Реактор вертикально-наборной конструкции
Изобретение относится к реактору вертикально-наборной конструкции. Реактор включает компонент реактора, такой как вентилятор, установленный на центральном стержне в камере реактора, содержащий радиальные каналы для направления потока флюида при его прохождении сквозь реактор, эффективно направляющие флюид в радиальном направлении для контакта со стенкой камеры реактора, и компонент реактора, такой как вентилятор, имеющий верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и поверхность внешнего диаметра, так что радиальные каналы заканчиваются у поверхности внешнего диаметра вентилятора, образуя отверстия флюидных каналов, обращенные к реакторной камере. Реактор также может содержать прокладку, имеющую внутренний диаметр и наружный диаметр, которая находится в контакте с верхней поверхностью или нижней поверхностью компонента реактора и радиально выступает за пределы кольцевой поверхности внешнего диаметра компонента реактора. Изобретение обеспечивает повышение теплопередачи реакции и высокую эффективность и производительность реактора. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 22 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Предметом настоящего изобретения являются усовершенствованные реакторы вертикально-наборной конструкции повышенной эффективности и производительности, в частности, усовершенствованные реакторы вертикально-наборной конструкции с расположением компонентов, способствующим повышению теплопередачи и эффективности реакции.
Уровень техники
Реакторы риформинга, типа используемых при производстве водорода, как правило, содержат камеры, подверженные воздействию источника тепла, например, печи, для поддержки эндотермических реакций. Другие типы реакций, такие как экзотермические, могут потребовать применения источника охлаждения, например, охлаждающей рубашки. Камеры реактора могут загружаться керамическими топливными таблетками с катализаторной начинкой или катализаторным покрытием для проведения реакции. Со временем керамические топливные таблетки ломаются и повреждаются, в результате чего в камерах реактора образуется порошок, который может слишком сильно затруднить перемещение потока газа в камерах реактора и оказать отрицательное воздействие на теплопередачу. Кроме того, керамические топливные таблетки ограничены по количеству тепла, которое может быть передано через активную зону камеры реактора. Низкая теплопередача от источника тепла, расположенного вне камер реактора, делает необходимым применение высоких температур печи, т.е. повышает энергозатраты, и стенок камеры реактора, что может привести к сокращению срока службы или снижению рабочих характеристик камер реактора. Неравномерное распределение керамических топливных таблеток в активной зоне реактора может привести к образованию областей с замедленным протеканием реакции и горячих точек на камере, что, в свою очередь, может привести к понижению рабочих характеристик и/или сокращению срока службы. Эффективность и производительность реактора могут значительно снижаться в результате ограниченной теплопередачи и срывов газового потока, вызванных характерными свойствами и конструктивными ограничениями керамических топливных таблеток.
Попытки производителей усовершенствовать керамические топливные таблетки, используемые в камерах реакторов, лишь незначительно улучшили теплопередачу и снижение характеристик, и, таким образом, остается необходимость разработки усовершенствованного носителя катализатора, способствующего улучшению теплопередачи, обеспечивающего большую площадь поверхности и создающего незначительный перепад давлений, который можно было бы легко использовать при небольших затратах. Ниже рассматриваются различные варианты осуществления нанесенных на фольге катализаторов.
Раскрытие изобретения
Предлагается реактор для проведения каталитических реакций. Данный реактор содержит вентилятор, установленный на центральном стержне в камере реактора. Вентилятор может иметь радиальные каналы для направления потока флюида при проходе через реактор. Каналы для прохода флюида эффективно направляют поток флюида в радиальном направлении к стенке камеры реактора, обеспечивая повышение теплоотдачи. Вентилятор имеет верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и поверхность внешнего диаметра. Радиальные каналы, образованные гофрами в вентиляторе, заканчиваются на поверхности внешнего диаметра, образуя отверстия флюидных каналов, например, треугольные отверстия, обращенные к стенке камеры реактора, и, таким образом, повышающие теплопередачу от камеры реактора во внутреннюю часть реактора.
Настоящим изобретением предлагается реактор вертикально-наборной конструкции. Реактор вертикально-наборной конструкции содержит компонент реактора, который имеет верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и поверхность внешнего диаметра. Компонент реактора может быть установлен в камере реактора, например, на центральном стержне, размещенном в центральной области камеры реактора. В контакте с верхней или нижней поверхностью компонента реактора может находиться прокладка, имеющая внутренний диаметр и наружный диаметр. Прокладка может выступать радиально наружу от круглой поверхности внешнего диаметра компонента реактора, таким образом, что наружный диаметр прокладки не контактирует с камерой реактора, в результате чего образуется кольцевой зазор между камерой реактора и окружностью наружного диаметра прокладки.
Краткое описание чертежей
Приведенные ниже чертежи служат для иллюстрации различных аспектов одного или нескольких вариантов осуществления изобретения, но никоим образом не ограничивают настоящее изобретение представленными вариантами.
На Фиг.1 показано поперечное сечение корпуса реактора с попеременно установленными в нем вентиляторами и активными зонами.
На Фиг.2 представлен вид сбоку корпуса реактора с попеременно установленными в нем на центральном стержне вентиляторами и активными зонами для использования в камере реактора.
На Фиг.3 показано перспективное изображение активной зоны, смонтированной на центральном стержне, для использования в камере реактора.
На Фиг.4 показано перспективное изображение установленных друг над другом вентиляторов с прокладками между вентиляторами реактора, для использования в камере реактора.
На Фиг.5 показано перспективное изображение вентилятора с прокладкой, прикрепленной к верхней поверхности вентилятора.
На Фиг.6 показано перспективное изображение вентилятора с прокладкой с распорными выступами, прикрепленной к верхней поверхности вентилятора.
На Фиг.7 показано перспективное изображение части вентилятора с гофрированной прокладкой, прикрепленной к нижней поверхности вентилятора.
На Фиг.8 показан вид сверху части зубчатой прокладки для применения с компонентом реактора.
На Фиг.9 показан вид сверху зубчатой прокладки, прикрепленной к компоненту реактора.
На Фиг.10 показано перспективное изображение зубчатой прокладки с распорными выступами для применения с компонентом реактора.
На Фиг.11 показан вид сверху части компонента реактора с установленной рядом зубчатой прокладкой.
На Фиг.12 показано перспективное изображение части компонента реактора с расположенной рядом зубчатой прокладкой с распорными выступами.
На Фиг.13 показан вид сверху части зубчатой заготовки для формовки зубчатой прокладки или компонента реактора.
На Фиг.14 показана часть зубчатой прокладки, сформованной из зубчатой заготовки, показанной на Фиг.13.
На Фиг.15А представлен вид сбоку корпуса реактора с установленными в нем вертикально на центральном стержне вентиляторами, каждый из которых имеет одну расположенную по окружности выточку.
На Фиг.15В представлен вид сбоку корпуса реактора с установленными в нем вертикально на центральном стержне вентиляторами, каждый из которых имеет несколько расположенных по окружности выточек.
На Фиг.16 представлен вид сбоку корпуса реактора с установленными в нем вертикально на центральном стержне вентиляторами, каждый из которых имеет несколько расположенных по окружности выточек.
На Фиг.17 представлен вид сбоку корпуса реактора с установленными в нем вертикально на центральном стержне вентиляторами, каждый из которых имеет несколько расположенных по окружности выточек.
На Фиг.18 показан вид сбоку корпуса реактора с установленными в нем вертикально на центральных стержнях попеременно вентиляторами и активными зонами, причем один вертикальный стержень имеет внутреннюю полость, в которую входит часть находящегося ниже центрального стержня.
На Фиг.19 показан вид сбоку корпуса реактора с вентиляторами и активными зонами, установленными в нем вертикально на опорно-втулочном узле, в который входит часть находящегося ниже центрального стержня.
На Фиг.20 показан вид сбоку смонтированного на центральном стержне спирального вентилятора для использования в камере реактора.
На Фиг.21 показано поперечное сечение установленного на центральном стержне спирального вентилятора для использования в камере реактора.
Осуществление изобретения
Как принято в настоящем описании, при указании диапазона типа 5-25 имеется в виду, что параметр, о котором идет речь, может быть больше 5 и меньше или равен 25. Материалы для изготовления всех компонентов реактора, о которых пойдет речь ниже, могут включать любые подходящие материалы, применяемые в данной области, например, металлы, цветные металлы, металлическая фольга, сталь, нержавеющая сталь, сплавы, пленки, неметаллические материалы, такие как пластики или стекло, керамика, или комбинации вышеупомянутых материалов.
Описываемые здесь реакторы, называемые реакторами вертикально-наборной конструкции, могут содержать множество компонентов, смонтированных на центральном опорном элементе, типа центрального стержня или сердечника, трубы, штыря и т.п., для формирования монолитного элемента, как правило, круглого поперечного сечения при взгляде в направлении потока жидкости через реактор. Как указано ниже, могут использоваться различные модификации и варианты осуществления реакторов и соответствующих компонентов реакторов.
