WO2025237749A1 - Apparatus for heat transfer, use, system and method - Google Patents
Apparatus for heat transfer, use, system and methodInfo
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- F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
- F28D2021/0022—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for chemical reactors
Definitions
- the invention relates to a heat transfer device and its use. Furthermore, the invention relates to a system comprising a reactor for a high-temperature process, in particular a cracking process, a reforming process, or a dehydration process. The invention also relates to a method for operating such a system.
- High-temperature processes typically utilize systems that include a reactor in which the respective high-temperature process can take place.
- the reactor can be, for example, a fired reactor with a burner, an electrically heated reactor, or an autothermal reactor. Combinations of different heating methods can also be incorporated into or integrated within a single reactor.
- process-side discharge gases from a high-temperature process (not the exhaust gases from a burner), such as the steam reforming of natural gas, are typically cooled by steam generation.
- the demands placed on the steam generators used for this purpose are high.
- the steam generators are subject to stringent material, pressure, and temperature requirements.
- the gas exiting the reactor specifically the steam reformer, which can have a temperature in the range of 750°C to 950°C, is cooled to a temperature level of approximately 400°C, thereby Back reactions must be kept to a minimum, and material problems such as metal dusting must be controlled.
- the process gas has a pressure of up to 30 bar and must be cooled rapidly to prevent metal dusting and back reactions.
- this rapid cooling which generates steam, leads to a higher burner output on the reactor's combustion side, since the reaction fluid fed into the reactor (also called the "feed") cannot usually be heated to such a high temperature. This becomes particularly relevant when an autothermal or electrically heated reformer is used instead of a fired steam reformer, as there is no burner flue gas to preheat the reaction fluid before it enters the reactor.
- electrolysis and fuel cell stacks are known that are arranged in a pressure vessel.
- a high-pressure electrolysis cell is described, for example, in JP 5 524227 B2.
- US Patent 6 153 083 A discloses an electrolyzer for the electrolysis of water into hydrogen and oxygen, comprising a number of electrolysis cells, each containing an anode and a cathode, connected in series in a cell block surrounded by a pressure vessel.
- the JP 3 845 780 B2 discloses atmospheric and pressurized SOFC power generation systems. It is therefore an object of the present invention to provide a device of the type mentioned above, the use of which enables the most energy-efficient operation possible of plants for high-temperature processes. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a plant of the type mentioned above that can be operated in a particularly energy-efficient manner.
- a heat transfer device comprising a plate heat exchanger with a plurality of adjacent plates, in particular plates oriented at least substantially parallel to each other, between which gap channels are defined, wherein the gap channels are divided into several primary gap channels that are fluidically interconnected, in particular fluidically connected in parallel, and several secondary gap channels that are fluidically interconnected, in particular fluidically connected in parallel, wherein primary fluid supply means are provided for supplying a primary fluid to the primary gap channels and secondary fluid supply means for supplying a secondary fluid to the secondary gap channels, and a pressure vessel that surrounds the plate heat exchanger.
- Pressure fluid supply means designed to supply a pressure fluid to the pressure vessel and, in particular, to generate an increased pressure of at least 2 bar, in particular at least 5 bar, preferably at least 10 bar, and especially preferably at least 20 bar in the pressure vessel.
- the second task is solved by a system comprising a reactor for a high-temperature process, in particular a cracking process. a process or a reforming process or a dehydration process, and a device according to the invention, wherein the primary slotted channels are fluidically connected to an inlet of the reactor and wherein an outlet of the reactor is fluidly connected to the secondary slotted channels, so that a reaction fluid to be supplied to the reactor can be supplied to the primary slotted channels as primary fluid and at least a part of the reaction fluid heated in the reactor can be supplied to the secondary slotted channels as secondary fluid after reaction, so that reaction fluid can be preheated in the plate heat exchanger before entering the reactor by means of reaction fluids that have exited the reactor and been heated in the reactor.
- the invention also relates to the use of a device according to the invention for heating reaction fluids to be supplied to a reactor for a high-temperature process, in particular for a cracking process, preferably of ammonia, or a reforming process, preferably of methane or LPG or naphtha or methanol or dimethyl ether, or a dehydration process, preferably of propane, by means of reaction fluids that have escaped from the reactor and have been heated in the reactor.
- a cracking process preferably of ammonia, or a reforming process, preferably of methane or LPG or naphtha or methanol or dimethyl ether
- a dehydration process preferably of propane
- the invention further relates to a method for operating a plant according to the invention, comprising the steps
- At least one primary slit channel is supplied with a reaction fluid to be supplied to the reactor, in particular natural gas or dimethyl ether or MEOH or NH3, as a primary fluid,
- At least one secondary slit channel is supplied with reaction fluid that has flowed through the reactor and exited the reactor again, so that reaction fluid is present in the slit channel before entering the reactor.
- Plate heat exchangers can be preheated using reaction fluids that have escaped from the reactor and are heated in the reactor.
- a pressure fluid in particular a pressurized gas, is supplied to the pressure vessel, preferably comprising or consisting of H2 and/or N2, particularly preferably a mixture of H2 and N2 or a mixture of H2 and CO2 or synthesis gas or primary gas.
- the present invention proposes the use of a plate heat exchanger in a pressure shell as a feed effluent heat exchanger for high-temperature processes, such as steam reforming, autothermal reforming, steam cracking or ammonia cracking.
- High-temperature processes are understood to mean, in particular, those with a reaction temperature of at least 700°C.
- a plate heat exchanger in a well-known manner, comprises a plurality of plates, with a gap channel formed between each pair of adjacent plates.
- the gap channels are generally divided into two groups, and the gap channels of one group typically alternate with those of the other group.
- the two groups of gap channels are fluidically separated from each other but thermally coupled.
- a group of the fissure channels can be used to allow a reaction fluid to flow through it.
- This fluid is to be supplied to a reactor for a high-temperature process, or is supplied during operation, and is used to heat the reaction fluid before it enters the reactor.
- This group of fissure channels is referred to herein as primary fissure channels, and the reaction fluid to be heated, or the "feed", is also referred to as the "feed".
- the primary fluid can be supplied to these fission channels as, or is supplied to, the reactor as primary fluid during operation.
- heating can be achieved by recovering heat from the hot reaction fluid exiting the reactor, in other words, process fluid, such as process gas, which can flow through the second group of fission channels, the secondary fission channels, or flows through them during operation.
- the primary fluid is the reaction fluid that is supplied to, or is supplied to, the reactor
- the secondary fluid is the reaction fluid exiting the reactor—in other words, the reaction fluid after the high-temperature process or after the reaction, for example, after a reforming process such as steam reforming, after a cracking process, or after a dehydration process.
- the composition of the reaction fluid before the reactor can and usually will differ from the composition of the reaction fluid after the reactor, i.e., after the reaction.
- reaction fluid is used consistently here for both the reaction fluid flowing into the reactor (i.e., the reaction fluid before the reaction) and the fluid flowing away from the reactor (i.e., the reaction fluid after the reaction).
- the reaction fluid that is initially supplied to the primary slit channels as the primary fluid for preheating can be, for example, natural gas, dimethyl ether (DME), MEOH or NH3.
- the reactor with its inlet and outlet for the reaction fluid, is fluidically connected between the primary and secondary sides of the plate heat exchanger, so that the reaction fluid flows over or over the plate heat exchanger.
- the heat is carried through the primary slit channels (i.e., the primary side) to the reactor and away from the reactor via the secondary slit channels (i.e., the secondary side), thus allowing process or reaction heat to be used for preheating.
- the plate heat exchanger of the (respective) device is installed in a pressure vessel in which an elevated pressure is present or can be achieved during operation.
- the plate heat exchanger is arranged in the interior of the pressure vessel, so that during operation there is no or only a small pressure differential to the outside, in other words, compared to the pressurized interior of the pressure vessel.
- the plate heat exchanger, or rather its channels can be permeated by hot, pressurized reaction fluid that is conveyed to and from a high-temperature process.
- the plate heat exchanger can be of a comparatively simple design and therefore inexpensive.
- the reaction fluid flowing through the plate heat exchanger for heat recovery before and after the high-temperature process can have a high pressure and a high temperature without the need for a complex seal of the plate heat exchanger or the primary and/or secondary channels.
- the system according to the invention can comprise one or more devices according to the invention. Accordingly, in addition to a first device, for which the primary slotted channels of the plate heat exchanger are fluidically connected to the inlet of the reactor on the outlet side, and the secondary slotted channels of the plate heat exchanger are connected to the outlet of the reactor on the inlet side, at least one further device can be provided.
- the primary slotted channels of the plate heat exchanger of the at least one further device The devices are then expediently connected fluidically to the primary slotted channels of the plate heat exchanger of the device, and the secondary slotted channels of the plate heat exchanger of at least one further device are connected to the secondary slotted channels of the plate heat exchanger of the device.
- several, in particular two, devices according to the invention can be connected upstream or downstream. This allows for the separation of temperature levels.
- two devices are present, wherein the primary sides of their plate heat exchangers are successively flowed through by reaction fluid to be heated before it enters the reactor in its heated state, and wherein the secondary sides of their plate heat exchangers are successively flowed through by hot reaction fluid exiting the reactor for heat recovery. Then the temperature level in the device fluidically closer to the reactor can be higher than in the further device.
- outlets of the primary slotted channels of the plate heat exchanger of the device or at least one further device are fluidically connected to the inlets of the primary slotted channels of the plate heat exchanger of the device, for example via at least one line, and the inlets of the secondary slotted channels of the plate heat exchanger of the device or at least one further device are connected to the outlets of the secondary slotted channels of the plate heat exchanger of the device, for example via at least one line.
- a device according to the invention may comprise two or more plate heat exchangers arranged together in the pressure vessel of the device. In other words, in addition to one plate heat exchanger, at least one further plate heat exchanger is then present. In this case, too, a separation of temperature levels is possible via two or more plate heat exchangers of a device.
- the primary slots of the plate heat exchanger to be fluidically connected to the inlet of the reactor on the outlet side, and its secondary slots to be fluidically connected to the outlet of the reactor on the inlet side, while the primary slots of at least one further plate heat exchanger are fluidically connected to the primary slots of the plate heat exchanger, and the secondary slots of the at least one further plate heat exchanger are fluidly connected to the secondary slots of the plate heat exchanger.
