возможного применения в каталитических реакторах предлагаемой в изобретении опорной конструкции показаны на фиг. 5-7. На фиг. 5 показана схема одноступенчатого каталитического реактора, который используют, в частности, в системах каталитического горения и в котором газообразная реакционная смесь 50 проходит через реакционную камеру, образованную футерованной стенкой 51 реактора, внутри которой находится каталитическая структура 52, состоящая из большого количества параллельных вытянутых в продольном направлении каналов для прохода газообразной реакционной смеси. Расположенная внутри реакционной камеры каталитическая структура опирается на предлагаемую в изобретении монолитную сотовую опорную конструкцию 53 с открытыми ячейками, которая крепится к стенке реактора с помощью буртика или фланца 54, который соединен или выполнен за одно целое со стенкой реактора и выступает внутрь реакционной камеры, образуя упор, к которому прилегает или в который упирается своим внешним краем опорная конструкция. В таком реакторе вся осевая нагрузка, приложенная к опорной конструкции и создаваемая потоком газа, протекающего через каталитическую структуру, передается на стенку реактора.

На фиг. 6 показана аналогичная реакционная система, в которой в отличие от рассмотренной выше использован двухступенчатый каталитический реактор. В этой системе газообразная реакционная смесь 60 также поступает в каталитический реактор, имеющий образованную стенкой 61 реактора реакционную камеру, внутри которой расположены две монолитные каталитические структуры 62 и 63, образующие первую и вторую ступени каталитической реакционной системы; при этом каждая расположенная в реакционной камере каталитическая структура опирается своим выходным концом или торцом на соответствующую предлагаемую в изобретении опорную конструкцию 64 и 65. Обе показанные на фиг. 6 опорные конструкции опираются на выступающие внутрь реактора буртики или фланцы 66 и 67, через которые осевые нагрузки, возникающие в каталитических структурах и приложенные к опорным конструкциям, передаются на стенку реактора.

Далее на фиг. 7 показан двухступенчатый каталитический реактор без промежуточной опоры, в котором крепление каталитической структуры осуществляется с помощью двух предлагаемых в изобретении опорных конструкций, расположенных на ее входе и выходе. В этой системе газообразная реакционная смесь 70 также поступает в образованную стенкой 71 реактора реакционную камеру, внутри которой расположен многоступенчатый катализатор, состоящий из двух упирающихся друг в друга монолитных каталитических структур 72 и 73, каждая из которых содержит большое количество параллельных вытянутых в продольном направлении каналов, сообщающихся с каналами соседней каталитической структуры. Двухступенчатая каталитическая структура крепится внутри реакционной камеры с помощью двух предлагаемых в изобретении опорных конструкций, одна из которых 74 расположена на выходе из второй ступени катализатора, а другая 75 установлена на входе в первую ступень катализатора; при этом весь катализатор оказывается расположенным по существу между двумя опорными конструкциями, которые ограничивают его осевые перемещения в любом направлении. Обе расположенные на выходе и на входе в катализатор опорные конструкции упираются соответственно в буртики или фланцы 76 и 77, которые выступают внутрь реактора и через которые любая осевая нагрузка передается на стенку реактора.

Использование внутреннего фланца или буртика, выполненного на стенке реактора, в качестве опоры, в которую опирается или к которой прилегает предлагаемая в изобретении опорная конструкция, позволяет создать реактор, обладающий целым рядом эксплуатационных преимуществ по сравнению с реактором, в котором для крепления опорной конструкции использована сварка или какой-либо иной возможный способ фиксации положения или крепления внешнего края опорной конструкции к стенке реактора. При опоре опорных конструкций на внутренний фланец или буртик стенки реактора между внешним краем опорной конструкции и стенкой остается свободное пространство, позволяющее компенсировать тепловое расширение опорной конструкции, подвергающейся воздействию протекающего через нее потока горячего газа. Размеры опорной конструкции и фланца или внутреннего буртика предпочтительно должны быть такими, чтобы при увеличении наружного диаметра опорной конструкции на 2% она не упиралась в стенку реактора или не касалась стенки реактора. В предпочтительном варианте изобретения, помимо фланца или внутреннего буртика стенки реактора, в который упирается или к которому прилегает нижний или выходной торец опорной конструкции, как показано на фиг. 5-7, предлагается использовать еще один такой же фланец или буртик, расположенный непосредственно на входе или у входного торца опорной конструкции и образующий вместе с первым буртиком кольцевой паз, в котором размещается опорная конструкция, между которой и стенкой реактора при этом остается диаметральный зазор, позволяющий компенсировать тепловые деформации опорной конструкции. Такой предпочтительный способ крепления опорной конструкции к стенке реактора ограничивает возможность ее перемещения при неожиданном возникновении в реакторе обратного давления, создающего обратное по направлению осевое усилие, приложенное к опорной конструкции.