На Фиг.1 представлен пример конструкции реактора. В камере реактора 2 с внутренней поверхностью стенки 2а и внешней поверхностью стенки 2b (например, в реакционной трубе) размещены компоненты реактора, такие как вентилятор 3 и/или активная зона 4, смонтированные на центральном стержне 5. В целом, реакторная камера 2 известна в данной области техники; она предпочтительно изготавливается из металла типа стали, нержавеющей стали, алюминиевого сплава или сплава "Инконель", или специальных сплавов для центробежного литья типа НР50; в качестве варианта (и предпочтительно, если реакция протекает при низкой температуре, например, при превращении СО в CO2), реакторная камера может быть выполнена из полимерных или пластмассовых материалов. Предпочтительно, реакторная камера представляет собой трубу с поперечным сечением круглой, прямоугольной, овальной или другой формы. Длина реакторной камеры 2 может составлять, по меньшей мере, 0,6, 1, 2, 4, 6, 8, 10 или 12 м, предпочтительно, в диапазоне от 0,6 до 2 м или от 6 до 15 м. Реакторная камера 2 может иметь поперечное сечение круглой формы с внутренним диаметром, по меньшей мере, 25, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 225 или 250 мм и предпочтительно, в диапазоне от 80 до 140 мм. Диаметр реакторной камеры 2, предпочтительно, является постоянным по всей длине камеры.
Компоненты реактора, такие как вентиляторы 3 и активные зоны 4, имеют центральное отверстие, в которое входит центральный стержень 5, таким образом, что данные компоненты могут скользить по центральному стержню 5 и их можно устанавливать в требуемом месте реакторной камеры 2. Длина центрального стержня 5 может равняться длине реакторной камеры 2. В качестве варианта, может быть использовано несколько стержней, например, от 2 до 10, устанавливаемых друг на друга, для заполнения всей длины реакторной камеры 2, что делается с целью компенсации термического расширения данных компонентов. Центральный стержень 5 может иметь поперечное сечение круглой формы с внутренним диаметром, по меньшей мере, 5, 10, 25, 50, 75, 100, 125 или 150 мм, предпочтительно, в диапазоне от 6 до 40 мм. Для обеспечения возможности установки, диаметр центрального отверстия компонентов реактора может быть таким же, как диаметр центрального стержня 5, или немного больше. Кроме того, центральный стержень 5 может содержать кронштейн, втулку, опорную пластину и аналогичные элементы, выполняющие функцию опоры для элементов 3, 4, чтобы они не скользили по центральному стержню 5. Перед вставкой в реакторную камеру 2 на центральном стержне 5 может быть смонтировано любое количество реакторных компонентов 3, 4. Как показано на чертеже, вентиляторы 3 и активные зоны 4 могут устанавливаться вертикально один над другим, образуя переменные слои реакторных компонентов, так что каждый вентилятор 3 находится в контакте с двумя активными зонами 4 и расположен между ними, а данные активные зоны 4 находятся над ним и под ним. Как указано ниже, по желанию, между одним или несколькими компонентами реактора могут быть вставлены шайбы например, каждый вентилятор и активная зона могут быть отделены друг от друга шайбой, причем данная шайба создает открытое пространство между данными компонентами. В качестве варианта, в отличие от попеременного способа установки, реакторные компоненты 3, 4 могут устанавливаться любым способом по желанию, например, на центральном стержне 5 могут устанавливаться все вентиляторы 3 без единой активной зоны 4.
Как правило, в реакторной камере 2 устанавливают от 24 до 400 или более компонентов реактора, например, любым попеременным способом, обеспечивающим возможность прохождения жидкости через каждый компонент реактора, установленный в реакторной камере 2. Например, реакторная камера топливного элемента может содержать от 24 до 72 установленных вертикально один над другим реакторных компонентов. В качестве еще одного примера, реакторная камера водородной риформинг-установки может содержать от 200 до 400 или более установленных вертикально один над другим компонентов реактора. Несмотря на то, что в данном описании и на чертежах компоненты реактора показаны установленными вертикально один над другим, они могут быть смонтированы и другими способами, например, горизонтально, для выполнения требований, предъявляемых определенными технологическими условиями.
Флюид, такой как газ или жидкость, который должен прореагировать, обычно протекает в вертикальном направлении, либо сверху вниз, либо снизу вверх, по желанию, по реакторной камере 2 и через каждый компонент 3, 4, установленный на центральном стержне 5. Реакторные компоненты 3, 4 отклоняют флюид от вертикального направления прохождения с целью повышения теплопередачи, например, вентиляторы 3 направляют поток флюида радиально (перпендикулярно общей вертикали) по направлению к стенке реакторной камеры. Как показано, флюид поступает в реакторную камеру 2 через отверстие или вход 7a, проходит через установленные вертикально друг над другом вентиляторы 3 и активные зоны 4, и выходит из реакторной камеры 2 через отверстие 7b. Предпочтительно, поперечные габариты вентиляторов 3 и активных зон 4 таковы, что данные компоненты полностью или практически полностью заполняют площадь поперечного сечения реакторной камеры 2. Вентиляторы 3 и активные зоны 4 могут контактировать с внутренней поверхностью 2a стенки реакторной камеры 2, что способствует эффективной передаче тепла от внешней поверхности реактора к его внутренним компонентам 3, 4 и находящемуся внутри них флюиду. Если вентилятор 3 имеет круглую форму, то диаметр его поперечного сечения может составлять, по меньшей мере, 20, 50, 100, 150, 200 или 250 мм, и предпочтительно, в диапазоне от 80 до 135 мм. Высота вентилятора 3 может составлять, по меньшей мере, 7, 15, 30, 45, 60 или 65 мм, предпочтительно, в диапазоне от 20 до 40 мм. Если активная зона 4 имеет круглую форму, то диаметр ее поперечного сечения может составлять, по меньшей мере, 20, 50, 100, 150, 200 или 230 мм, и предпочтительно, в диапазоне от 60 до 120 мм. Высота активной зоны 4 может составлять, по меньшей мере, 6, 15, 30, 45, 60 или 80 мм, предпочтительно, в диапазоне от 10 до 30 мм.
Предпочтительно, устанавливаемые в реакторной камере 2 вентиляторы 3 имеют диаметр меньше внутреннего диаметра реакторной камеры 2, что делается с целью создания зазора 8 или свободного пространства между внешней кромкой или поверхностью 3a вентиляторов 3 и внутренней поверхностью 2a стенки реакторной камеры 2. Зазор 8 между поверхностью 3a по внешнему диаметру вентиляторов 3 и внутренней поверхностью 2a стенки реакторной камеры 2 может составлять, по меньшей мере, 1, 2, 3, 5, 10 или 15 мм, и предпочтительно, в диапазоне от 1 до 8 мм. Как указывается ниже, зазор 8 способствует теплопередаче и вынуждает флюид, движущийся к внутренней поверхности 2a стенки 2 реактора, перемещаться обратно вовнутрь реактора. Иными словами, зазор 8 служит для изменения направления прохождения потока флюида на 180 градусов при вхождении потока в контакт с внутренней поверхностью 2a стенки реакторной камеры 2.
Направление потока флюида через реакторную камеру 2 можно также изменить путем добавления уплотнения 6 на внешнюю кромку реакторного компонента, например, активной зоны 4, чтобы флюид не проходил между внешней поверхностью окружности каждой активной зоны и внутренней поверхностью 2a стенки реакторной камеры 2. Таким образом, уплотнения 6 предупреждают обтекание флюидом активных зон 4 по периметру. Уплотнения 6 направляют поток флюида через каждую активную зону 4 и внутрь каждого указанного компонента, то есть в вентилятор 3, установленный под или над активной зоной 4, в зависимости от направления прохождения флюида. Предпочтительно, уплотнения 6 устанавливают на внешнем диаметре каждой активной зоны 4; данные уплотнения имеют форму обода, закрывающего всю вертикальную кромку периферийного участка активной зоны и часть боковой верхней или нижней поверхности вблизи внешнего диаметра активной зоны 4. Как показано, вентиляторы 3 не имеют уплотнений для предупреждения прохода флюида между внешней боковой поверхностью 3a и внутренней поверхность. 2a стенки реакторной камеры 2. Поскольку вентиляторы не имеют уплотнений, поток флюида направлен к стенке реакторной камеры, что способствует передаче тепла извне во внутреннюю часть реактора. Ниже описаны возможные варианты исполнения различных элементов конструкции в различных вариантах осуществления изобретения.