- the primary slots of the plate heat exchanger can be connected upstream or downstream.
- outlets of the primary slots of the plate heat exchanger or at least one further plate heat exchanger are then expediently fluidly connected to the inlets of the primary slots of the plate heat exchanger, for example via at least one line, and the inlets of the secondary slots of the plate heat exchanger or at least one further plate heat exchanger are connected to the outlets of the secondary slots of the plate heat exchanger, for example via at least one line.
- Two devices or plate heat exchangers, or their primary and secondary sides, can be directly connected without any further components or elements in between, but in principle also via such components or elements.
- the devices or plate heat exchangers can, for example, consist of different materials – at least with regard to some components.
- the plate heat exchanger of a device for a higher temperature level could be made of ceramic, and the plate heat exchanger of a device for a higher temperature level could be made of other materials.
- the heat exchanger of at least one other device – or at least one other plate heat exchanger of a device – for a lower temperature level must comprise metal or at least consist partly of metal.
- the plate heat exchanger for the lower temperature level can therefore be made of a more cost-effective material.
- the primary slotted channels and the secondary slotted channels of the plate heat exchanger are not fluidically connected.
- the primary and secondary slotted channels of the (respective) plate heat exchanger are arranged alternately, in other words, if a primary slotted channel alternates with a secondary slotted channel. This allows for particularly efficient heating of the reaction fluid by recovering heat from the hot reactor outlet fluid.
- the primary and secondary slotted channels of the (respective) plate heat exchanger can, for example, be operated in counterflow, coflow, or cross-counterflow.
- the device or system according to the invention can be designed accordingly, in particular comprising lines for appropriate fluid flow.
- the pressure vessel of the respective device has a shape that is at least substantially cylindrical, in particular circular cylindrical. It may have a (circular) hollow cylindrical shell that is closed at both ends. It may have rounded, in particular convexly curved ends or end walls, which has proven to be a particularly advantageous shape for pressure vessels.
- a cylindrical pressure vessel with rounded, outwardly curved ten end faces can represent a good compromise between the ideal shape of a spherical shell on the one hand and a comparatively simple, cost-effective manufacturing process with still very good compressive strength.
- the pressure vessel can be provided internally with an insulating layer made of a thermally insulating material.
- thermally insulating materials include fireclay bricks, glass fabric, and/or ceramic fabric, such as polycrystalline mullite/aluminum oxide wool (PCW).
- PCW polycrystalline mullite/aluminum oxide wool
- the pressure vessel can be made of steel, in particular an outer shell made of steel. If the pressure vessel includes an internal thermal insulating layer, it can be prevented that its outer shell heats up to high temperatures during operation. This makes it possible to use an outer shell made of less temperature-resistant materials, in particular cost-effective steels that can withstand, for example, temperatures of only 250°C, preferably 220°C, and most preferably 100°C.
- a leakage sensor can also be provided to monitor the plate heat exchanger(s).
- the plate heat exchanger can be monitored for leaks using a leakage sensor.
- the leakage sensor for monitoring the (respective) plate heat exchanger is preferably located inside the pressure vessel. If the pressure vessel is or will be filled with, for example, an inert gas, it is advantageous to monitor for the primary gas or a component thereof. If the pressure vessel is filled with, for example, a primary gas, it is advantageous to monitor for the reaction product. In particular, leaks between secondary gap channels and the pressure vessel can be detected. This is also possible if the pressure in the pressure vessel is higher than the pressure in the secondary gap channels, as a partial pressure difference can be sufficient for this purpose. It should also be noted that leaks are tolerable to a certain extent without affecting the operation of the The device or system would have to be interrupted in this way. This is very advantageous, as, for example, somewhat larger error tolerances in manufacturing can be accepted.
- a catalyst material is provided in at least one of the primary slotted channels, preferably in all primary slotted channels of the plate heat exchanger or at least one plate heat exchanger, in particular a catalyst material for pre-cracking or pre-reforming.
- the plate heat exchanger can then be used not only for heating the feed by recovering heat from hot process fluid, but also for pre-reforming or pre-cracking, which has proven to be particularly suitable.
- An optional catalyst material provided in the primary cracking channel(s) can be, for example, a nickel-based catalyst material, particularly for the (pre-)reforming of hydrocarbons. It can be a solid material on a support. Alternatively or additionally, it can be modified with precious metals. Such catalyst materials, as well as iron-based systems or bimetals, are also suitable, especially for the (pre-)cracking of NH3.
- the catalyst material optionally provided in the primary slotted channel(s) can be located on a support material.
- the catalyst material, or the support material thereof, can be granular, for example. It can be in the form of pellets, or pellets containing the catalyst material can be provided in the primary slotted channels.
- the catalyst material can also be in the form of at least one coating, for example, obtained by means of a washcoat.
- plates of the plate heat exchanger can be coated with the catalyst material or with a coating containing the catalyst material.
- the primary slit channels can be coated with a coating material.
- One or more insert plates, made of or coated with the catalyst material (e.g., with a washcoat), can also be arranged in the primary slit channels, which can simplify manufacturing.
- the catalyst material can also be present in the form of catalytically active structures. For example, catalytically active networks can be incorporated into the primary slit channels.
- the device according to the invention is not an electrolytic device or an electrolytic reactor. In other words, it is specifically not a device in which electrically driven chemical reactions, particularly redox reactions forced by electrical energy, can or do take place. Accordingly, no electrolytic reactions are carried out in the primary or secondary slit channels within the framework of the method according to the invention.
- the reaction fluid is heated on the primary side to a temperature of up to 800°C, preferably to a temperature in the range of 200°C to 800°C, and especially preferably in the range of 400°C to 800°C.
- the (respective) device or the (respective) plate heat exchanger can be designed accordingly.
- the inlet temperature of a reaction fluid to the (first) plate heat exchanger can, for example, be in the range of 200°C to 400°C.
- the at least one secondary slotted channel with reaction fluid at a temperature in the range of 700°C to 1200°C, preferably in the range of 750°C to 950°C. If several plate heat exchangers (of one or more devices) are present- This applies in particular to the at least one secondary slotted channel of the plate heat exchanger that is closest to the reactor outlet in terms of flow characteristics.
- the device or devices according to the invention may include pressure control means which are designed and/or configured in such a way that the pressure difference prevailing during operation between the pressure in the pressure vessel and the pressure in at least one of the primary slot channels, preferably in all primary slot channels, can be adjusted, preferably controlled.
- the device or system is operated such that the pressure in the pressure vessel lies a maximum of 20%, in particular a maximum of 10%, preferably a maximum of 5%, and most preferably a maximum of 1% above or below the pressure in at least one of the primary slotted channels, preferably in all primary slotted channels, which has proven to be particularly suitable.
- the device or system can be operated such that the pressure in the pressure vessel lies a maximum of 5 bar, in particular a maximum of 1 bar, and preferably a maximum of 100 mbar above or below the pressure in at least one of the primary slotted channels, and preferably in all primary slotted channels.
- a percentage difference and/or absolute deviations can be used.
- Pressure control means of the device or system according to the invention can be designed and/or configured to achieve this.
- the pressure in the pressure vessel is then the same as, or at least very similar to, the pressure in one or more primary slotted channels.
- the pressure of the pressure fluid can be adjusted during operation, for example, to match the pressure in the primary slotted channel(s).
- the pressure control devices can be designed and/or configured accordingly.
- the system according to the invention includes pressure control means, these can alternatively or additionally be designed and/or arranged in such a way that the pressure difference prevailing during operation between the pressure in at least one of the primary slotted channels, preferably in all primary slotted channels, and the pressure in at least one of the secondary slotted channels, preferably in all secondary slotted channels, can be adjusted, preferably controlled, by means of them.
- a pressure difference can also exist – between the pressure in the primary and secondary slotted channels and/or between the pressure in the reactor and the pressure in the primary and/or secondary slotted channels – whereby (significantly) different pressures are also possible in principle.
- the secondary slotted channels, or the plates defining the secondary slotted channels can then be welded together, or suitable seals and sufficient contact pressure of the plates can be implemented to allow for higher pressure differences. The same can apply alternatively or additionally to the primary slotted channels, or the plates defining the primary slotted channels.
- the primary and/or secondary slotted channels are equipped with stabilizing elements, in particular stabilizing ribs.
- stabilizing elements can increase stability, especially in applications where larger pressure differences occur between the primary and secondary slotted channels. (can), it may be advantageous to reinforce the gap channels accordingly.
- Stabilizing elements for example in the form of stabilizing struts, can extend between two adjacent plates and be supported by the adjacent plates.
- the sealing of the plate heat exchanger can be specifically designed so that the side with the higher pressure (primary or secondary side) keeps the side with the lower pressure (secondary or primary side) sealed during operation.
- sealing elements of the plate heat exchanger can be specifically arranged accordingly. For example, they can be pressed against at least one other element of the plate heat exchanger during operation due to the higher pressure on one side (primary or secondary).
- the device according to the invention comprises a control unit by means of which the pressure in the pressure vessel and/or the pressure difference between the pressure in the pressure vessel and the pressure in at least one of the primary slotted channels can be adjusted, preferably regulated.
- the pressure in the secondary slotted channels can be adjusted, preferably regulated, by means of the control unit.
- the pressure in the primary slot channel(s) and the pressure in the primary fluid supply to the primary slot channels and/or in the primary fluid discharge from the primary slot channels are almost identical. This is especially true when there is a heat exchanger between the plate heat exchanger and the primary fluid supply to the primary slot channels. scher or whose primary slot channels and at least one supplying or discharging line no valve or similar device is arranged.
- the pressure is almost identical, especially if no valve or similar device is arranged between the secondary slotted channels or the pressure vessel and a supply or discharge line.
- the optionally available pressure control means can be designed and/or configured in such a way that the pressure difference prevailing during operation of the device between the pressure in the pressure vessel and/or the pressure in at least one line upstream or downstream of the pressure vessel on the one hand, and the pressure in at least one of the primary slot channels, preferably in all primary slot channels, and/or in at least one line upstream or downstream of the primary slot channels on the other hand, is adjustable, preferably controllable.