Еще один предпочтительный способ крепления предлагаемой в изобретении опорной конструкции к стенке реактора показан на фиг. 8, на которой изображен одноступенчатый каталитический реактор, в котором газообразная реакционная смесь 80 поступает в реакционную камеру каталитического реактора, образованную его стенкой 81, внутри которой находится каталитическая структура 82, опорой которой служит предлагаемая в изобретении опорная конструкция 83 с открытыми ячейками. В этом предпочтительном варианте изобретения опорная конструкция не касается стенки реактора, а крепится к ней с помощью штифтов 84, которые проходят насквозь через стенку реактора и входят в выполненные в опорной конструкции отверстия, глубина которых достаточно велика для компенсации возможного теплового расширения опорной конструкции, нагреваемой потоком протекающего через нее горячего реакционного газа. Длина расположенных в отверстиях опорной конструкции концов штифтов обеспечивает надежное крепление опорной конструкции, но при этом между концом штифта и внутренним концом отверстия остается соответствующий зазор, позволяющий компенсировать любое возможное тепловое расширение опорной конструкции.

Как уже было отмечено выше, существенным и на первый взгляд неожиданным преимуществом предлагаемой в изобретении опорной конструкции является ее высокая прочность, позволяющая ей выдерживать значительные осевые нагрузки или усилия, которые возникают при прохождении потоков имеющего высокую скорость газа через опирающуюся на нее монолитную каталитическую структуру. При высокой осевой нагрузке, приложенной к опорной конструкции, последняя деформируется или изгибается в направлении действующей на нее осевой нагрузки, и в этом отношении предлагаемая в изобретении опорная конструкция отличается высоким сопротивлением к такому изгибу или деформации, даже будучи при этом подвержена воздействию высоких тепловых напряжений дополнительно к осевой нагрузке. На фиг. 9А и 9Б показана предлагаемая в изобретении опорная конструкция 92, которая расположена в каталитическом реакторе на выходе из каталитической структуры 90 и, опираясь на выступающий внутрь реакционной камеры фланец или буртик 93, используется для ее крепления к стенке 91 реактора. В таком реакторе поток 94 протекающего через каталитическую структуру газа создает осевое усилие, которое воспринимается опорной конструкцией, которая под действием этого усилия деформируется или прогибается (см. фиг. 9Б, на которой показана величина ее прогиба) в направлении движения потока газа. В настоящем изобретении прогиб той или иной опорной конструкции характеризуется и оценивается "показателем деформации", который определяется отношением (в числовом выражении) величины прогиба или изгиба опорной конструкции, нагруженной в осевом направлении стандартной или типовой для обычных реакторов каталитического горения нагрузкой, возникающей в катализаторе при давлении газа на входе в катализатор, равном 4 фунтам на 1 дюйм², к ее диаметру (или величине, приближенно характеризующей диаметр некруглой опоры). Величина прогиба или изгиба измеряется, как показано на фиг. 9Б, разницей прогибов ненагруженной опоры и опоры, нагруженной стандартной осевой нагрузкой, т.е. нагрузкой, возникающей при давлении 4 фунта на 1 дюйм². У предлагаемых в изобретении опорных конструкций показатель деформации обычно лежит в пределах от приблизительно 0,00001 до приблизительно 0,05 или, что более предпочтительно, от приблизительно 0,001 до приблизительно 0,02. Такие низкие показатели деформации, которыми обладают предлагаемые в изобретении опорные конструкции в условиях высоких температур, достигающих приблизительно 1000^oC, свидетельствуют об их высокой прочности и возможности восприятия значительных осевых нагрузок, обусловленных особенностями процесса, в частности каталитического горения, который характеризуется очень высокими скоростями протекающего через катализатор газа.

Способ
Как уже было отмечено выше, предлагаемую в изобретении опорную конструкцию можно использовать в процессе каталитического горения углеводородного или другого топлива, например метана, этана, H₂ или смесей CO/H₂. В таком процессе кислородсодержащий газ, в частности воздух, смешивается с углеводородным топливом с образованием горючей смеси кислорода и топлива. Состоящий из этой смеси кислорода и топлива поток газа проходит через находящуюся в реакционной камере монолитную каталитическую структуру, в которой в процессе частичного или полного сгорания образуется горячий газообразный продукт.