Вертикально-наборная конструкция вентиляторов и/или активных зон служит для улучшения передачи тепла для проведения каталитических реакций. Сами по себе компоненты реактора 1, таким как вентиляторы 3 или активные зоны 4, могут быть покрыты катализатором с целью эффективного распределения катализатора по большей части объема жидкости, проходящей через реактор. Предпочтительно, уплотнения не покрывают катализатором. Каталитические материалы хорошо известны в данной отрасли техники; в качестве данных материалов могут применяться никель, палладий, платина, цирконий, родий, рутений, иридий, кобальт и оксид алюминия. Образование порошка вследствие расширения и сжатия в вертикально-наборной конструкции реакторных компонентов 3, 4 является маловероятным, поскольку отсутствует единая масса керамической топливной таблетки, образующей уплотненный слой. При такой конструкции также маловероятно, что расширение и сжатие реакторной камеры 2 будет оказывать какой-либо эффект на катализатор.
В целях повышения эффективности, различные каталитические реакции и процессы в реакторе 1 проводятся при различных предпочтительных температурах. Соответственно, выбор реакторной камеры 2, вентиляторов 3, активных зон 4 и других элементов производится в зависимости от окружающих условий (температуры, давления, скорости, газо-жидкостного фазового состава флюида), влиянию которых, как предполагается, они будут подвержены. Подходящими материалами являются те, которые работают эффективно, или наиболее эффективно, или эффективно/наиболее эффективно при каких-либо условиях, и могут эффективно работать при температурах, по меньшей мере, -20, -10, 0, 4, 10, 15, 20, 25, 30, 50, 80, 100, 150, 200, 250, 300 или 350°C и при температурах технологического процесса не выше 1000, 900, 700, 500, 400, 350, 300, 250, 200, 150, 100, 80, 50, 30 или 27°C.
На Фиг.2 схематично показана загруженная реакторная обойма 10 с установленным в ней определенным количеством вентиляторов 3 и активных зон 4 в переменном порядке друг над другом на центральном стержне 5, предназначенная для вставки в реакторную камеру, например, как показано на Фиг.1. На центральном стержне 5 предусмотрена опорная пластина 9, установленная в его нижней части и служащая опорой для ряда вентиляторов 3 и активных зон, установленных вертикально друг над другом на центральном стержне 5. Как показано, опорная пластина 9 может быть круглой, типа диска или тарелки, с отверстием для установки на центральный стержень 5. При взгляде снизу, пластина 9 может представлять собой сплошной диск или иметь другие отверстия, чтобы флюид мог проходить через нее и поступать в центральную часть реакторного компонента, например, вентилятора. Например, пластина 9 может иметь выполненные в ней отверстия, каналы или треугольные отверстия, образующие конфигурацию типа втулки со спицами. Диаметр круглой пластины 9 больше диаметра центрального стержня 5, так что нижняя поверхность вентилятора 3 или активной зоны 4 может опираться непосредственно на верхнюю поверхность опорной пластины 9. Диаметр опорной пластины 9 может быть любым, даже может равняться внутреннему диаметру реакторной камеры.
Опорная пластина 9 может крепиться или устанавливаться на месте с помощью втулки 10, расположенной непосредственно под опорной пластиной 9. Втулка 10 выполняет функцию упора для опорной пластины 9, так что опорная пластина скользит по центральному стержню 5 и останавливается при контакте с закрепленной втулкой 10. Втулка 10 может быть регулируемой, т.е. в зависимости от количества реакторных компонентов, надетых на центральный стержень 5, требуемое положение втулки 10 на центральном стержне 5 может меняться. Предпочтительно, опорная пластина может быть прикреплена к центральному стержню 5 в заданном положении без возможности отсоединения. Например, опорная пластина 9 может быть приварена к центральному стержню 5, или может быть составным элементом конструкции данного центрального стержня 5.
В представленном на Фиг.3 одном из вариантов осуществления изобретения показана спирально-намотанная активная зона 4, установленная на центральном стержне 5, для использования в реакторной камере. Данная активная зона 4 может быть выполнена путем наматывания металлической фольги, например, плоской, рифленой или гофрированной металлической фольги, относительно ее центра или опорной трубы 11, которую можно надевать на центральный стержень 5. Например, металлическая фольга может быть прикреплена к опорной трубе 11 посредством сварки. Металлическую фольгу можно наматывать на опорную трубу 11 до тех пор, пока не будет получен требуемый диаметр активной зоны 4. В целях облегчения сборки, может использоваться дополнительная опорная труба 11, либо прикрепленная, либо неприкрепленная к активной зоне, для заполнения любого пустого пространства между внутренним диаметром стенки активной зоны 4 или вентилятора и внешним диаметром стержня 5. Спиральное наматывание активной зоны создает один или более кольцевых каналов, так что флюид может входить в один торец 12а активной зоны 4 и выходить из другого торца 12b активной зоны 4.
Количество и плотность кольцевых каналов можно регулировать, как известно в данной отрасли, степенью плотностью намотки металлической фольги вокруг центра или опорной трубы 11. Толщину металлической фольги для формирования активных зон 4 можно выбирать таким образом, чтобы получить оптимальное количество каналов, например, тонкая металлическая фольга обеспечивает создание большего количества каналов для прохода флюида, чем более толстая металлическая фольга. Предпочтительно, активные зоны 4 имеют высокую плотность площади поверхности, и, таким образом, при покрытии катализатором обеспечивают каталитическую активность. На центральном стержне 5 можно разместить любое желаемое количество активных зон 4, чередующихся с одним или несколькими вентиляторами 3.
В другом варианте осуществления, представленном на Фиг.4, показаны несколько вентиляторов 3, установленных вертикально один на другой на центральный стержень (не показан). Каждый вентилятор 3 имеет верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, которые установлены таким образом, что нижняя поверхность одного вентилятора 3 либо расположена рядом, либо находится в непосредственном контакте с верхней поверхностью другого вентилятора, установленного прямо под ним. Таким образом, в зависимости от топографии верхней или нижней поверхностей вентилятора 3, которая может быть неровной или практически плоской, вся верхняя поверхность вентилятора, или, по меньшей мере, часть данной поверхности, непосредственно контактирует с верхней или нижней поверхностью другого вентилятора, в зависимости от того, расположен он снизу или сверху. В случае если вентиляторы разделены прокладками, по меньшей мере, часть верхней или нижней поверхности вентилятора находится в непосредственном контакте с верхней или нижней поверхностью прокладки.
Смонтированные на опорной трубе 11 вентиляторы 3 имеют множество радиальных каналов 13a и 13b, служащих для прохода флюида через реактор. Как показано на рисунке, радиальные каналы имеют примерно треугольную форму и отходят в сторону от опорной трубы 11, образуя круглое поперечное сечение при взгляде сверху вентилятора 3. Указанные радиальные каналы заканчиваются у внешнего диаметра каждого вентилятора, образуя отверстия треугольной формы рядом с внутренней поверхностью стенки камеры реактора. При направлении потока сверху и взгляде снизу, поток флюида входит в один торец 14a колонны вентиляторов 3, проходит в радиальном направлении по треугольным каналам, заканчивающимся отверстиями 13a у внешнего диаметра вентиляторов, входит в контакт с поверхностью реакторной камеры, огибает разделительную стенку, входит в другое треугольное отверстие 13b, проходит в радиальном направлении к центру вентилятора и таким же образом поступает в следующий вентилятор и/или активную зону, пока не выйдет на другом торце 14b колонны вентиляторов 3. В одном из способов осуществления, показанном на Фиг.4, вентиляторы 3 установлены вертикально один над другим таким образом, что открытые вверх части 13a треугольных каналов одного вентилятора совмещены по вертикали с открытыми вниз частями 13b треугольных каналов другого вентилятора 3, расположенного непосредственно над или под первым.
Предпочтительно, между верхними или нижними поверхностями каждого вентилятора 3 помещают плоские прокладки 15. В зависимости от задач сборки, как указано ниже, прокладки могут быть прикреплены к вентилятору или могут устанавливаться между вентиляторами неприкрепленными. На Фиг.4 изображены плоские прокладки 15, прикрепленные к нижним поверхностям вентиляторов 3, а на Фиг.5 показана плоская прокладка 15, прикрепленная к верхней поверхности вентилятора 3. Наличие плоской прокладки 15 обеспечивает дополнительную прочность конструкции колонны вентиляторов 3. Размеры плоских прокладок 15, как и других различных прокладок, описанных ниже, выбираются таким образом, чтобы можно было обеспечивать различные положения относительно верхней или нижней поверхности компонента реактора. Например, внешний диаметр прокладки 15 может быть меньше, равен или больше внешнего диаметра вентилятора 3. Как показано на рисунке, внешний диаметр плоской прокладки 15 равен внешнему диаметру вентилятора 3.