- a pressure measuring device may also be provided for measuring the pressure in the pressure vessel and/or in at least one, preferably exactly one, line upstream of the pressure vessel.
- a pressure measuring device may be provided for measuring the pressure in at least one, preferably exactly one, line downstream of the pressure vessel. This may, for example, be a pressure measuring device for measuring the pressure in a pressure inlet line and/or for measuring the pressure in a pressure outlet line through which pressure fluid can be supplied to or removed from the pressure vessel.
- at least one primary pressure measuring device can be provided for measuring the pressure in one – or even several, possibly all – primary slotted channels.
- a primary pressure measuring device can be provided for measuring the pressure in at least one, preferably exactly one, line upstream of the primary slotted channels and/or the pressure in at least one, preferably exactly one, line downstream of the primary slotted channels.
- the device according to the invention can comprise a primary differential pressure measuring device for measuring the pressure difference between the pressure in the pressure vessel and/or in at least one, preferably exactly one, line upstream or downstream of the pressure vessel and the pressure in at least one of the primary slotted channels.
- a primary differential pressure measuring device can alternatively or additionally be configured to measure the pressure difference between the pressure in the pressure vessel and/or in at least one line upstream of it on the one hand, and the pressure in at least one line upstream of the primary slotted channels and/or in at least one line downstream of the primary slotted channels on the other.
- At least one secondary pressure measuring device can also be provided for measuring the pressure in one – or even several, possibly all – secondary slotted channels.
- a secondary pressure measuring device can be provided for measuring the pressure in at least one, preferably exactly one, line upstream of the secondary slotted channels and/or the pressure in at least one, preferably exactly one, line downstream of the secondary slotted channels.
- the device according to the invention can include a secondary differential pressure measuring device for measuring the pressure difference between the pressure in the pressure vessel and/or in at least one line upstream of the pressure vessel and/or in at least one line downstream of the pressure vessel on the one hand, and the pressure in at least one of the secondary slotted channels on the other.
- a secondary differential pressure measuring device can alternatively or additionally be configured to measure the pressure difference between the pressure in the pressure vessel or in at least one line upstream of it and/or in at least one line downstream of it on the one hand, and the pressure in at least one line upstream of the secondary slotted channels and/or in at least one line downstream of the secondary slotted channels on the other.
- the line upstream of the primary slotted channel(s), in which the pressure can be measured alternatively or additionally, can be, for example, a primary inlet line and/or a primary distribution channel or one of several arms of a primary distribution channel.
- the line is fluidically connected upstream of the primary slotted channel(s) and can be directly connected to one or more of the primary slotted channels, or via one or more other lines.
- the line upstream of the secondary slotted channels in which the pressure can be measured alternatively or additionally, can be, for example, a secondary inlet line and/or a secondary distribution channel or one of several arms of a secondary distribution channel.
- the line is fluidically connected upstream of the secondary slotted channel(s) and can be directly connected to one or more of the secondary slotted channels, or via one or more other lines.
- the line downstream of the secondary slotted channels in which the pressure can be measured alternatively or additionally, can be, for example, a secondary outlet line and/or a secondary collector channel or one of several arms of a secondary collector channel.
- the line is fluidically connected downstream of the secondary slotted channel(s) and can be directly connected to one or more of the secondary slotted channels, or via one or more other lines.
- the line upstream of the pressure vessel can be, for example, a pressure inlet line, and the line downstream of the pressure vessel can be, for example, a pressure outlet line.
- a reactor pressure measuring device can be provided for the metrological recording of the pressure and/or pressure loss in the reactor.
- the pressure measuring device and/or the primary pressure measuring device and/or the secondary pressure measuring device and/or the Pri- The primary differential pressure measuring device and/or the secondary differential pressure measuring device and/or the reactor pressure measuring device can be part of the pressure control means of the device or system according to the invention.
- the pressure measuring device and/or the primary pressure measuring device and/or the secondary pressure measuring device and/or the primary differential pressure measuring device and/or the secondary differential pressure measuring device and/or the reactor pressure measuring device may also be connected to a control device for the pressure control means.
- a control device for the pressure control means Depending on the measured pressure (differential) values, at least one valve and/or at least one pump and/or at least one compressor may be controlled to achieve the desired pressure.
- the pressure fluid supply means which may include at least one valve and/or at least one pump and/or at least one compressor, may be connected to the pressure control means, in particular to a control device for these.
- the pressure fluid supply means can further be configured to generate an increased pressure in the pressure vessel in the range of 2 bar to 100 bar, particularly in the range of 5 bar to 100 bar, preferably in the range of 10 bar to 100 bar, and most preferably in the range of 20 bar to 100 bar.
- the pressure fluid supply means can also be configured to generate an increased pressure in the pressure vessel in the range of 2 bar to 40 bar, particularly in the range of 5 bar to 40 bar, preferably in the range of 10 bar to 40 bar, and most preferably in the range of 20 bar to 40 bar.
- the pressure control means in particular a control device thereof, are designed in such a way and/or
- the pressure control means, in particular a control device thereof, are designed and/or configured such that the pressure in the pressure vessel and/or in at least one line upstream or downstream of the pressure vessel can be adjusted, in particular regulated, as a function of the pressure in at least one of the primary slotted channels and/or in at least one, preferably exactly one, line upstream or downstream of the primary slotted channels.
- the pressure control means in particular a control device thereof, are designed and/or configured such that the pressure in the pressure vessel and/or in at least one line upstream or downstream of the pressure vessel can be adjusted, in particular regulated, as a function of the pressure difference between the pressure in the pressure vessel and/or in at least one line upstream or downstream of the pressure vessel on the one hand and the pressure in at least one of the primary slotted channels and/or in at least one, preferably exactly one, line upstream or downstream of the primary slotted channels on the other.
- the control device may also be designed and/or configured to obtain maximum pressure deviations in the aforementioned areas.
- the primary fluid supply means and/or the secondary fluid supply means and/or the pressurized fluid supply means can each comprise at least one line or be provided by at least one line.
- the primary fluid supply means can also comprise at least one compressor and/or at least one pump and/or at least one valve, which has proven particularly advantageous.
- the secondary fluid supply means can comprise at least one compressor and/or at least one pump and/or at least one valve.
- the pressurized fluid supply means can also comprise at least one compressor and/or at least one pump and/or at least one valve. It should be emphasized that even if the aforementioned supply means each comprise at least one compressor and/or at least one pump and/or at least one valve, but this is by no means a requirement. In the simplest case, these can each consist of just a supply line or an inlet.
- the pressurized gas supplied to the pressure vessel can, for example, comprise or consist of H2 and/or N2, preferably a mixture of H2 and N2 or a mixture of H2 and CO2 or synthesis gas or an inert gas or hydrogen (H2) or forming gas, in particular a mixture of nitrogen (N2) and hydrogen (H2).
- the primary fluid supply means include or are provided by a primary inlet line
- the pressure fluid supply means include or are provided by a pressure inlet line
- the primary inlet line and the pressure inlet line are fluidically connected to each other, so that a primary fluid that can be supplied to the primary slotted channels can also be supplied to the pressure vessel as a pressure fluid.
- a reaction or feed fluid, in particular feed gas which is supplied to the primary slotted channels for heating by recovering heat from the hot reaction fluid exiting the reactor, or a partial flow of this, can also be used as a pressure fluid, in particular a pressure gas, for the pressure vessel.
- the primary fluid feeders and the pressure fluid feeders, or the primary inlet line and the pressure inlet line, can be, for example, fluidically connected or connectable to a common reaction fluid source.
- a reaction fluid feed line can be provided upstream of the primary fluid feeders and the pressure fluid feeders, which is fluidically connected to both the primary fluid feeders and the pressure fluid feeders.
- the pressurized fluid and the primary fluid which is in particular determined by the reaction fluid, are (re)combined after leaving the pressure vessel.
- the amount of pressurized fluid added to the primary fluid is preferably controlled, in particular regulated, for example by at least one controllable or adjustable valve. It is then expediently ensured that the pressurized fluid constitutes only a small fraction of the primary fluid, for example 1 to 10% of the primary fluid.
- Another embodiment of the device according to the invention is characterized accordingly in that a pressure outlet line is provided through which pressure fluid can escape from the pressure vessel and that a primary outlet line is provided through which primary fluid, which has flowed through the primary slot channels, can escape and in particular leave the pressure vessel, and the pressure outlet line and the primary outlet line are fluidically connected to each other.
- a bypass may be provided through which the primary fluid, which is supplied by the reaction fluid, can also be supplied to the pressure vessel.
- the fluid is supplied to and discharged from the pressure vessel and recombined with the primary fluid that has flowed through and exited the primary slotted channels.
- the pressure inlet line can be configured as a first bypass line, branching off from the primary inlet line and leading to the pressure vessel, and the pressure outlet line can be configured as a second bypass line leading away from the pressure vessel and, in particular, emptying into the primary outlet line.
- a bypass has proven particularly suitable. If the pressure fluid withdrawn from the pressure vessel is also mixed with the primary fluid after exiting the primary channels, it can be achieved very simply that the same pressure prevails in the primary channels and the pressure vessel. A bypass requires comparatively little design effort while simultaneously achieving the desired, as closely matched as possible, pressure conditions.
- the pressurized fluid can be cooled.
- the device according to the invention can accordingly include a pressurized fluid cooling device for cooling the pressurized fluid. It can be provided that the pressurized fluid is cooled before entering the pressure vessel and/or after exiting the pressure vessel.
- the pressurized fluid cooling device if present, can be designed and arranged accordingly.
- the discharge fluid from the pressure vessel can also be mixed with the discharge fluid from the primary slit channels, i.e., the reaction discharge fluid. They are mixed. This makes cooling the printing envelope possible without additional large equipment.
- pressure fluid is at least partially replaced repeatedly or continuously.
- pressure fluid removed from the pressure vessel is returned to the pressure vessel, preferably after cooling.