В таком процессе можно использовать различные каталитические структуры. В предлагаемом в изобретении способе в качестве каталитической структуры можно, например, использовать каталитическую структуру с внутренним поверхностным теплообменом, описанную в патенте США 5250489, озаглавленном "Каталитическая структура с внутренним теплообменом", или используемый в процессе частичного сгорания топлива содержащий очищенный палладий катализатор, описанный в патентах США 5248251 и 5258349, озаглавленных "Содержащий очищенный палладий катализатор для процесса частичного сгорания топлива и способ его использования". Аналогом предлагаемого в изобретении способа может также служить способ полного или частичного сгорания топлива, описанный в совместно рассматриваемой заявке на патент США 08/088614, озаглавленной "Способ сжигания горючих смесей". Изобретение, кроме того, относится и к многоступенчатому процессу, в котором топливо сгорает постепенно в отдельных ступенях, в которых используются специальные катализаторы и каталитические структуры, и примером которого может служить способ, описанный в патенте США 5232357, озаглавленном "Многоступенчатый процесс сгорания топливных смесей с использованием окисных катализаторов на горячей стадии". Все шесть упомянутых выше патентов и одна заявка на патент включены в настоящую заявку в качестве ссылок.

Предлагаемый в изобретении способ предусматривает также стабилизацию положения каталитической структуры в реакционной камере, ограничивающую возможность ее осевого перемещения. Стабилизация положения каталитической структуры в реакционной камере осуществляется с помощью монолитной сотовой конструкции с открытыми ячейками, в которой стенки ячеек образованы полосами из обладающего высокой термостойкостью металла или керамики, а размеры отверстий ячеек равны или больше размеров отверстий, образованных входными или выходными концами каналов каталитической структуры, при этом такая монолитная сотовая конструкция с открытыми ячейками:
а) расположена на выходе или на входе или на входе и на выходе каталитической структуры,
б) установлена и выполнена таким образом, что в нее упирается один из концов каталитической структуры, при этом она проходит в направлении, перпендикулярном продольной оси каталитической структуры, по существу перекрывая всю торцовую поверхность каталитической структуры, а отверстия ее открытых ячеек сообщаются с каналами каталитической структуры, и
в) крепится по своему внешнему краю к стенке реакционной камеры и тем самым ограничивает осевое перемещение каталитической структуры в направлении, параллельном продольной оси каталитической структуры.

Следует подчеркнуть, что для специалиста в данной области техники очевидны различные конструкции устройств, эквивалентные устройствам, которые защищены приведенной ниже формулой изобретения, при этом, однако, все эти эквивалентные решения не должны выходить за объем предлагаемого изобретения, определяемого его формулой.

Формула изобретения

1. Опорная конструкция для крепления в реакционной камере каталитической структуры, состоящей из большого количества вытянутых в продольном направлении каналов с входными и выходными концами, через которые протекает смесь газов, и которая содержит монолитную сотовую конструкцию с открытыми ячейками, стенки которых образованы полосами из обладающего высокой термостойкостью металла или керамики и размеры отверстий которых равны или больше размеров отверстий входных и выходных отверстий каналов каталитической структуры, и эта монолитная сотовая конструкция с открытыми ячейками: а) расположена на выходе или на входе или на входе и на выходе каталитической структуры, б) установлена и выполнена таким образом, что в нее упирается один из концов каталитической структуры, при этом она проходит в направлении, перпендикулярном продольной оси каталитической структуры, по существу перекрывая всю торцовую поверхность каталитической структуры, а отверстия ее открытых ячеек сообщаются с каналами каталитической структуры, и в) крепится по своему внешнему краю к стенке реакционной камеры таким образом, что осевая нагрузка, которая на нее действует, воспринимается стенкой реакционной камеры, что позволяет ограничить осевое перемещение каталитической структуры в направлении, параллельном ее продольной оси.

2. Опорная конструкция по п.1, в которой монолитная сотовая конструкция с открытыми ячейками расположена у выходного конца каталитической структуры.

3. Опорная конструкция по п.1, в которой монолитная сотовая конструкция с открытыми ячейками расположена у входного и у выходного концов каталитической структуры.

4. Опорная конструкция по пп.1, 2 или 3, в которой ячейки монолитной сотовой конструкции с открытыми ячейками имеют форму многоугольника.

5. Опорная конструкция по пп.1, 2 или 3, в которой ячейки имеют форму эллипса.