При работе колонну вентиляторов 3 с плоскими прокладками 15 помещают на центральный стержень, и заряженную реакторную обойму вставляют в камеру реактора. Как указывалось выше, внешний диаметр плоских прокладок выбирают равным или немного меньше внутреннего диаметра камеры реактора. Например, внешний диаметр плоской прокладки 15 может составлять, по меньшей мере, 25, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 225 или 250 мм, предпочтительно, в диапазоне от 80 до 140 мм. Ширина кольца плоской прокладки 15 может быть равной, по меньшей мере, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 или 40 мм, предпочтительно, в диапазоне от 6 до 12 мм. Внутренний диаметр плоской прокладки 15 может составлять от 20 до 245 мм, или выбираться таким, как того требуют желаемая ширина и внешний диаметр, как было указано выше. При установке на верхнюю или на нижнюю поверхность вентилятора, внешний диаметр плоской прокладки может быть, по меньшей мере, на 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 или 40 мм меньше внешнего диаметра вентилятора, чтобы обеспечить беспрепятственное прохождение потока флюида по внешней стенке вентилятора. В качестве варианта, прокладка может выступать наружу за внешний диаметр вентилятора, чтобы создавать зазор между внешним диаметром прокладки 15 и внутренней поверхностью стенки камеры реактора. Данный зазор может составлять, по меньшей мере, 1, 2, 3, 5, 10 или 15 мм, предпочтительно, в диапазоне от 1 до 8 мм. Посредством изменения величины создаваемого прокладкой зазора можно регулировать перепад давления. Наличие зазора гарантирует, что часть флюида, проходящего через реактор, при обтекании прокладки обходит ее по периметру, то есть через зазор. Обхождение прокладки флюидом, как правило, не способствует повышению теплопередачи, в то время как перетекание флюида вокруг внешней поверхности вентилятора обеспечивает значительную теплопередачу вследствие турбулентности потока, создаваемой гофрированной поверхностью вентилятора, а также в результате того, что поток в вентиляторе направлен радиально наружу от жидкостных каналов.
Плоские прокладки 15 могут быть расположены рядом, но не находиться в контакте с внутренней поверхностью стенки камеры реактора, так что значительная часть общего потока флюида проходит радиально по открытым вверх треугольным каналам вентилятора 3 и входит в контакт со стенкой камеры реактора, а затем частично изменяет направление, либо поступая в открытые вниз треугольные каналы вентилятора 3, либо обтекая внешний диаметр прокладки. Плоские прокладки 15 обеспечивают, что значительная часть потока флюида проникает в центральную часть вентилятора. Плоские прокладки 15, предпочтительно, со значительной открытой центральной частью, как показано на рисунке, позволяют изменившему направление потоку флюида пройти обратно в треугольные каналы вентилятора 3, расположенные над или по данным вентилятором, в зависимости от направления потока через реактор, в результате чего флюид снова заполняет центр вентилятора. Когда поток флюида проходит в радиальном направлении к стенке камеры реактора, он смешивается с частью флюида, обошедшей внешний диаметр прокладки. Как показано на Фиг.4 и 5, вентиляторы 3 можно подготовить посредством первоначального выбора гофрированной (или ребристой) металлической фольги. Как показано, гофры полосы металлической фольги могут иметь в значительной степени плоскую поверхность, или, в качестве варианта, иметь рифленую, неровную поверхность. Гофрированную полоску металлической фольги можно развернуть веером, таким образом, чтобы образовать кольцо или кольцевой диск с центральным отверстием, в который будет вставлен центральный стержень. Внутренняя поверхность вентилятора может быть прикреплена к опорной трубе 11, например, сваркой, для образования конструктивного несущего элемента вентилятора и создания отверстия, в которое будет вставляться центральный стержень при сборке. Опорная труба также может располагаться внутри вентилятора 3 без закрепления, чтобы заполнять любое пустое пространство, которое может образовываться при посадке вентилятора на центральный стержень. Развернутое кольцо также имеет поверхность внутреннего диаметра с каналами треугольного профиля, если смотреть вдоль поверхности внешнего диаметра вентилятора.
На Фиг.6 показан еще один возможный вариант исполнения прокладки, отличающийся тем, что в конструкцию прокладки на внешнем диаметре введены распорные выступы 15a. Как показано на рисунке, данные распорные выступы отходят радиально в стороны от внешнего диаметра прокладки 15. Данные распорные выступы 15a могут выступать от внешнего диаметра в радиальном направлении на величину, по меньшей мере, 1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25 или 30 мм, предпочтительно, в диапазоне от 1 до 8 мм. Ширину распорного выступа 15a можно выбирать по желанию. Распорные выступы 15а могут быть прикреплены к внешнему диаметру прокладки 15, например, посредством сварки, или, в качестве варианта, распорные выступы могут являться неотъемлемой частью прокладки.
Прокладка 15 может иметь один или несколько распорных выступов 15a, например, прокладка может иметь, по меньшей мере, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10 или более распорных выступов 15a. Данные распорные выступы 15а предупреждают возможность контакта компонента реактора с внутренней поверхностью стенки камеры реактора. Например, если внешний диаметр прокладки 15 равен внешнему диаметру вентилятора 3 и установлен заподлицо с ним, как показано, длина распорных выступов 15a обеспечивает сохранение минимального расстояния между внешним диаметром вентилятора и внутренней поверхностью камеры реактора. В другом способе осуществления внешний диаметр прокладки может быть меньше внешнего диаметра вентилятора. В таком случае, распорные выступы должны быть длиннее, чтобы обеспечивать зазор между внешним диаметром вентилятора и внутренней стенкой камеры реактора. В обоих примерах прокладка должна быть прикреплена к вентилятору, чтобы избежать вероятности скольжения вентилятора по прокладке во время работы и его контактирования с внутренней стенкой камеры реактора.
На Фиг.7 показана гофрированная прокладка 16, прикрепленная к нижней поверхности вентилятора 3, для использования в камере реактора. В качестве варианта, гофрированная прокладка 16 может быть прикреплена и к верхней поверхности вентилятора, например, с помощью сварки. Как показано на рисунке, гофрированная прокладка 16 выступает в радиальном направлении за внешний диаметр вентилятора 3. Предпочтительные размеры гофрированной прокладки 16 могут быть такими же или приблизительно такими же, как было указано выше для плоской прокладки 15. Гофрированная прокладка 16, как и плоская прокладка 15, показанная на Фиг.4-6, может быть установлена на верхней или нижней поверхностях вентилятора, чтобы обеспечить определенный зазор между внешним диаметром прокладки и внутренней поверхностью стенки камеры реактора, таким образом, чтобы регулировать, в соответствии с необходимостью, перепад давлений и расход флюида, перетекающего через прокладку.
Хотя и не показан, в еще одном варианте исполнения к гофрированной кольцевой прокладке 16 может быть прикреплен разделитель, например, во впадинах или выступах гофрированной нижней поверхности. В качестве разделителя может быть использована проволока, кусок металла, например, прямоугольная шпонка, или аналогичная деталь. Например, кусок металлической проволоки может быть приварен к прокладке 16 таким образом, чтобы данный разделитель выступал наружу, то есть в радиальном направлении, за пределы внешнего диаметра прокладки 16 и компонента реактора, к которому может быть приварена прокладка, в сторону к поверхности внутренней стенки камеры реактора. Длина остальной части разделителя, на выходящая за внешний диаметр, может быть выбрана любой, предпочтительно, не больше ширины кольца прокладки 16, чтобы данный разделитель не высовывался внутрь за внутренний диаметр прокладки 16. Длину металлической проволоки можно регулировать с целью обеспечения требуемой длины проволоки, выходящей за внешний диаметр прокладки 16 и/или реакторного компонента, чтобы обеспечить требуемый зазор между прокладкой 16 и стенкой камеры реактора. Предпочтительно, разделитель может выступать от внешнего диаметра прокладки на величину, по меньшей мере, 1, 2, 3, 5, 10 или 15 мм, предпочтительно, в диапазоне от 1 до 8 мм.
На Фиг.8 показана часть зубчатой прокладки 18 для использования совместно с компонентом реактора, например, с вентилятором 3. Предпочтительно, внешний диаметр зубчатой прокладки 18 прокладок выбирают равным или немного меньше внутреннего диаметра камеры реактора. Например, внешний диаметр зубчатой прокладки 18 может составлять, по меньшей мере, 25, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 225 или 250 мм, предпочтительно, в диапазоне от 80 до 140 мм. Ширина кольца зубчатой прокладки 18 может быть равной, по меньшей мере, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 или 40 мм, предпочтительно, в диапазоне от 6 до 12 мм. Внутренний диаметр зубчатой прокладки 18 может составлять от 20 до 245 мм, или выбираться таким, как того требуют желаемая ширина и внешний диаметр, как было указано выше. Зубчатая прокладка 18 может иметь впадины или вырезы 19 в своем внешнем диаметре для обеспечения возможности прохода флюида по периметру прокладки. Вырезы 19 могут иметь любую форму, например, квадратную, треугольную, изогнутую, или комбинации указанных форм, и могут иметь любые размеры, то есть ширину и глубину вырезов 19 можно изменять по желанию. Например, глубина данных вырезов 19 может составлять, по меньшей мере, 1, 2, 3, 5, 10 или 15 мм, предпочтительно, в диапазоне от 1 до 8 мм. Как показано на Фиг.8, вырезы 19 обычно имеют треугольную форму.
