[发明专利]用于交替流装置的原位汽化器和同流换热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于交替流系统的原位汽化器和热量回收装置，其能够载于运输车辆上。

背景技术

包括蒸汽重整的许多工业过程通常需要在化学转换之前将液体进料流（例如汽油或其它液体烃类、或水）转换成蒸汽流。常规的汽化器和锅炉需要大量的热质量并且通常由于压力波动和温度改变而在瞬态操作下表现不佳。对于汽车应用，在宽的动态操作范围内（称作量程）操作的瞬态必要条件使得蒸汽流处理困难并且对在燃料与氧化剂之间的当量比控制提出挑战。许多应用需要这种汽化和混合过程在精确的质量流控制下发生，在大的动态范围内操作，原位存在于反应器体积内以使传热损失最小化，招致低的压降损失，并且抗工艺流体流的腐蚀。因此，在现有技术中存在对如下技术的需要：该技术能够提供精确的质量流控制，在大的动态温度和压力范围内操作，使传热损失最小化，招致低的压降损失，并且抗工艺流体流的腐蚀。

本发明描述了特别适合于交替流反应器系统的新型原位汽化器和热量回收装置，其中经过装置的料流在液体汽化模式与再加热模式之间交替。在优选实施方式中，它是如在例如US专利7,491,250中所描述的压力摆动重整装置（“PSR”）系统的一部分。它使得能够实现可以被布置在例如运输车辆中的小型合成气产生系统的设计。

本发明人已经发现了实现上文所描述优势所需的此种原位汽化器和热量回收装置的特定的设计标准。这些特征包括为了最小化装置的尺寸和重量而在几何结构、热容量和传热、流动通道尺寸、和空隙率以及空隙率梯度上的技术参数。这些设计标准的独特组合产生了如在对压力摆动重整的应用中所证明的高效率汽化器/同流换热器，所述压力摆动重整的应用如在上文提及的专利中所教导的。

发明内容

本发明涉及一种用于将液体进料流转换成气体蒸汽流的装置，该装置包括：（a）具有第一端和第二端的通道构件，所述通道构件具有多个连接所述第一端和第二端的通道，所述通道构件具有大致实体的区域和空隙区域，（b）进口构件，所述进口构件用于将所述液体进料流导引至所述多个通道的第一端，以及（c）出口构件，所述出口构件用于导引来自所述多个通道的气体蒸汽流，其中所述通道在所述进口与出口之间的任意距离x处具有垂直于所述进料流方向的几何结构，其特征在于（1）空隙面积A′(x)，以及（2）总横截面积A(x)，其中作为所述总面积A(x)的一部分的所述空隙面积A′(x)是

并且沿着装置的长度L的平均空隙率是

其中所述平均空隙率是约0.3至约0.95。

在一个实施方式中，所述空隙率沿着所述装置的长度而变化。

在另一个实施方式中，预计在该装置的全长上，所述空隙体积的平均变化是约0.01至约0.5。

在本发明的又一实施方式中，该装置具有连续恒定的空隙体积区域，所述区域沿着该装置的长度而变化。

附图说明

本文中的图1是本发明实施方式的示意图。

具体实施方式

本发明涉及用于将供应的一个或多个液体流转换成气体蒸汽流的装置。更具体地，本发明涉及在循环过程中运行的装置，凭借该循环过程，液烃以及任选地水混合物被转换成烃蒸汽和任选地蒸汽的混合物。对于液烃和水流的汽化的一个特定应用是在压力摆动蒸汽重整过程中的用途。

该装置被设计用于通过循环两阶段过程的连续运行。第一阶段是汽化模式，而第二阶段是再加热模式。我们已经发现了产生如下原位汽化器和热量回收装置的特定的设计标准或特征，其能够实现大的动态操作范围、最小压降、耐腐蚀、以及对于移动应用充分地小型化且轻质化。这些特征包括在汽化器内的几何结构、热容量和传热能力、流动通道尺寸、以及空隙率和空隙率梯度上的技术参数。