6. Опорная конструкция по пп.1, 2 или 3, в которой ячейки имеют форму круга.

7. Опорная конструкция по п.4, в которой ячейки имеют форму трапеции, треугольника, прямоугольника, квадрата или шестиугольника.

8. Опорная конструкция по п.1, в которой любая одна монолитная сотовая конструкция с открытыми ячейками, расположенная на входе в каталитическую структуру или на выходе из нее, снижает давление проходящего через нее газа меньше, чем приблизительно на 25%.

9. Опорная конструкция по п.8, в которой падение давления газа составляет от приблизительно 5 до приблизительно 15%.

10. Опорная конструкция по п.1, в которой отношение толщины полос, из которых изготовлена монолитная сотовая конструкция с открытыми ячейками, к толщине стенок вытянутых в продольном направлении каналов каталитической структуры составляет от 0,5 до 20.

11. Опорная конструкция по п.10, в которой стенки каналов каталитической структуры и полосы, из которых изготовлена монолитная сотовая конструкция с открытыми ячейками, изготовлены из обладающего высокой термостойкостью металла.

12. Опорная конструкция по п.10, в которой ширина полос, из которых изготовлена монолитная сотовая конструкция с открытыми ячейками, составляет приблизительно от 0,15 до 4 дюймов.

13. Опорная конструкция по пп.1, 2, 3, 11 или 12, в которой показатель деформации монолитной сотовой конструкции с открытыми ячейками составляет от приблизительно 0,0001 до приблизительно 0,05.

14. Опорная конструкция по п.1, в которой средний размер (площадь поперечного сечения) открытых ячеек монолитной сотовой конструкции с открытыми ячейками составляет от приблизительно 0,03 кв.дюйма до приблизительно 2,0 кв.дюйма.

15. Опорная конструкция по п.1, в которой монолитная сотовая конструкция с открытыми ячейками крепится к стенке реакционной камеры через присоединительное устройство, неподвижно соединенное со стенкой реакционной камеры и удерживающее монолитную сотовую конструкцию с открытыми ячейками на месте и допускающее возможность различного по величине теплового расширения монолитной сотовой опорной конструкции с открытыми ячейками в направлении от ее центра в сторону стенки реакционной камеры.

16. Опорная конструкция по п.15, в которой присоединительное устройство представляет собой либо а) выступающий внутрь буртик, выполненный на внутренней стенке реакционной камеры, на который с возможностью скольжения опирается одна из сторон внешнего края монолитной сотовой конструкции с открытыми ячейками, что позволяет компенсировать различное по величине тепловое расширение монолитной сотовой конструкции с открытыми ячейками, либо б) несколько штифтов, которые проходят через стенку реакционной камеры и входят в отверстия, выполненные на внешней поверхности монолитной сотовой конструкции с открытыми ячейками, при этом длина конца штифта, который входит в отверстие, настолько отличается от глубины отверстия, что эта разница позволяет компенсировать различное по величине тепловое расширение монолитной сотовой конструкции с открытыми ячейками.

17. Способ крепления внутри реакционной камеры каталитической структуры, состоящей из большого количества вытянутых в продольном направлении каналов с входными и выходными концами, через которые протекает смесь газов, который включает размещение внутри реакционной камеры у выходного конца каталитической структуры или одновременно у ее выходного и входного концов монолитной сотовой конструкции с открытыми ячейками, стенки которых образованы полосами из обладающего высокой термостойкостью металла или керамики и размеры отверстий которых равны или больше размеров отверстий входных и выходных отверстий каналов каталитической структуры, причем эта монолитная сотовая конструкция с открытыми ячейками: а) установлена и выполнена таким образом, что в нее упирается один из концов каталитической структуры, при этом она проходит в направлении, перпендикулярном продольной оси каталитической структуры, по существу, перекрывая всю торцовую поверхность каталитической структуры, а отверстия ее открытых ячеек сообщаются с каналами каталитической структуры, и б) крепится по своему внешнему краю к стенке реакционной камеры таким образом, что осевая нагрузка, которая на нее действует, воспринимается стенкой реакционной камеры, что позволяет ограничить осевое перемещение каталитической структуры.