Зубчатая прокладка 18 предпочтительно устанавливается на компонент реактора таким образом, чтобы весь вырез 19 или его часть выдавалась в радиальном направлении за внешний диаметр компонента реактора. Например, данные вырезы 19 могут выступать, по меньшей мере, на величину, 1, 2, 5, 10 или 15 мм за внешний диаметр вентилятора 3. Глубина вырезов 19 прикрепленной к вентилятору зубчатой прокладки 18 обеспечивают требуемый зазор между внешним диаметром вентилятора 3 и внутренней поверхность. стенки камеры реактора, что дает возможность регулирования расхода флюида и перепада давлений. Вырезы 19 также позволяют флюиду протекать между данными вырезами 19 в жидкостные каналы вентиляторов, установленных над или под прокладкой 18, в зависимости от направления потока флюида в реакторе. Посредством изменения глубины и ширины вырезов 19 можно регулировать перепад давлений и расход флюида, перетекающего по внешнему диаметру прокладки.
Как показано на рисунке, зубчатая прокладка 18 может быть гофрированной, чтобы в нее при сборке входили выступы или впадины жидкостных каналов, таких как треугольные жидкостные каналы, вентилятора или компонента реактора. Например, на Фиг.9 показана зубчатая прокладка 18, прикрепленная к верхней поверхности вентилятора 3. Гофровые выступы и впадины зубчатой прокладки 18 совпадают с зубчатой и гофрированной верхней поверхностью открытых вниз треугольных каналов для прохода флюида вентилятора 3, чтобы обеспечить индивидуальную сборку. Для того, чтобы соответствовать форме вентилятора 3 или каналов для прохода флюида компонента реактора, размер гофра зубчатой прокладки 18 может составлять, по меньшей мере, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 или 13 мм, предпочтительно, в диапазоне от 2 до 7 мм.
В еще одном варианте осуществления, представленном на Фиг.10, показана часть зубчатой прокладки 20 для использования совместно с компонентом реактора, предпочтительно, с вентилятором 3 из ребристой фольги. Например, зубчатая прокладка 20 может быть прикреплена к вентилятору 3, как показано на Фиг.4-7, или может использоваться с ребристой фольгой спиральной формы. Зубчатая прокладка 20, предпочтительно, имеет такой же внешний диаметр, внутренний диаметр и ширину кольца, что и прокладка 18, показанная на Фиг.8 и 9 и рассмотренная выше.
Зубчатая прокладка 20 может иметь распорные выступы 22 для обеспечения заданного зазора между внешним диаметром вентилятора 3 и внутренней поверхностью стенки камеры реактора; крайние концы данных распорных выступов находятся в непосредственном контакте с внутренней поверхностью стенки камеры реактора. Величина распорных выступов 22, замеренная от внешнего диаметра треугольных гофров 24 зубчатой прокладки 20, может составлять, по меньшей мере, 1, 2, 3, 5, 10 или 15 мм, предпочтительно, в диапазоне от 1 до 8 мм. Данные распорные выступы 22 могут быть прикреплены к зубчатой прокладке 20, например, с помощью сварки, или могут быть неотъемлемой частью прокладки. Как показано на рисунке, распорные выступы 22 расположены на плоских секциях 23 прокладки 20. Данные плоские секции 23 обеспечивают контактную поверхность для крепления зубчатой прокладки 20 к компоненту реактора, например, к вентилятору 3. Например, одна или несколько плоских секций 23 могут быть приварены к верхней или нижней поверхности вентилятора 3 аналогично тому, как это показано на Фиг.4-7.
Между плоскими секциями 23 зубчатой прокладки расположены остроугольные гофрированные выступы 25. Данные остроугольные гофрированные выступы 25 обеспечивают гибкость зубчатой прокладки 20, так что ее можно изгибать при установке совместно с конкретным компонентом реактора. При работе данные остроугольные гофрированные выступы 25 входят в радиальные каналы прохода флюида компонента реактора. Как показано на Фиг.11, остроугольные гофрированные выступы 25 входят в каналы для прохода флюида ребристой фольги 27 для использования в камере реактора.
На Фиг.11 показана часть ребристой фольги, как она выглядит при взгляде со стороны внутренней стенки камеры реактора. Ребристая фольга 27 является гофрированной, что сделано с целью создания дискретных каналов 28, 29 для прохода флюида при прохождении флюида через реактор. Зубчатая прокладка 20 может быть прикреплена к ребристой фольге посредством приваривания плоских секций 23 к краям каналов 28, 29 для прохода флюида. Предпочтительно, прокладку 20 прикрепляют к ребристой фольге 27 таким образом, что основание распорного выступа 22 начинается на внешнем диаметре ребристой фольги 27, и при этом распорный выступ выступает наружу от внешнего диаметра ребристой фольги 27 по направлению к внутренней поверхности стенки камеры реактора, и, предпочтительно, касается данной внутренней поверхности. Например, на Фиг.12 показано перспективное изображение части ребристой фольги 27, представленной на Фиг.12, с распорными выступами 22, выступающими наружу (в радиальном направлении) от внешнего диаметра ребристой фольги 27. Как указывается ниже для Фиг.20 и 21, компонент реактора или ребристая фольга может быть спирально намотана с кольцевой зубчатой прокладкой 20 для вставки в камеру реактора.
Как указывалось, в настоящем документе раскрываются различные варианты осуществления прокладок, предназначенных для применения совместно с компонентами реактора. Способ формирования зубчатой прокладки может включать в себя этап выбора листа металлической фольги, то есть плоского листа металлической фольги, длина и ширина которого позволяют сформировать зубчатую прокладку требуемых размеров. В одном из примеров, ширина металлической фольги, по меньшей мере, в два раза больше требуемой ширины кольца одиночной зубчатой прокладки, описанной выше. Затем по всей длине металлической фольги по прямой пробивают ряд отверстий, в результате чего получают перфорированную металлическую фольгу 30. Данные отверстия 32 могут находиться на расстоянии друг от друга или непосредственно рядом друг с другом, в зависимости от расположения и размеров гофров и вырезов в окончательно изготовленной прокладке. Диаметр отверстий 32 выбирают таким образом, чтобы обеспечить требуемый зазор, который при работе равен расстоянию между внешним диаметром компонента реактора и стенкой камеры реактора. Затем перфорированную металлическую фольгу 30 можно разделить или разрезать на две ленты 30а и 30b фольги с вырезами. Предпочтительно, разделение или разрезание перфорированной металлической фольги 30 производят по центральному диаметру перфорированных отверстий 32.
Полоски 30a и 30b металлической фольги с вырезами могут быть гофрированными, как показано на Фиг.14. Углы расположения гофра и плотность гофра на полосках металлической фольги с вырезами могут быть различными, например, гофровые выступы могут располагаться на каждой стороне одного выреза 36. Как показано на рисунке, гофровые выступы на полоске ЗОЬ металлической фольги с вырезами могут располагаться в центре каждого выреза 36 на каждой стороне выреза, хотя такое расположение гофровых выступов не является обязательным, поскольку расход флюида, перетекающего через край прокладки, определяется размерами вырезов 19 и плотностью их расположения. Затем из гофрированных полосок металлической фольги с вырезами можно сформировать кольца, чтобы создать зубчатую прокладку для крепления ее к компоненту реактора, например, к вентилятору или к ребристой фольге.
По другому варианту осуществления, можно использовать металлическую фольгу шириной, по меньшей мере, вдвое больше требуемого радиуса вентилятора или ребристой фольги. Как и в способе формирования прокладки, более широкую металлическую фольгу перфорируют, создавая ряд отверстий по центру по всей длине, а затем фольгу разделяют по этим отверстиям, получая две полоски с вырезами. Затем данные полоски с вырезами можно гофрировать и развернуть веером в кольцо, создавая, таким образом, вентилятор, диаметр которого равен удвоенной ширине полоски с вырезами, с учетом глубины вырезов и радиуса центрального отверстия. В зависимости от глубины вырезов, определяемой диаметром перфорированных отверстий в металлической фольге, можно создать зубчатый вентилятор, на внешнем диаметре которого будут расположены вырезу по всей высоте поверхности внешнего диаметра, создающие зубчатую кромку с заданным зазором. Зубчатый вентилятор можно также оснастить прокладкой, однако, вырезов вентилятора вполне достаточно для создания требуемого зазора между внешним диаметром вентилятора и внутренней поверхностью стенки камеры реактора.