- the device according to the invention can comprise a pressure fluid circuit, in which excess pressure fluid can be discharged from the pressure vessel and returned to the pressure vessel.
- the (respective) plate heat exchanger can include a preferably electric heating device.
- one or more plates of the (respective) plate heat exchanger can preferably be heated electrically by means of the heating device.
- At least one of the secondary slot channels is subdivided into several partial secondary slot channels, preferably connected in parallel to each other in terms of flow characteristics. Such a subdivision, so to speak into several "sub-secondary slot channels", can also be provided for all secondary slot channels.
- At least one, or even all, of the secondary slit canals may exhibit a meandering course. If there is a subdivision into several "sub-secondary slit canals," these may also be meandering. It has also proven useful if the primary split channels are connected to each other via a primary distribution channel and a primary collector channel.
- the secondary split channels are connected to each other via a secondary distribution channel and a secondary collector channel.
- Each plate can, for example, have four holes, particularly round ones, wherein the holes are located in identical positions in all plates and the holes of all plates are aligned, and each aligned hole forms a primary-secondary distribution or collector channel extending transversely through the plates and the defined gap channels between them, in particular a cylindrical channel. If four holes are provided in each plate, in particular a primary distribution channel and a primary collector channel as well as a secondary distribution channel and a secondary collector channel are formed or defined.
- the holes are preferably located in the edge area of the plates. If the plates are rectangular, especially if they are at least substantially rectangular or square, one of the holes can be found, for example, in or near each corner of each plate.
- the primary slotted channels of the plate heat exchanger are connected to a primary inlet line, in particular a central one, and a primary outlet line, in particular a central one.
- the secondary slotted channels can be connected to a secondary inlet line, in particular a central one, and a secondary outlet line, in particular a central one.
- the primary slit channels can be connected, for example, to a primary inlet line via a primary distributor channel and to a primary outlet line via a primary collector channel.
- the secondary slit channels can be connected to a secondary inlet line via a secondary distributor channel and to a secondary outlet line via a secondary collector channel.
- the plates of a given plate heat exchanger will typically have the same shape, for example, all being at least approximately rectangular, and/or characterized by identical external dimensions. It is also possible that several, or even all, of the plates of a given plate heat exchanger are identical in construction.
- the plates preferably consist of or comprise metal and/or ceramic. The same may apply to other components of the plate heat exchanger.
- the plates have a structured surface or profile on at least one side.
- the at least one side with a structured surface or profile is a side that defines or limits a gap channel.
- the plate heat exchanger can be provided with an insulating layer of thermally insulating material on its outer surface. This prevents excessive heating of the pressure vessel surrounding the plate heat exchanger(s) during operation.
- the plate heat exchanger(s) may also include a housing.
- the housing may, in particular, have an insulating layer made of a thermally insulating material.
- the reactor of the system according to the invention can be designed as an electrically heated reactor.
- the reactor can, in principle, be suitable for various high-temperature processes and designed accordingly.
- a system according to the invention can include a reactor for a cracking process. It can also be a reactor for a reforming process, which can also be called a reformer, or a reactor for a dehydration process.
- the reactor can be designed in particular for steam reforming or autothermal reforming of hydrocarbons, for example methane, LPG or naphtha, or for steam reforming or autothermal reforming of oxygenates, for example methanol or DME, or for cracking ammonia or for steam cracking of hydrocarbons or for a high-temperature dehydrogenation process.
- reaction fluid is transferred by means of the device according to the invention - or in the case Several devices – preferably preheated to up to 800°C. This can depend on the density of the reaction fluid and its vapor-to-carbon ratio.
- reaction fluid is preferably preheated to up to 800°C using the device(s) according to the invention. This can depend on the density of the reaction fluid and its vapor-to-carbon ratio.
- the reactor is preferably heated externally electrically or autothermally, particularly with or at a reactor outlet temperature of 750 to 1050°C and a pressure of up to 30 bar.
- the reaction fluid is preferably preheated to up to 800°C by means of the device(s) according to the invention. This can depend on the density of the reaction fluid and its vapor-to-carbon ratio.
- reaction fluid is preferably preheated to up to 800°C using the device(s) according to the invention. This can depend on the density of the reaction fluid and its steam-to-carbon ratio.
- the system according to the invention can also include a cooling device for the reaction fluid, by means of which the reaction fluid exiting the reactor can be cooled before entering the secondary slit channels, in particular by supplying, or especially injecting, a cooling fluid, preferably water, to the reaction fluid.
- a cooling fluid preferably water
- This can be a quench cooling device by means of which water can be injected.
- Figure 1 shows a first embodiment of a system according to the invention in a purely schematic representation.
- Figure 2 shows a perspective external view of the device according to the invention for heat transfer of the system from Figure 1 ,
- Figure 3 is a purely schematic sectional view of the device of the system from Figure 1, and
- Figure 4 shows a second embodiment of a system according to the invention in a purely schematic representation.
- Figure 1 shows in a purely schematic representation a first embodiment of a system 1 according to the invention, comprising a reactor R and a The device V according to the invention is comprised.
- Figure 2 shows the device V of the system 1 in a perspective external view and Figure 3 a schematic sectional view of the device V.
- the reactor R is designed as a reactor for a high-temperature process.
- it can be a reactor R for a (steam) cracking process or a reforming process, such as a steam reforming process or an autothermal reforming process, or for a dehydration process.
- the device V can be used to heat the reaction fluid before it enters the reactor R. It can be heated to a temperature required for the high-temperature process that takes place in the reactor R during operation, in particular a temperature in the range of 400°C to 800°C. This heating is achieved by recovering heat from the hot reaction fluid exiting the reactor R, in other words, the process fluid.
- the device V specifically comprises a plate heat exchanger 2 with a plurality of adjacent plates 3, in particular plates oriented at least substantially parallel to one another.
- a plate heat exchanger 2 with a plurality of adjacent plates 3, in particular plates oriented at least substantially parallel to one another.
- the plates 3 are shown by way of example, designated with the reference numeral 3.
- the plates 3, which are made of metal all have a rectangular outer contour and the same dimensions; in other words, they are all the same size.
- gap channels 4, 5 are defined, specifically one gap channel 4, 5 between each pair of adjacent plates 3.
- the gap channels 4, 5 are divided into two groups, namely several fluidically interconnected, specifically fluidically parallel, Pri- Primary slot channels 4, and several fluidically interconnected, specifically fluidically parallel, secondary slot channels 5.
- the slot channels 4 of one group, the primary slot channels 4, alternate with the slot channels 5 of the other group, the secondary slot channels 5.
- a primary slot channel 4 is therefore always located between two secondary slot channels 5, or – in the case of the leftmost primary slot channel 4 at the edge of the figure – next to a secondary slot channel 5.
- a secondary slot channel 5 is always located between two primary slot channels 4, or – in the case of the rightmost secondary slot channel 5 at the edge of the figure – next to a primary slot channel 4.
- each of the primary slot channels 4 can contain a catalyst material 6 for pre-cracking or pre-reforming.
- the catalyst material 6 is only indicated by way of example in some primary slot channels 4.
- Figure 1 schematically shows, by way of example, a granular catalyst material 6, even if only over a section of the respective primary slot channel 4.
- the primary slot channels 4 can be filled with, for example, a granular catalyst material 6 along their entire length.
- the plates 3 are coated with catalyst material 6 or with a coating material containing catalyst material 6.
- One or more insert plates can also be arranged in the primary slot channels 4, which consist of the catalyst material or are coated with the catalyst material, for example by a washcoat, which can simplify manufacturing.
- the catalyst material is present in the form of catalytically active structures.
- catalytically active networks may be provided in the primary and/or secondary slit channels.
- the internal structure of the plate heat exchanger 2, including the plates 3, primary and secondary gap channels 4, 5 and the catalyst material 6, is only recognizable in Figure 1, but is not shown again in Figure 2.
- the device V further comprises primary fluid supply means 7 for supplying a primary fluid to the primary slot channels 4.
- the primary fluid is the reaction fluid that is to be supplied to the reactor R for the reaction taking place therein. This can be, for example, natural gas, DME, MEOH, or NH3.
- the primary fluid supply means 7 can comprise at least one compressor and at least one valve, which are not shown separately in the purely schematic Figure 1.
- the primary slot channels 4 are all fluidically connected on the inlet side to a central primary distribution channel 8, which in the illustrated embodiment is part of the primary fluid supply means 7.
- the primary fluid enters the primary distribution channel 8 via the central primary inlet line 9 of the primary fluid supply means 7, indicated by an arrow in Figure 1.
- the primary fluid supplied can be distributed to all primary slot channels 4 via the primary distribution channel 8.
- the device V also includes secondary fluid supply means 10 for supplying a secondary fluid to the secondary slot channels 5.
- the secondary fluid supply means 10 can include at least one compressor and at least one valve, which are not shown separately in the purely schematic figure 1.
- the secondary split channels 5 are - analogous to the primary split channels 4 - all connected on the input side to a central secondary distribution channel 11. technically connected, which in the illustrated embodiment is part of the secondary fluid supply means 10. During operation, the secondary fluid enters the secondary distribution channel 11 via the upstream, central secondary inlet line 12 of the secondary fluid supply means 10.
- a primary collector channel 13 is provided in which fluid exiting from all primary slotted channels 4 can be collected and can exit the plate heat exchanger 2 via a central primary outlet line 14.
- a secondary collector channel 15 is provided on the outlet side of the secondary slotted channels 5, in an analogous manner, in which fluid exiting from all secondary slotted channels 5 can be collected and can exit the plate heat exchanger 2 via a central secondary outlet line 16.
- the primary slot channels 4 and the secondary slot channels 5 are not fluidically connected.
- the plate heat exchanger 2 has a cuboid housing 17, through the wall of which the inlet and outlet lines 9, 12, 14, 16 for the primary and secondary fluid extend.
- the two distribution and collector channels 8, 11, 13, 15 are shown above and below the plates 3, respectively, for the sake of clarity.
- these channels can also extend through the plates 3, in particular by means of recesses provided in the plates 3.
- four recesses can be located in each plate 3.