18. Способ сгорания углеводородного или другого топлива с образованием горячего газообразного продукта, в котором содержится по крайней мере частично сгоревшее топливо, который включает следующие стадии: а) образование смеси топлива с кислородсодержащим газом, б) пропускание потока газа, представляющего собой смесь содержащего кислород газа и топлива, через монолитную каталитическую структуру, которая расположена в реакционной камере, состоит из большого количества вытянутых в продольном направлении каналов для прохода потока газа и закреплена в реакционной камере с помощью монолитной сотовой конструкции с открытыми ячейками, стенки которых образованы полосами из обладающего высокой термостойкостью металла или керамики и размеры отверстий которых равны или больше размеров отверстий входных и выходных отверстий каналов каталитической структуры, причем эта монолитная сотовая конструкция с открытыми ячейками: 1) расположена на выходе или на входе либо на входе и на выходе каталитической структуры, 2) установлена и выполнена таким образом, что в нее упирается один из концов каталитической структуры, при этом она проходит в направлении, перпендикулярном продольной оси каталитической структуры, по существу перекрывая всю торцовую поверхность каталитической структуры, а отверстия ее открытых ячеек сообщаются с каналами каталитической структуры, и 3) крепится по своему внешнему краю к стенке реакционной камеры, ограничивая осевое перемещение каталитической структуры в направлении, параллельном ее продольной оси.

19. Способ по п.18, в котором монолитная сотовая конструкция с открытыми ячейками расположена у выходного конца каталитической структуры.

20. Способ по п.18, в котором монолитная сотовая конструкция с открытыми ячейками расположена у входного и у выходного концов каталитической структуры.

21. Способ по пп.18, 19 или 20, в котором ячейки монолитной сотовой конструкции с открытыми ячейками имеют форму многоугольника.

22. Способ по пп.18, 19 или 20, в котором ячейки имеют форму эллипса.

23. Способ по пп.18, 19 или 20, в котором ячейки имеют форму круга.

24. Способ по п.21, в котором ячейки имеют форму трапеции, треугольника, прямоугольника, квадрата или шестиугольника.

25. Способ по п.18, в котором любая одна монолитная сотовая конструкция с открытыми ячейками, расположенная на входе каталитической структуры или на выходе из нее, снижает давление проходящего через нее газа не более чем приблизительно на 25%.

26. Способ по п.25, в котором падение давления газа составляет от приблизительно 5 до приблизительно 15%.

27. Способ по п.18, в котором отношение толщины полос, из которых изготовлена монолитная сотовая конструкция с открытыми ячейками, к толщине стенок вытянутых в продольном направлении каналов каталитической структуры составляет от 0,5 до 20.

28. Способ по п.27, в котором стенки каналов каталитической структуры и полосы, из которых изготовлена монолитная сотовая конструкция с открытыми ячейками, изготовлены из обладающего высокой термостойкостью металла.

29. Способ по п.27, в котором ширина полос, из которых изготовлена монолитная сотовая конструкция с открытыми ячейками, составляет приблизительно от 0,25 до 4 дюймов.

30. Способ по пп.18, 19, 20, 28 или 29, в котором показатель деформации монолитной сотовой конструкции с открытыми ячейками составляет от приблизительно 0,0001 до приблизительно 0,05.

31. Способ по п.18, в котором средний размер (площадь поперечного сечения) открытых ячеек монолитной сотовой конструкции с открытыми ячейками составляет от приблизительно 0,03 кв.дюйма до приблизительно 2,0 кв.дюйма.

32. Опорная конструкция, которая предназначена для крепления в реакционной камере многоступенчатой каталитической структуры, состоящей из большого количества имеющихся в каждой ступени вытянутых в продольном направлении каналов с входными и выходным концами, через которые протекает смесь газов, и которая содержит монолитную сотовую конструкцию с открытыми ячейками, стенки которых образованы полосами из обладающего высокой термостойкостью металла или керамики и размеры отверстий которых равны или больше размеров отверстий входных и выходных отверстий каналов каталитической структуры, и эта монолитная сотовая конструкция с открытыми ячейками: а) расположена на выходе каждой ступени каталитической структуры или на входе в первую ступень каталитической структуры и на выходе одной или нескольких ступеней каталитической структуры, включая ее последнюю ступень, б) установлена и выполнена таким образом, что в нее упирается один из концов каталитической структуры, при этом она проходит в направлении, перпендикулярном продольной оси каталитической структуры, по существу, перекрывая всю торцовую поверхность каталитической структуры, а отверстия ее открытых ячеек сообщаются с каналами каталитической структуры, и в) крепится по своему внешнему краю к стенке реакционной камеры таким образом, что осевая нагрузка, которая на нее действует, воспринимается стенкой реакционной камеры, что позволяет ограничить осевое перемещение каталитической структуры в направлении, параллельном ее продольной оси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11