Ниже будут рассмотрены различные варианты осуществления изобретения, касающиеся показанных на Фиг.15-17 способов формирования вертикально-наборной конструкции компонентов в камере реактора. В приведенном ниже описании выражения "поясок" и "передний край" являются взаимозаменяемыми. На Фиг.15 показан ряд вентиляторов 40, собранных в вертикальную колонну на центральном стержне 44 в реакторной камере 42. На поверхности внешнего диаметра вентиляторов 40 имеется один паз 45, расположенный равномерно по периметру вентилятора. Паз 45 создает зазор между поверхностью внешнего диаметра вентилятора 40 и стенкой камеры 42 реактора. Радиальная глубина паза 45 может составлять, по меньшей мере, 1, 2, 3, 5, 10 или 15 мм, предпочтительно, в диапазоне от 1 до 8 мм. Глубина паза 45 также соответствует длине зазора между поверхностью внешнего диаметра вентиляторов 40 и внутренней стенкой реакторной камеры 42. Высота паза 45 может быть любой, меньше общей высоты вентилятора 40; предпочтительно, высота паза 45 может составлять, по меньшей мере, 4, 10, 20, 30, 40 или 50 мм, предпочтительно, в диапазоне от 10 до 30 мм.
При виде сбоку в поперечном сечении, вентиляторы 40 имеют верхний и нижний пояски 46a и 46b, соответственно. Верхний и нижний пояски 46a и 46b выступают вперед в радиальном направлении по всему периметру вентиляторов 40 и определяют высоту пазов 45. Предпочтительно, как показано на рисунке, чтобы пояски 46a, 46b вентиляторов 40 находились в контакте с внутренней поверхностью стенки реакторной камеры 42. Находясь в контакте с внутренней поверхностью стенки реакторной камеры 42, пояски 46a, 46b вентиляторов 40 обеспечивают зазор между углубленной частью или пазом 45 вентилятора и стенкой реактора, и в данном зазоре флюид, проходящий по реактору в каждый вентилятор 40, может протекать по всей поверхности внешнего диаметра вентилятора. Таким образом, флюид может контактировать с камерой 42 реактора в пазах 45, чем обеспечивается повышение теплопередачи перед тем, как флюид изменит направление течения и поступит обратно в активную зону реактора. В качестве варианта, пояски могут находиться на расстоянии от стенки камеры 42 реактора. Высота верхнего и нижнего поясков 46а, 46b может составлять, по меньшей мере, 2, 4, 8, 10, 15, 20, 30 или 35 мм, предпочтительно, в диапазоне от 5 до 20 мм.
В вертикально-набранной конструкции, показанной на Фиг.15А, между всеми вентиляторами 40 установлены прокладки 41, так что либо верхняя поверхность, либо нижняя поверхность каждого вентилятора 40, или часть указанных поверхностей, контактирует с прокладкой 41. Как показано на рисунке, внешний диаметр прокладок 41 равен минимальному диаметру вентилятора 40, то есть диаметру паза 45. В качестве варианта, диаметр прокладок 41 может быть больше или меньше минимального диаметра паза 45.
На Фиг.15В показана колонна вертикально-набранных вентиляторов 40, установленных на центральном стержне 44 в камере 42 реактора. На боковой поверхности по внешнему диаметру данных вентиляторов 40 имеется четыре паза 45, расположенных равномерно по периметру вентилятора. Хотя вентиляторы в представленной в конфигурации имеют четыре паза, они могут иметь любое количество пазов, которое определяется высотой используемого вентилятора и перепадом давлений по всей длине реактора. Например, вентилятор 40 может иметь, по меньшей мере, 1, 2, 3, 3, 5, 6, 7, 8 или более пазов. Пазы 45 могут иметь высоту и глубину такие же, как было указано для пазов, представленных на Фиг.15.
Показанные на Фиг.15В вентиляторы 40 имеют верхний, средний и нижний пояски 46a, 46c и 46b, соответственно. Пояски 46a, 46b, 46c, предпочтительно, контактируют с камерой 42 реактора для обеспечения зазора между углубленными частями периметра или пазами 45 и стенкой камеры реактора, чтобы флюид мог перетекать по периметру каждого вентилятора 40. Пояски 46a, 46b, 46c могут иметь такую же высоту, как было указано для пояска, показанного на Фиг.15А. Пояски 46a, 46b, 46c проходят по всему периметру каждого вентилятора 40, создавая пазы 45, причем на каждом вентиляторе 40 средние пояски 46 с расположены между верхним и нижним поясками 46a, 46b. На Фиг.15 показаны только вертикально-собранные вентиляторы 40c 4 пазами, но вертикальная колонна также может содержать вентиляторы с большим или меньшим количеством пазов, установленные в любом порядке. Каждый вентилятор 40 отделен прокладкой 41.
В другом варианте осуществления на Фиг.16 показаны смонтированные на центральном стержне 44 и разделенные прокладками 41 вентиляторы 40, установленные в камере 42 реактора. Данные вентиляторы 40 имеют лишь один поясок 48, расположенный в верхней части каждого вентилятора 40. Часть поверхности внешнего диаметра вентилятора 40, отделенная от пояска 48, представляет собой впадину, или паз 49, создающий радиальный зазор по периметру каждого вентилятора 40. В собранном состоянии поясок 48 одного вентилятора 40 расположен рядом с нижней частью установленного непосредственно над ним другого вентилятора 40. Таким образом, поясок 48 одного вентилятора 40, в собранном состоянии прилегающего к другому вентилятору 40, определяет высоту одного паза 49, как показано на рисунке. Паз 49 и поясок 48 вентиляторов 40 могут иметь такие же размеры, как указывалось выше для конфигурации, показанной на Фиг.15А. При необходимости, вентиляторы 40, показанные на Фиг.16, можно использовать совместно с вентиляторами с пазами, показанными на Фиг.15А и 15В, для создания вертикально-собранных конфигураций различных вентиляторов, установленных в любом порядке.
В еще одном варианте осуществления, представленном на Фиг.17, показан ряд вентиляторов 40, собранных в вертикальную колонну на центральном стержне 44 в реакторной камере 42. Данные вентиляторы 40 имеют один поясок 50, расположенный в нижней части каждого вентилятора 40. Остальная часть поверхности внешнего диаметра вентилятора 40, отделенная от пояска 50, представляет собой углубленный паз 51, образующий радиальный зазор по периметру каждого вентилятора 40. К нижней поверхности каждого вентилятора 40 прикреплена прокладка 52. Диаметр данной прокладки 52 уменьшен, так что она не касается стенки камеры 42 реактора, в то время как поясок 50 контактирует со стенкой камеры 42 и направляет поток флюида через реактор. Прокладка 52, как и прокладки 41, показанные на Фиг.15-16, создает вертикальный зазор 54 между вентиляторами 40, равный высоте данной прокладки; высота данного зазора может составлять от 0,1 до 5 мм. Как показано на рисунке, прокладка 52 может быть выполнена в форме плоского кольца, однако, можно использовать и гофрированную прокладку, и, в качестве варианта, прокладка 52 может быть прикреплена к верхней поверхности каждого вентилятора 40. Прокладку 52 также можно устанавливать между вентиляторами 40, не прикрепляя ее к ним, если только данная прокладка не прикреплена к вентилятору еще до начала сборки.
В представленной конфигурации к нижнему пояску 50 каждого вентилятора 40 прикреплена прокладка 52, причем поясок 50 одного вентилятора определяет верхнюю границу паза 51, а поясок 50 установленного внизу другого вентилятора 40 определяет нижнюю границу паза 51. Паз 51 и поясок 50 вентиляторов 40 могут иметь такие же размеры, как указывалось выше для конфигурации, показанной на Фиг.15А. При необходимости, вентиляторы 40, показанные на Фиг.17, можно использовать совместно с вентиляторами с пазами, показанными на Фиг.15А, 14b и 15, для создания вертикально-собранных конфигураций различных вентиляторов, установленных в любом порядке, как с прокладками, так и без них.