- round holes are provided, wherein the holes are located at identical positions in all plates 3 and the holes of all plates 3 are aligned, with each aligned hole forming a primary or secondary distribution or collector channel 8, 11, 13, 15, extending transversely through the plates 3 and the defined gap channels 4, 5, and in particular a cylindrical shape. This is known from conventional or conventionally used plate heat exchangers.
- connection of the respective distribution or collector channel 8, 11, 13, 15 with the associated gap channels, or the separation thereof, can then be achieved via seals (not shown), as is well known from conventional plate heat exchangers.
- the holes are preferably located in the edge region of the plates 3. If the plates 3 are rectangular, as in the illustrated embodiment, one of the holes can be located in or near each corner.
- the primary and secondary slot channels 4, 5 are visibly flowed through in countercurrent flow (see also the arrows provided as examples in some of the slot channels 4, 5, which indicate the flow direction through the respective slot channel 4, 5).
- the primary and secondary slot channels can also be flowed through in cocurrent flow or cross-countercurrent flow.
- the primary outlet line 14 of the plate heat exchanger 2 of the device V is fluidically connected to the inlet E of the reactor R, so that primary fluid, which has flowed through the primary slotted channels 4 for heating, can be supplied to the reactor R.
- the outlet A of the reactor R is further connected to the secondary inlet line 12, so that hot reaction fluid, which exits the reactor R, particularly at a temperature in the range of 750°C to 1050°C, can be supplied to the secondary slotted channels 5 for heat recovery.
- the reactor R is fluidically positioned between the primary and secondary sides of the plate heat exchanger 2 of the device V. It should be noted that the hot reaction fluid, particularly process gas, exiting the reactor R does not need to be completely introduced into the secondary slotted channels 5 of the plate heat exchanger 2, and usually is not. Rather, only a portion of the reaction fluid can be directed into the secondary side of the plate heat exchanger 2. A further portion can also be used for another purpose, which is not shown in Figure 1.
- hot reaction fluid exiting reactor R can first be cooled before being fed to the secondary side of the plate heat exchanger 2 of the device V.
- the system 1 can include a cooling device Q for the reaction fluid, by means of which the reaction fluid exiting reactor R can be cooled before entering the secondary slotted channels 5.
- a quench cooling device is specifically provided, by means of which water can be injected into the reaction fluid as needed to lower the temperature.
- the quench cooling device Q includes a valve II through which the water can be injected.
- the device V also includes a pressure vessel 18 that surrounds the plate heat exchanger 2.
- the pressure vessel 18 has a hollow cylindrical shell section and rounded, outwardly curved end faces.
- the cube- or cuboid-shaped plate heat exchanger 2 is arranged in the pressure vessel 18.
- the pressure vessel 18 comprises an outer shell made of cost-effective steel, which is lined on the inside with an insulating layer of a thermally insulating material.
- the plate heat exchanger 2 is provided with thermal insulation. This thermal insulation ensures, or contributes to, a maximum operating temperature of 200°C, preferably 70°C, which allows the use of cost-effective steels. It should be noted that, alternatively or additionally, the plate heat exchanger 2, e.g., its housing 17, can be provided with an insulating layer made of a thermally insulating material.
- the pressure vessel 18 is designed in two parts: a first part 18a and a second part 18b. The two parts 18a and 18b are detachably connected to each other by integrally formed flanges 18c and screws not visible in the figures.
- the plate heat exchanger 2 is held in the pressure vessel 18 by a bracket 18d, which is preferably attached to the flanges 18c, at a distance from the pressure vessel wall (see Figure 3). It should be noted that the two-part design of the pressure vessel 18 is not apparent in the purely schematic, simplified Figure 1.
- pressure fluid supply means 19 are provided, which are configured to supply a pressure fluid to the interior 20 of the pressure vessel 18 and to generate an increased pressure of at least 2 bar, in particular at least 5 bar, preferably at least 10 bar, and most preferably at least 20 bar, in the interior 20 of the pressure vessel 18.
- the pressure fluid supply means 19 comprise at least one compressor and at least one valve, which are not shown separately in schematic Figure 1.
- the pressure vessel 18 and the pressure fluid supply means 19 enable the plate heat exchanger 2 to have no or only a small pressure difference to the outside (to the interior of the pressure vessel 18) during operation and can therefore be designed more simply with regard to its seals. It should be noted that in the schematic, highly simplified figure 1, the seals, which in particular prevent the escape of primary and secondary fluid into the pressure vessel 18 or the ingress of pressure fluid into the primary and secondary gap channels 4, 5, are not shown.
- an inert gas or hydrogen (H2) or forming gas, in particular a mixture of nitrogen (N2) and hydrogen (H2), can be supplied to the pressure vessel 18 as a pressurized pressurized gas by means of the pressurized fluid supply means 19.
- the device V shown in Figure 1 comprises a pressurized fluid circuit 21 with a pressurized fluid cooling device, which includes or is provided by a heat exchanger 22.
- Pressurized gas can be drawn from the pressure vessel 18 via the pressurized fluid circuit 21, cooled by means of the pressurized fluid cooling device, in particular by means of the heat exchanger 22, and then reintroduced into the pressure vessel 18.
- the circuit 21 also includes a compressor 23. Additional cooling can be achieved via a recirculated, cooled pressurized gas.
- the pressure vessel 18 can also be equipped with a leakage sensor (not shown).
- Pressure control devices are provided which are designed and/or configured in such a way that the pressure differential occurring during the operation of the pre- direction V between the pressure in the pressure vessel 18 and the pressure in the primary slot channels 4 prevails, is adjustable, preferably controllable.
- the device V in particular the pressure control means, specifically comprises a control unit 24 by means of which the pressure prevailing in the interior 20 of the pressure vessel 18 can be adjusted, preferably regulated.
- the control unit 24 can also be used to adjust, preferably regulate, the pressure in the primary gap channels 4.
- the control unit 24 is expediently connected to the primary fluid supply means 7 and the pressure fluid supply means 19, for example, compressors thereof.
- Pressure measuring devices such as pressure sensors, may be provided for measuring the pressure in the pressure vessel 18 and/or the pressure in at least one primary slot channel 4.
- a primary differential pressure measuring device may be provided for measuring the pressure difference between the pressure in the pressure vessel 18 and the pressure in at least one of the primary slot channels 4.
- a pressure measuring device may be provided for measuring the pressure in at least one secondary slot channel 5.
- the pressure measuring devices and/or the primary differential pressure measuring device may be part of the pressure control system.
- the control unit 24 may be connected to the pressure measuring devices and/or the differential pressure measuring device to enable control or regulation based on the measured pressure values.
- the pressure can also be measured in the supply-
- the pressure transfer can take place, specifically in at least one fluid-technically connected line upstream of the pressure vessel 18, or in at least one line upstream of one or more, possibly even all, primary slotted channels 4 or secondary slotted channels 5.
- at least one pressure measuring device e.g., at least one pressure sensor, is provided for measuring the pressure in the primary inlet line 9 and/or the primary distribution channel 8, for instance, in at least one of its several arms.
- At least one pressure measuring device e.g., at least one pressure sensor
- the focus can also be on the supply, specifically at least one line upstream of the pressure vessel 18 or at least one primary slotted channel 4 or secondary slotted channel 5.
- pressure measurement can be performed in a feed line, or in at least one downstream line.
- at least one pressure measuring device e.g., at least one pressure sensor
- the downstream line specifically at least one line downstream of the pressure vessel 18 or at least one primary slotted channel 4.
- At least one pressure measuring device e.g., at least one pressure- A sensor for measuring the pressure in the secondary outlet line 16 and/or the secondary collector channel 15, for example in at least one of its several arms, may be provided. Differential pressure measurement can also be performed on the downstream line, specifically at least one line connected to at least one primary slotted channel 4 or secondary slotted channel 5.
- a reactor pressure measuring device for the metrological recording of the pressure and/or pressure loss in the reactor R may also be provided.
- the pressure vessel 18 has a pressure fluid outlet line 25 in which an outlet valve 26 is arranged. Pressure fluid can escape from the pressure vessel 18 via the pressure fluid outlet line 25.
- a safety valve can also be provided, which activates in the event of excessive pressure (not shown in the figure). Pressure fluid can then be diverted via such a safety valve, for example, to a flare or safe location.
- vent valve 27 is provided for the plate heat exchanger 2.
- the reaction fluid for reactor R for example natural gas, DME, MEOH or NH3
- the primary fluid is supplied as the primary fluid to the primary channel 4, in other words, the primary side of the plate heat exchanger 2.
- a pressurized gas is supplied to the pressure vessel, in this case also the reaction gas intended for reactor R, for example from the same source.
- the primary fluid can also be preheated before it enters the plate heat exchanger 2 of the device V, for example to 400°C.
- the system 1 can include an additional heat exchanger for such supplementary primary fluid preheating (not shown).
- the secondary slotted channels 5 of the plate heat exchanger 2 which are fluidically connected to the outlet A of the reactor R via the secondary inlet line 12, are supplied with reaction fluid that has flowed through and out of the reactor R, in other words, reaction fluid after the reaction, and which can have a temperature in the range of 750°C to 1050°C. If necessary, the reaction fluid after the reaction can first be cooled somewhat by means of the quench cooling device Q before it enters the device V and the secondary slotted channels 5.
- heat is transferred from the hot reaction fluid flowing through the secondary side after reaction in the reactor R to reaction fluid that is supplied to the reactor R via or through the primary side of the plate heat exchanger 2, for example to 600°C.
- the pressure prevailing in the pressure vessel 18 can be adjusted to the pressure in the primary slotted channels 4 by means of the control device 24.
- the device V is operated such that the pressure in the pressure vessel 18, particularly with the aid of the control device 24, lies a maximum of 20%, more specifically a maximum of 10%, preferably a maximum of 5%, and most preferably a maximum of 1% above or below the pressure in the primary slotted channels 4.
- the device V can be operated such that the pressure in the pressure vessel
- the pressure in the primary slot channels 4 is located by a maximum of 5 bar, in particular by a maximum of 1 bar, preferably by a maximum of 100 mbar.
- the control device 23 is designed and/or configured accordingly.
- a low pressure drop in reactor R such as a cracker, reformer, or dehydrator, is ensured.