Ниже будут рассмотрены представленные на Фиг.18-19 различные варианты осуществления, касающиеся центрального стержня и конфигураций втулок. На Фиг.18 показаны два центральных стержня 60, 62 в вертикально-собранной конфигурации, служащей для создания опоры для установки активных зон 64 и вентиляторов 66, собранных в переменном порядке в реакторной камере 63. В нижней части центрального стержня 60 выполнена цилиндрическая полость 61, которую вставлен другой центральный стержень 62, диаметр которого соответствует диаметру вышеуказанной полости 61. В целях сборки, внутренний диаметр цилиндрической полости 61 может быть немного меньше или немного больше внешнего диаметра второго центрального стержня 62. Например, цилиндрическая полость 61 может иметь диаметр, по меньшей мере, 5, 10, 25, 50, 75, 100, 125 или 150 мм, предпочтительно, в диапазоне от 6 до 40 мм. Внутренний диаметр полости 61 может регулироваться для обеспечения зазора между верхней частью стержня 62 и дном полости. Данный зазор может составлять, по меньшей мере, 2, 4, 8, 10, 15, 20, 30 или 35 мм, предпочтительно, в диапазоне от 5 до 20 мм. Высоту цилиндрической полости 61 можно изменять по желанию, например, данная высота может составлять, по меньшей мере, 100, 200, 300, 400 или 500 мм.
Наружу в радиальном направлении от центрального стержня 60 отходит опорная пластина 68, служащая опорой для компонентов 64, 66 в камере 63 реактора. Опорная пластина 68 может быть прикреплена к центральному стержню 60, например, посредством сварки, или быть неотъемлемой частью стержня 60. Опорная пластина 68 может располагаться на нижнем конце центрального стержня 60, как показано на рисунке, или, в качестве варианта, опорная пластина 68 может размещаться выше нижнего края центрального стержня, в какой-либо точке по длине данного стержня 60 по желанию. Опорная пластина 68 может иметь сплошную нижнюю часть и верхнюю поверхность, или же быть перфорированной для обеспечения возможности прохождения флюида через данную пластину. Диаметр опорной пластины 68 может быть любым по желанию, больше диаметра цилиндрической полости 61, и менее внутреннего диаметра камеры 63 реактора. При работе могут использоваться несколько стержней, каждый с одинаковыми элементами конструкции, а именно, нижней цилиндрической полостью, так что данные несколько стержней можно собрать в единый центральный стержень для монтажа активных зон и вентиляторов в камере реактора. Вертикальная сборка стержней, при которой выступающий конец одного стержня входит в полость другого, устраняет вероятность возникновения чрезвычайно больших зазоров между компонентами реактора. Разборка компонентов реактора производится путем вытаскивания центральных стержней из камеры реактора, например, закреплением верхней части центрального стержня и его вытягиванием вверх. Наличие опорной пластины на каждом центральном стержне предупреждает соскальзывание компонентов реактора с центрального стержня при сборке/разборке реактора.
На Фиг.19 показан центральный стержень 70, установленный вертикально над другим центральным стержнем 72 в реакторной камере 73. На центральном стержне 70 имеется опорная пластина 78, располагающаяся над нижней частью 70а стержня и служащая опорой для вентилятора 76 и активной зоны 74, установленных вертикально один компонент над другим на центральном стержне. Опорная пластина 78 может быть расположена в любом месте по длине стержня 70 по желанию, предпочтительно, на расстоянии, по меньшей мере, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 или 40 мм выше нижнего торца 70а. Как и опорная пластина, показанная на Фиг.18, данная опорная пластина 78 может быть сплошной или перфорированной.
Как показано на рисунке, нижний торец 70а центрального стержня 70 находится на определенном расстоянии от верхнего торца 72а другого центрального стержня 72 во втулке 71, охватывающей часть обоих указанных центральных стержней. Упомянутое расстояние может быть таким же, как зазор, указанный выше для конфигурации, показанной на Фиг.18. Диаметр втулки 71 может составлять, по меньшей мере, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 или 26 мм, а высота, по меньшей мере, 10, 20, 30, 40 или 50 мм. Втулка 71 может крепиться к нижней части центрального стержня 70 или к верхней части центрального стержня 72, по желанию. В качестве варианта, втулка 71 может являться частью компонента реактора, например, данная втулка может быть прикреплена к центральному отверстию активной зоны 74 или вентилятора 76. Как показано на рисунке, втулка 71 размещена в центре активной зоны, расположенной в верхней части колонны реактора, смонтированной на центральном стержне 72. Размещенная в центре активной зоны 74 втулка 71 может являться неотъемлемой частью конструкции активной зоны 74, чтобы узел втулки и активной зоны мог свободно скользить и перемещаться по центральному стержню 72. Непосредственно под нижней кромкой втулки 71 могут быть предусмотрены шипы 75 для удержания втулки на месте и предупреждения ее соскальзывания вниз по центральному стержню 72. Конусообразный нижний край центрального стержня 70 можно вставлять во втулку 71 для образования колонны загруженной реакторной обоймы.
Как указывалось выше, можно использовать несколько компонентов реактора, смонтированных на центральных стержнях, для создания реакторной колонны, которую вертикально загружают в реактор. Ниже будут рассмотрены различные варианты осуществления изобретения, касающиеся показанного на Фиг.20-21 единого компонента реактора для использования в камере реактора. Спирально-намотанный или спиральный реакторный компонент, такой как вентилятор или ребристая фольга, может обеспечить уменьшение количества используемых компонентов реактора, например, спиральный вентилятор может быть единственным смонтированным на центральном стержне реакторным компонентом, который используют в камере реактора. При необходимости, один или несколько спиральных вентиляторов или компонентов из ребристой фольги могут быть смонтированы вертикально на центральном стержне; кроме того, можно использовать двойной спиральный узел, состоящий из вентилятора и ребристой фольги или активной зоны. На Фиг.20 показан спиральный вентилятор 100, смонтированный на центральном стержне 102, предназначенный для использования в камере реактора. Спиральный вентилятор 100 можно сформировать посредством гофрирования полоски плоской или ребристой металлической фольги, с целью образования гофров практически треугольной формы для использования в качестве каналов для прохода флюида. Затем гофрированную полоску сворачивают с целью образования кольца, причем один слой данного кольца наматывают на другой для формирования винтообразной структуры, показанной на рисунке. Наматывание данной спиральной структуры может производиться в любом направлении, как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки. При необходимости, внутренний диаметр спирали может быть прикреплен к опорной трубе 11 для придания прочности винтовой конструкции и создания отверстия, в которое будет вставляться центральный стержень для установки. Предпочтительно, диаметр спиральной конструкции является постоянным по всей длине. Поверхность внешнего диаметра спирального вентилятора 100 может находиться на расстоянии, по меньшей мере, 1, 2, 3, 5, 10 или 15 мм от внутренней стенки камеры реактора, предпочтительно, на расстоянии от 1 до 8 мм. Поверхность внешнего диаметра спирального вентилятора 100 также может иметь вырезы или быть гофрированной, причем элементы максимального диаметра (пояски) находятся к контакте с внутренней поверхностью стенки камеры реактора. На поверхности внешнего диаметра спирального вентилятора 100 имеются треугольные вырезы, как было описано выше, для входа и выхода потока флюида, проходящего через реактор.
Металлическая полоска фольги, используемая для изготовления спирального вентилятора, может иметь пазы или вырезы на кромке для образования вырезов или поясков на поверхности внешнего диаметра 100а спирального вентилятора 100. Например, поверхность внешнего диаметра 100а спирального вентилятора 100 может иметь конфигурацию с вырезами и зазорами, аналогичную показанным на Фиг.8 и 15-17. В зависимости от конструкции вырезов и/или зазоров на поверхности внешнего диаметра спирального вентилятора 100, вся данная поверхность или ее часть может контактировать с внутренней поверхностью стенки камеры реактора. Как будет указано ниже, прокладки или разделители могут использоваться для обеспечения контакта с камерой реактора, чтобы спиральный вентилятор не касался поверхности камеры реактора.
Внешний диаметр спирального вентилятора 100 может составлять, по меньшей мере, 25, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 225 или 250 мм, предпочтительно, в диапазоне от 80 до 140 мм. При использовании в качестве единственного реакторного компонента, длина спирального вентилятора 100 может составлять, по меньшей мере, 0,6, 1, 2, 4, 6, 8, 10 или 15 м, предпочтительно, в диапазоне от 0,6 до 2 м или от 6 до 12 м. Угол закручивания или наклона спирального вентилятора может составлять, по меньшей мере, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 или 40 градусов, предпочтительно, от 5 до 40 градусов, еще более предпочтительно, в диапазоне от 10 до 35 градусов.
В зависимости от длины спирального вентилятора 100 и угла закручивания или наклона, может использоваться любое количество витков. Одним витком спирали считается виток, завершающий одну полную окружность. Спиральный вентилятор 100 может содержать, по меньшей мере, 24, 48, 72, 96, 150, 200, 250, 300, 350 или 400 витков, предпочтительно, от 24 до 96 витков. На спиральный вентилятор 100 может быть нанесено покрытие из требуемого катализатора; предпочтительно, покрытие наносится на всю поверхность спирального вентилятора.
При необходимости, спиральный вентилятор 100 может содержать спиральную прокладку 104, которая может быть плоской, гофрированной или зубчатой. Вследствие гибкости, обеспечиваемой гофрированной структурой, предпочтительным является использование гофрированной спиральной прокладки. Кроме того, гофры, или выступы и впадины спиральной прокладки 104 можно устанавливать в соответствии с гофрами спирального вентилятора 100. Гибкость спиральной прокладки является желательной для формирования непрерывной дуги при установке спирального вентилятора 100. Спиральную прокладку 104 можно прикреплять к верхней или нижней поверхности спирального вентилятора 100; предпочтительно, спиральная прокладка 104 проходит по всей длине спирального вентилятора 100. Как и прокладки, описанные выше, спиральная прокладка 104 представляет собой кольцо, расположенное, предпочтительно, по внешней кромке окружности спирального вентилятора 100. Спиральная прокладка 104 может быть расположена глубже вовнутрь или выступать наружу от поверхности внешнего диаметра спирального вентилятора 100, или находиться заподлицо с данной поверхностью. Если спиральная прокладка 104 выступает наружу от поверхности внешнего диаметра спирального вентилятора 100, то она, предпочтительно, не должна контактировать с внутренней поверхностью стенки камеры реактора; при этом остается зазор между внешним диаметром спиральной прокладки 104 и стенкой камеры реактора. Зазор спиральной прокладки 104 должен быть таким же, как указывалось выше, например, для конфигураций, показанных на Фиг.5-7. Аналогичным образом, размеры внутреннего диаметра, внешнего диаметра и ширины кольца спиральной прокладки 104 могут быть такими же, как указывалось выше, например, для элементов, показанных на Фиг.5-7. В еще одном аспекте, спиральная прокладка может быть гофрированной и/или иметь разделители или распорные выступы, аналогичные описанным выше и показанным на Фиг.8-14.
В еще одном варианте осуществления изобретения, в качестве промежуточных слоев спирального вентилятора 100 могут быть использованы другие реакторные компоненты, такие как активная зона, с целью создания компонента двойной спиральной конструкции. Например, активная зона может быть спирально намотана или свернута из гофрированной фольги, используемой для изготовления спирального вентилятора 100, с целью формирования двойной спирали, содержащей перемежающиеся слои (при взгляде сбоку) вентиляторов и активных зон. При необходимости, двойная спиральная конструкция может включать одну или несколько спиральных прокладок для создания зазоров между внешним диаметром прокладки и внутренней поверхностью стенки камеры реактора. Поверхности внешнего диаметра вентилятора и/или активной зоны, предпочтительно, находятся на некотором расстоянии от внутренней поверхности стенки камеры реактора, как уже указывалось выше для спирального реактора 100.
На Фиг.21 показан вид в разрезе спирального вентилятора, установленного в камере реактора. Поскольку спиральный вентилятор 110 имеет внутренний диаметр, связанный с центральным отверстием вентилятора 110, образуется пустое пространство 116. Центральное пространство 116 спирального вентилятора 110 может быть заполнено рыхлым заполнителем или частицами 118. Как известно в данной области техники, частицы 118 могут быть изготовлены из керамики, металла или комбинации данных материалов. Частицы 118 могут представлять собой тела предпочтительно круглой или сферической или практически сферической или грубо- или- слегка сферической формы, а также немного эллиптической, овальной формы или бесформенные, такие как шарики, гранулы, гравий, галька или камни, такие как галька на пляжах или в руслах рек. Частицы 118 также могут быть цилиндрическими или иметь другие формы.
Частицы 118 могут обеспечивать минимальный внутренний диаметр спирального вентилятора 110, и, таким образом, закрепить положение поверхности внешнего диаметра спирального вентилятора 110 или спиральной прокладки 112 относительно внутренней стенки камеры 114 реактора. Сохранение контакта с внутренней поверхностью стенки камеры 114 реактора за счет заполненного центрального пространства 116 устраняет возможность скопления значительного количества флюида в центральной части спирального вентилятора 110. Перед заполнением пустого пространства 116 спирального вентилятора 110 внутрь можно вставить разделительную трубку 119, служащую в качестве барьера между поверхностью внутреннего диаметра спирального вентилятора 110 и рыхлым заполнителем. Разделительная трубка 119 может быть прикреплена или не прикреплена к спиральному вентилятору; предпочтительно, высота разделительной трубки равна высоте спирального вентилятора 110. По желанию, разделительная трубка может как непосредственно контактировать с поверхностью внутреннего диаметра спирального вентилятора 110, так и находиться на расстоянии от данной поверхности.
На Фиг.20 и 21 показан одиночный реакторный компонент, чтобы продемонстрировать характерные преимущества по сравнению конфигурациями с несколькими компонентами реактора. Например, только одиночный компонент делает необходимым нанесение покрытия, что сокращает время изготовления и снижает затраты. Кроме того, при использовании одиночного компонента реактора сохраняется зафиксированный внешний диаметр, что способствует более однородному потоку флюида по сравнению с несколькими компонентами различного диаметра.
Несмотря на то, что были рассмотрены и раскрыты различные варианты осуществления настоящего изобретения, следует отметить, что данное изобретение не в коем случае не ограничивается лишь рассмотренными вариантами, и возможны многочисленные изменения и модификации, которые будут понятны специалистам в данной области. Таким образом, данное изобретение не ограничивается деталями, показанными и раскрытыми настоящим документом, и включает в себя все изменения и модификации, охватываемые объемом притязаний прилагаемой формулы изобретения.
1. Реактор, содержащий:
вентилятор, установленный на центральном стержне в камере реактора, содержащий радиальные каналы для направления потока флюида при его прохождении сквозь реактор, эффективно направляющие флюид в радиальном направлении для контакта со стенкой камеры реактора;
вентилятор, имеющий верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и поверхность внешнего диаметра, так что радиальные каналы заканчиваются у поверхности внешнего диаметра вентилятора, образуя отверстия флюидных каналов, обращенные к реакторной камере.
2. Реактор по п.1, также содержащий активную зону, смонтированную на центральном стержне.
3. Реактор по п.1, вентилятор которого представляет собой гофрированный диск с центральным отверстием для вставки центрального стержня.
4. Реактор по п.1, также содержащий прокладку в форме кольца, имеющую внутренний диаметр и наружный диаметр, находящуюся в контакте с верхней поверхностью или нижней поверхностью вентилятора, отличающийся тем, что наружный диаметр прокладки выступает радиально за поверхность внешнего диаметра вентилятора.
5. Реактор по п.4, прокладка которого также имеет распорные выступы, выступающие наружу за наружный диаметр прокладки.
6. Реактор по любому из пп.4-5, прокладка или распорные выступы прокладки которого контактируют с камерой реактора, а поверхность внешнего диаметра вентилятора которого не контактирует с камерой реактора.
7. Реактор по п.1, центральный стержень которого имеет опорную пластину, радиально отходящую от центрального стержня, выполняющую функцию опоры для вентилятора, установленного на центральном стержне.
8. Реактор по п.1, центральный стержень которого имеет верхний конец и нижний конец, причем на нижнем или верхнем конце центрального стержня выполнена цилиндрическая полость, в которую вставляется часть другого центрального стержня.
9. Реактор по п.1, представляющий собой спиральный вентилятор.
10. Реактор по п.9, спиральный вентилятор которого имеет угол наклона от 5 до 40 градусов.
11. Реактор по п.9, спиральный вентилятор которого также имеет спиральную прокладку, выступающую наружу от поверхности внешнего диаметра спирального вентилятора, причем часть спиральной прокладки находится в контакте с камерой реактора.
12. Реактор по п.1, поверхность внешнего диаметра спирального вентилятора которого не контактирует с камерой реактора, отличающийся тем, что спиральная прокладка создает зазор между поверхностью внешнего диаметра спирального вентилятора и камерой реактора, составляющий, по меньшей мере, 1 мм.
13. Реактор по п.1, поверхность внешнего диаметра вентилятора которого имеет паз, проходящий по периметру вентилятора, представляющий собой кольцевой канал на поверхности внешнего диаметра вентилятора.
14. Реактор по п.13, поверхность внешнего диаметра вентилятора которого также имеет один или несколько поясков, создающих указанные пазы, причем данные пояски находятся в контакте с камерой реактора.
15. Реактор вертикально-наборной конструкции, содержащий:
компонент реактора, имеющий верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и поверхность внешнего диаметра, установленный в камере реактора;
прокладку, имеющую внутренний диаметр и наружный диаметр, которая находится в контакте с верхней поверхностью или нижней поверхностью компонента реактора и радиально выступает за пределы кольцевой поверхности внешнего диаметра компонента реактора;
наружный диаметр прокладки, не контактирующий с камерой реактора.