- This can be achieved, for example, by using a catalytic washcoat, a honeycomb or monolithic structure, or a catalyst packing with minimized pressure drop as an alternative to a particle catalyst bed.
- the control unit 24 can be trained and/or configured accordingly.
- An optional leakage sensor which can be located in pressure vessel 18, can monitor for a lack of gas.
- the leakage sensor It detects, in particular, a leak between secondary slot channels 5 and pressure vessel 18. This is also possible if the pressure in pressure vessel 18 is higher than in secondary slot channels 5, since even a partial pressure difference of the component is sufficient.
- leaks can be tolerated to a certain extent without impeding the operation of the plant, and leakage monitoring may be provided but is not mandatory.
- the reaction fluid particularly after flowing through the secondary channels 5 of the plate heat exchanger 2 and preheating the reaction fluid on the primary side, can be used for steam generation.
- the resulting steam can then be fed, for example, into a solid oxide electrolyzer cell (SOEC) to produce hydrogen.
- SOEC solid oxide electrolyzer cell
- the hydrogen produced in this way can then be used, for example, to generate ammonia.
- Such a configuration has proven to be particularly efficient.
- the pressurized fluid supply means 19 can, for example, be fluidically connected to the primary fluid supply means 7 and supply feed gas from a common source.
- a bypass can be provided through which a portion of the reaction fluid is "tapped off” before entering the primary slot channels 4, fed to the pressure vessel 18, discharged from it, and recombined with the reaction fluid that has flowed through the primary slot channels 4.
- a bypass is provided in the device V. Since the second embodiment largely corresponds to the first embodiment shown in Figure 1, only the few differences will be discussed below.
- the pressure inlet line is provided by a first bypass line 28, which is fluidically connected to the primary inlet line 9, specifically branching off from it.
- the first bypass line 28 connects the primary inlet line 9, through which the reaction fluid is also supplied to the primary slot channels 4 as primary fluid, to the interior of the pressure vessel 18.
- the pressure fluid supply means can be provided solely by the bypass line 28.
- a separate compressor used only for the pressure fluid is not required.
- the pressure outlet line is designed as a second bypass line 30, which fluidically connects the interior 20 of the pressure vessel 18 to the primary outlet line 14, specifically leading into the primary outlet line 14 (see Figure 4).
- a valve 31 is provided in the second bypass line 30.
- a valve can also be provided in the first bypass line 28 (not shown).
- the two bypass lines 28, 30 represent a particularly simple design for achieving consistent pressure conditions in the pressure vessel 18 and the primary slotted channels 4.
- the second embodiment can, for example, include a primary differential pressure measuring device in addition to the two bypass lines 28, 30 for measuring the pressure difference between the pressure in the pressure vessel 18 and the pressure in the primary slotted channels 4.
- the valve 31 provided in the pressure outlet line formed by the second bypass line 30 can be connected to a control unit 24 of the device V or system 1, via which its valve position can be adjusted.
- the valve position determines how much of the primary fluid is guided through the pressure vessel 18 via the bypass 28, 30. This also determines, in particular, the degree to which the pressure vessel 18 is cooled by the primary fluid.
- a control unit 24, which can also be present in principle in the second embodiment, is not shown again in Figure 4, but is only visible in Figure 1.
- the device V according to Figure 4 may optionally also have a pressure vessel outlet 24 and a safety valve 25 in addition to the second bypass line 29, which, however, is not shown in Figure 4 for the sake of clarity. It is also understood that it is possible, in principle, for a device V according to the invention to comprise not just one, but several plate heat exchangers 2 arranged in the pressure vessel 18 of the device V (not shown).
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Abstract
Description
BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Vorrichtung zur Wärmeübertragung, Verwendung, Anlage und Verfahren Heat transfer device, use, installation and method
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung und deren Verwendung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Anlage umfassend einen Reaktor für einen Hochtemperaturprozess, insbesondere einen Crackingprozess oder einen Reformierprozess oder einen Dehydrierprozess. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Anlage. The invention relates to a heat transfer device and its use. Furthermore, the invention relates to a system comprising a reactor for a high-temperature process, in particular a cracking process, a reforming process, or a dehydration process. The invention also relates to a method for operating such a system.
Für Hochtemperaturprozesse, beispielsweise Cracking- oder einen Reformier- oder einen Dehydrierprozesse, kommen in der Regel Anlagen zum Einsatz, die einen Reaktor umfassen, in dem der jeweilige Hochtemperaturprozess ablaufen kann. Der Reaktor kann z.B. ein befeuerter Reaktor mit einem Brenner, eine elektrisch beheizter Reaktor oder ein autothermer Reaktor sein. Auch Kombinationen verschiedener Heizarten können an bzw. in einem Reaktor vorgesehen sein. High-temperature processes, such as cracking, reforming, or dehydration, typically utilize systems that include a reactor in which the respective high-temperature process can take place. The reactor can be, for example, a fired reactor with a burner, an electrically heated reactor, or an autothermal reactor. Combinations of different heating methods can also be incorporated into or integrated within a single reactor.
Der Anmelderin ist bekannt, dass prozessseitige Austrittsgase eines Hochtemperaturprozesses (nicht die Abgase eines Brenners), wie zum Beispiel der Dampfreformierung von Erdgas, üblicherweise durch Dampferzeugung gekühlt werden. Dabei sind die Ansprüche an die für die Dampferzeugung genutzten Dampferzeuger hoch. Die Dampferzeuger sind insbesondere hohen Material-, Druck- und Temperaturanforderungen ausgesetzt. The applicant is aware that process-side discharge gases from a high-temperature process (not the exhaust gases from a burner), such as the steam reforming of natural gas, are typically cooled by steam generation. The demands placed on the steam generators used for this purpose are high. In particular, the steam generators are subject to stringent material, pressure, and temperature requirements.
Der Anmelderin ist ferner bekannt, dass beispielsweise bei der Dampfreformierung das aus dem Reaktor, konkret Dampfreformierer, austretende Gas, das insbesondere eine Temperatur im Bereich von 750°C bis 950°C aufweisen kann, auf ein Temperaturniveau von etwa 400°C gekühlt wird, wodurch Rückreaktionen möglichst gering gehalten werden und Materialprobleme wie Metal Dusting kontrolliert werden können. Das Prozessgas hat dabei eine Druck von bis zu 30 bar und muss schnell abgekühlt werden, um das Metal Dusting und Rückreaktionen zu vermeiden. Das schnelle Abkühlen gegen Dampferzeugung führt aber zu einer höheren Brennerleistung auf Feuerungsseite des Reaktors, da das Reaktionsfluid, das dem Reaktor zugeführt wird (auch als „ Feed“ bezeichnet), in der Regel nicht so hoch geheizt werden kann. Wird kein gefeuerter Dampfreformierer, sondern ein autothermer oder elektrisch beheizter Reformer als Reaktor verwendet, wird dies besonders relevant, da es kein Rauchgas eines Brenners gibt, mit dem das Reaktionsfluid vor Eintritt in den Reaktor entsprechend aufgeheizt werden kann. The applicant is further aware that, for example, in steam reforming, the gas exiting the reactor, specifically the steam reformer, which can have a temperature in the range of 750°C to 950°C, is cooled to a temperature level of approximately 400°C, thereby Back reactions must be kept to a minimum, and material problems such as metal dusting must be controlled. The process gas has a pressure of up to 30 bar and must be cooled rapidly to prevent metal dusting and back reactions. However, this rapid cooling, which generates steam, leads to a higher burner output on the reactor's combustion side, since the reaction fluid fed into the reactor (also called the "feed") cannot usually be heated to such a high temperature. This becomes particularly relevant when an autothermal or electrically heated reformer is used instead of a fired steam reformer, as there is no burner flue gas to preheat the reaction fluid before it enters the reactor.
Es besteht jedoch Bedarf daran, einen möglichst energieeffizienten Betrieb von Anlagen mit Reaktoren für Hochtemperaturprozesse zu erzielen. However, there is a need to achieve the most energy-efficient operation possible of plants with reactors for high-temperature processes.
Im Bereich der Elektrolyse bzw. der Brennstoffzellentechnologie sind Elektrolyse- bzw. Brennstoffzellenstacks bekannt, die in einem Druckbehälter angeordnet sind. Eine Hochdruck-Elektrolysezelle geht beispielsweise aus der JP 5 524227 B2 hervor. In the field of electrolysis and fuel cell technology, electrolysis and fuel cell stacks are known that are arranged in a pressure vessel. A high-pressure electrolysis cell is described, for example, in JP 5 524227 B2.
Die US 6 153 083 A offenbart einen Elektrolyseur zur Elektrolyse von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mit einer Anzahl von jeweils einer Anode und einer Kathode enthaltenden Elektrolysezellen, die in einem von einem Druckbehälter umgebenen Zellblock in Reihe geschaltet sind. US Patent 6 153 083 A discloses an electrolyzer for the electrolysis of water into hydrogen and oxygen, comprising a number of electrolysis cells, each containing an anode and a cathode, connected in series in a cell block surrounded by a pressure vessel.
Aus der US 6 689 499 B2 gehen durch Spülgas geschützte, unter Druck stehende Brennstoffzellen-Generatormodule hervor. US 6 689 499 B2 yields pressurized fuel cell generator modules protected by purge gas.
Die JP 3 845 780 B2 offenbart atmosphärische sowie unter Druck stehende SOFC Stromerzeugungssysteme. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, unter deren Verwendung ein möglichst energieeffizienter Betrieb von Anlagen für Hochtemperaturprozesse möglich wird. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anlage der eingangs genannten Art anzugeben, die sich besonders energieeffizient betreiben lässt. The JP 3 845 780 B2 discloses atmospheric and pressurized SOFC power generation systems. It is therefore an object of the present invention to provide a device of the type mentioned above, the use of which enables the most energy-efficient operation possible of plants for high-temperature processes. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a plant of the type mentioned above that can be operated in a particularly energy-efficient manner.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung umfassend einen Plattenwärmetauscher mit einer Mehrzahl benachbarter, insbesondere zumindest im Wesentlichen parallel zueinander orientierter, Platten, zwischen denen Spaltkanäle definiert sind, wobei die Spaltkanäle in mehrere strömungstechnisch miteinander verbundene, insbesondere strömungstechnisch parallel geschaltete, Pri- mär-Spaltkanäle, und mehrere strömungstechnisch miteinander verbundene, insbesondere strömungstechnisch parallel geschaltete, Se- kundär-Spaltkanäle, unterteilt sind, wobei Primärfluid-Zuführmittel für die Zuführung eines Primärfluids zu den Primär-Spaltkanälen und Sekundärfluid-Zuführmittel für die Zuführung eines Sekundärfluids zu den Sekundär-Spaltkanälen vorgesehen sind, einen Druckbehälter, der den Plattenwärmetauscher umgibt,The first-mentioned problem is solved by a heat transfer device comprising a plate heat exchanger with a plurality of adjacent plates, in particular plates oriented at least substantially parallel to each other, between which gap channels are defined, wherein the gap channels are divided into several primary gap channels that are fluidically interconnected, in particular fluidically connected in parallel, and several secondary gap channels that are fluidically interconnected, in particular fluidically connected in parallel, wherein primary fluid supply means are provided for supplying a primary fluid to the primary gap channels and secondary fluid supply means for supplying a secondary fluid to the secondary gap channels, and a pressure vessel that surrounds the plate heat exchanger.
Druckfluid-Zuführmittel, die ausgebildet sind, um dem Druckbehälter ein Druckfluid zuzuführen und insbesondere, um in dem Druckbehälter einen erhöhten Druck von wenigstens 2 bar, insbesondere von wenigstens 5 bar, bevorzugt von wenigstens 10 bar, besonders bevorzugt von wenigstens 20 bar zu erzeugen. Pressure fluid supply means designed to supply a pressure fluid to the pressure vessel and, in particular, to generate an increased pressure of at least 2 bar, in particular at least 5 bar, preferably at least 10 bar, and especially preferably at least 20 bar in the pressure vessel.
Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch eine Anlage umfassend einen Reaktor für einen Hochtemperaturprozess, insbesondere einen Cracking- prozess oder einen Reformierprozess oder einen Dehydrierprozess, und eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei die Primär-Spaltkanäle mit einem Eingang des Reaktors strömungstechnisch verbunden sind und wobei ein Ausgang des Reaktors mit den Sekundär-Spaltkanälen strömungstechnisch verbunden ist, so dass den Primär-Spaltkanälen als Primärfluid ein dem Reaktor zuzuführendes Reaktionsfluid zugeführt werden kann und zumindest ein Teil des in dem Reaktor erwärmten Reaktionsfluids nach Reaktion den Sekundär-Spaltkanälen als Sekundärfluid zugeführt werden kann, so dass Reaktionsfluid vor Eintritt in den Reaktor in dem Plattenwärmetauscher mittels aus dem Reaktor ausgetretenen, in dem Reaktor erwärmten Reaktionsfluids vorgewärmt werden kann. The second task is solved by a system comprising a reactor for a high-temperature process, in particular a cracking process. a process or a reforming process or a dehydration process, and a device according to the invention, wherein the primary slotted channels are fluidically connected to an inlet of the reactor and wherein an outlet of the reactor is fluidly connected to the secondary slotted channels, so that a reaction fluid to be supplied to the reactor can be supplied to the primary slotted channels as primary fluid and at least a part of the reaction fluid heated in the reactor can be supplied to the secondary slotted channels as secondary fluid after reaction, so that reaction fluid can be preheated in the plate heat exchanger before entering the reactor by means of reaction fluids that have exited the reactor and been heated in the reactor.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Heizen eines einem Reaktor für einen Hochtemperaturprozess, insbesondere für einen Crackingprozess, bevorzugt von Ammoniak, oder einen Reformierprozess, bevorzugt von Methan oder LPG oder Naphtha oder Methanol oder Dimethylether, oder einen Dehydrierprozess, bevorzugt von Propan, zuzuführenden Reaktionsfluids mittels aus dem Reaktor ausgetretenen, in dem Reaktor erwärmten Reaktionsfluids. The invention also relates to the use of a device according to the invention for heating reaction fluids to be supplied to a reactor for a high-temperature process, in particular for a cracking process, preferably of ammonia, or a reforming process, preferably of methane or LPG or naphtha or methanol or dimethyl ether, or a dehydration process, preferably of propane, by means of reaction fluids that have escaped from the reactor and have been heated in the reactor.
Gegenstand der Erfindung ist darüber hinaus ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Anlage, umfassend die Schritte The invention further relates to a method for operating a plant according to the invention, comprising the steps
- wenigstens einem Primär-Spaltkanal, bevorzugt allen Primär-Spaltkanälen wird ein dem Reaktor zuzuführendes Reaktionsfluid, insbesondere Erdgas oder Dimethylether oder MEOH oder NH3, als Primärfluid zugeführt, - at least one primary slit channel, preferably all primary slit channels, is supplied with a reaction fluid to be supplied to the reactor, in particular natural gas or dimethyl ether or MEOH or NH3, as a primary fluid,
- wenigstens einem Sekundär-Spaltkanal, bevorzugt allen Sekundär-Spaltkanälen, wird Reaktionsfluid, das den Reaktor durchströmt hat und aus dem Reaktor wieder ausgetreten ist, als Sekundärfluid zugeführt, so dass Reaktionsfluid vor Eintritt in den Reaktor in dem Plattenwärmetauscher mittels aus dem Reaktor ausgetretenen, in dem Reaktor erwärmten Reaktionsfluids vorgewärmt werden kann, - At least one secondary slit channel, preferably all secondary slit channels, is supplied with reaction fluid that has flowed through the reactor and exited the reactor again, so that reaction fluid is present in the slit channel before entering the reactor. Plate heat exchangers can be preheated using reaction fluids that have escaped from the reactor and are heated in the reactor.
- dem Druckbehälter wird ein Druckfluid, insbesondere ein Druckgas zugeführt, bevorzugt, wobei das Druckgas H2 und/oder N2, besonders bevorzugt eine Mischung aus H2 und N2 oder eine Mischung aus H2 und CO2 oder Synthesegas oder Primärgas, umfasst oder daraus besteht. - a pressure fluid, in particular a pressurized gas, is supplied to the pressure vessel, preferably comprising or consisting of H2 and/or N2, particularly preferably a mixture of H2 and N2 or a mixture of H2 and CO2 or synthesis gas or primary gas.
Die vorliegende Erfindung schlägt mit anderen Worten die Verwendung eines Plattenwärmetauschers in einer Druckhülle als Feed Effluent Heat Exchanger für Hochtemperaturprozesse, wie zum Beispiel die Dampfreformierung, die autotherme Reformierung, das Steamcracking bzw. Ammoniakcracking, vor. In other words, the present invention proposes the use of a plate heat exchanger in a pressure shell as a feed effluent heat exchanger for high-temperature processes, such as steam reforming, autothermal reforming, steam cracking or ammonia cracking.
Unter Hochtemperaturprozessen sind dabei insbesondere solche mit einer Reaktionstemperatur von mindestens 700°C zu verstehen. High-temperature processes are understood to mean, in particular, those with a reaction temperature of at least 700°C.
Ein Plattenwärmetauscher weist in hinlänglich vorbekannter Weise eine Mehrzahl von Platten auf, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Platten ein Spaltkanal gebildet wird. Die Spaltkanälen sind dabei in der Regel in zwei Gruppen unterteilt, und die Spaltkanäle der einen Gruppe wechseln sich üblicher Weise mit den Spaltkanälen der anderen Gruppe ab. Die beiden Gruppen von Spaltkanälen sind strömungstechnisch voneinander getrennt, jedoch thermisch miteinander gekoppelt. A plate heat exchanger, in a well-known manner, comprises a plurality of plates, with a gap channel formed between each pair of adjacent plates. The gap channels are generally divided into two groups, and the gap channels of one group typically alternate with those of the other group. The two groups of gap channels are fluidically separated from each other but thermally coupled.
Erfindungsgemäß kann eine Gruppe der Spaltkanäle genutzt werden, um von einem Reaktionsfluid durchströmt zu werden, das einem Reaktor für einen Hochtemperaturprozess zuzuführen ist bzw. im Betrieb zugeführt wird, und um das Reaktionsfluid vor Eintritt in den Reaktor zu heizen. Diese Gruppe von Spaltkanälen wird vorliegend als Primär-Spaltkanäle bezeichnet und das zu beheizende Reaktionsfluid, man kann auch sagen der „ Feed“ zum bzw. für den Reaktor, kann diesen Spaltkanälen als Primärfluid zugeführt werden bzw. wird diesen im Betrieb als Primärfluid zugeführt. Erfindungsgemäß kann die Beheizung dabei durch Rückgewinnung von Wärme des aus dem Reaktor austretenden heißen Reaktionsfluids, mit anderen Worten Prozessfluids, etwa Prozessgases, erfolgen, was die zweite Gruppe von Spaltkanälen, die Sekundär-Spaltkanäle, durchströmen kann bzw. im Betrieb durchströmt. According to the invention, a group of the fissure channels can be used to allow a reaction fluid to flow through it. This fluid is to be supplied to a reactor for a high-temperature process, or is supplied during operation, and is used to heat the reaction fluid before it enters the reactor. This group of fissure channels is referred to herein as primary fissure channels, and the reaction fluid to be heated, or the "feed", is also referred to as the "feed". The primary fluid can be supplied to these fission channels as, or is supplied to, the reactor as primary fluid during operation. According to the invention, heating can be achieved by recovering heat from the hot reaction fluid exiting the reactor, in other words, process fluid, such as process gas, which can flow through the second group of fission channels, the secondary fission channels, or flows through them during operation.
Das Primärfluid ist dann mit anderen Worten durch das Reaktionsfluid gegeben, das einem Reaktor zuzuführen ist bzw. zugeführt wird und das Sekundärfluid ist durch das aus dem Reaktor wieder austretende Reaktionsfluid, mit anderen Worten das Reaktionsfluid nach dem Hochtemperaturprozess bzw. nach der Reaktion, beispielsweise nach einem Reformierprozess, etwa einer Dampfreformierung, nach einen Crackingprozess oder nach einem Dehydrierprozess, gegeben. Es versteht sich, dass sich die Zusammensetzung des Reaktionsfluids vor dem Reaktor von der Zusammensetzung des Reaktionsfluids nach dem Reaktor, also nach Reaktion, unterscheiden kann und in der Regel unterscheiden wird. Vorliegend wird dennoch einheitlich der Begriff Reaktionsfluid sowohl für zu dem Reaktor hinströmendes Reaktionsfluid, mit anderen Worten Reaktionsfluid vor Reaktion, als auch von dem Reaktor wieder wegströmendes Fluid, also Reaktionsfluid nach Reaktion, verwendet. In other words, the primary fluid is the reaction fluid that is supplied to, or is supplied to, the reactor, while the secondary fluid is the reaction fluid exiting the reactor—in other words, the reaction fluid after the high-temperature process or after the reaction, for example, after a reforming process such as steam reforming, after a cracking process, or after a dehydration process. It is understood that the composition of the reaction fluid before the reactor can and usually will differ from the composition of the reaction fluid after the reactor, i.e., after the reaction. Nevertheless, the term "reaction fluid" is used consistently here for both the reaction fluid flowing into the reactor (i.e., the reaction fluid before the reaction) and the fluid flowing away from the reactor (i.e., the reaction fluid after the reaction).
Bei dem Reaktionsfluid, das zunächst den Primär-Spaltkanälen als Primärfluid für die Vorwärmung zugeführt wird, kann es sich beispielsweise um Erdgas, Dimethylether (DME), MEOH oder NH3 handeln. The reaction fluid that is initially supplied to the primary slit channels as the primary fluid for preheating can be, for example, natural gas, dimethyl ether (DME), MEOH or NH3.
Man kann auch sagen, der Reaktor ist mit seinem Ein- und Ausgang für das Reaktionsfluid strömungstechnisch zwischen die Primär- und Sekundärseite des Plattenwärmetauschers geschaltet, so dass Reaktionsfluid über bzw. durch die Primär-Spaltkanäle, also die Primärseite, zu dem Reaktor hin und über bzw. durch die Sekundär-Spaltkanäle, also die Sekundärseite, wieder von dem Reaktor weggeführt werden und so Prozess- bzw. Reaktionswärme für eine Vorwärmung genutzt werden kann. One could also say that the reactor, with its inlet and outlet for the reaction fluid, is fluidically connected between the primary and secondary sides of the plate heat exchanger, so that the reaction fluid flows over or over the plate heat exchanger. The heat is carried through the primary slit channels (i.e., the primary side) to the reactor and away from the reactor via the secondary slit channels (i.e., the secondary side), thus allowing process or reaction heat to be used for preheating.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der Plattenwärmetauscher der (jeweiligen) Vorrichtung in einer Druckhülle installiert ist, in welcher ein erhöhter Druck vorliegt bzw. im Betrieb erzielt werden kann. Der Plattenwärmetauscher ist in dem Innenraum des Druckbehälters angeordnet, so dass es möglich wird, dass im Betrieb keine oder nur eine geringe Druckdifferenz nach außen, mit anderen Worten gegenüber dem unter Druck stehenden Innenraum des Druckbehälters, vorliegt. So kann der Plattenwärmetauscher bzw. können dessen Spaltkanäle von heißem, unter Druck stehendem Reaktionsfluid, das zu einem Hochtemperaturprozess hin- und von dem Hochtemperaturprozess wieder weggeführt wird, durchströmt werden, wobei der Plattenwärmetauscher in konstruktiver Hinsicht vergleichsweise einfach ausgeführt und daher preiswert sein kann. Das den Plattenwärmetauscher zum Zwecke der Wärmerückgewinnung durchströmende Reaktionsfluid vor bzw. nach Hochtemperaturprozess kann einen hohen Druck und eine hohe Temperatur aufweisen ohne dass eine aufwändige Abdichtung des Plattenwärmetauschers bzw. der Primär- und/oder Sekundär-Spaltkanäle nötig ist. According to the invention, the plate heat exchanger of the (respective) device is installed in a pressure vessel in which an elevated pressure is present or can be achieved during operation. The plate heat exchanger is arranged in the interior of the pressure vessel, so that during operation there is no or only a small pressure differential to the outside, in other words, compared to the pressurized interior of the pressure vessel. Thus, the plate heat exchanger, or rather its channels, can be permeated by hot, pressurized reaction fluid that is conveyed to and from a high-temperature process. The plate heat exchanger can be of a comparatively simple design and therefore inexpensive. The reaction fluid flowing through the plate heat exchanger for heat recovery before and after the high-temperature process can have a high pressure and a high temperature without the need for a complex seal of the plate heat exchanger or the primary and/or secondary channels.
Die erfindungsgemäße Anlage kann nur eine oder auch mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen aufweisen. Entsprechend kann neben einer ersten Vorrichtung für die gilt, dass die Primär-Spaltkanäle des Plattenwärmetauschers ausgangsseitig strömungstechnisch mit dem Eingang des Reaktors verbunden sind, und die Sekundär-Spaltkanäle des Plattenwärmetauschers eingangsseitig mit dem Ausgang des Reaktors verbunden sind, noch wenigstens eine weitere Vorrichtungen vorgesehen sein. Die Primär-Spaltkanäle des Plattenwärmetauschers der wenigstens einen weiteren Vorrichtung sind dann zweckmäßiger Weise mit den Primär-Spaltkanäle des Plattenwärmetauschers der Vorrichtung strömungstechnisch verbunden und die Sekundär-Spaltkanäle des Plattenwärmetauschers der wenigstens einen weiteren Vorrichtung sind mit den Sekundär-Spaltkanälen des Plattenwärmetauschers der Vorrichtung. Mit anderen Worten können mehrere, insbesondere zwei, erfindungsgemäße Vorrichtungen mit je einem Plattenwärmetauscher vor- bzw. hintereinander geschaltet sein. Dies ermöglicht eine Trennung von Temperaturniveaus. Rein beispielhaft sei genannt, dass zwei Vorrichtungen vorhanden sind, wobei die Primärseiten von deren Plattenwärmetauschern nacheinander von zu heizendem Reaktionsfluid durchströmt werden, bevor dieses im erwärmten Zustand in den Reaktor eintritt, und wobei die Sekundärseiten von deren Plattenwärmetauschern nacheinander von aus dem Reaktor wieder ausgetretenem, heißem Reaktionsfluid für die Wärmerückgewinnung durchströmt werden. Dann kann das Temperaturniveau in der dem Reaktor strömungstechnisch näheren Vorrichtung höher sein, als in der weiteren Vorrichtung. Dabei sind die Ausgänge der Primär-Spaltkanäle des Plattenwärmetauschers der oder wenigstens einer weiteren Vorrichtung mit den Eingängen der Primär-Spaltkanäle des Plattenwärmetauschers der Vorrichtung strömungstechnisch verbunden, etwa über wenigstens eine Leitung, und die Eingänge der Sekundär-Spaltkanäle des Plattenwärmetauschers der oder wenigstens einer weiteren Vorrichtung mit den Ausgängen der Sekundär-Spaltkanälen des Plattenwärmetauschers der Vorrichtung, etwa über wenigstens eine Leitung. The system according to the invention can comprise one or more devices according to the invention. Accordingly, in addition to a first device, for which the primary slotted channels of the plate heat exchanger are fluidically connected to the inlet of the reactor on the outlet side, and the secondary slotted channels of the plate heat exchanger are connected to the outlet of the reactor on the inlet side, at least one further device can be provided. The primary slotted channels of the plate heat exchanger of the at least one further device The devices are then expediently connected fluidically to the primary slotted channels of the plate heat exchanger of the device, and the secondary slotted channels of the plate heat exchanger of at least one further device are connected to the secondary slotted channels of the plate heat exchanger of the device. In other words, several, in particular two, devices according to the invention, each with a plate heat exchanger, can be connected upstream or downstream. This allows for the separation of temperature levels. By way of pure example, it may be mentioned that two devices are present, wherein the primary sides of their plate heat exchangers are successively flowed through by reaction fluid to be heated before it enters the reactor in its heated state, and wherein the secondary sides of their plate heat exchangers are successively flowed through by hot reaction fluid exiting the reactor for heat recovery. Then the temperature level in the device fluidically closer to the reactor can be higher than in the further device. The outlets of the primary slotted channels of the plate heat exchanger of the device or at least one further device are fluidically connected to the inlets of the primary slotted channels of the plate heat exchanger of the device, for example via at least one line, and the inlets of the secondary slotted channels of the plate heat exchanger of the device or at least one further device are connected to the outlets of the secondary slotted channels of the plate heat exchanger of the device, for example via at least one line.
Auch ist es möglich, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung zwei oder mehr Plattenwärmetauscher umfasst, die gemeinsam in dem Druckbehälter der Vorrichtung angeordnet sind. Dann ist mit anderen Worten neben einem Plattenwärmetauscher noch wenigstens ein weiterer Plattenwärmetauscher vorhanden. Auch in diesem Falle ist eine Trennung von Temperaturniveaus möglich und zwar über zwei oder mehr Plattenwärmetauscher einer Vorrich- tung. In diesem Falle gilt zweckmäßiger Weise, dass die Primär-Spaltkanäle des Plattenwärmetauschers ausgangsseitig strömungstechnisch mit dem Eingang des Reaktors verbunden sind, und dessen Sekundär-Spaltkanäle eingangsseitig mit dem Ausgang des Reaktors, während die Primär-Spaltkanäle des wenigstens einen weiteren Plattenwärmetauschers mit den Primär-Spaltkanäle des Plattenwärmetauschers strömungstechnisch verbunden sind und die Sekundär-Spaltkanäle des wenigstens einen weiteren Plattenwärmetauschers mit den Sekundär-Spaltkanälen des Plattenwärmetauschers. Mit anderen Worten können mehrere, insbesondere zwei, Plattenwärmetauscher vor- bzw. hintereinander geschaltet sein. Die Ausgänge der Primär-Spaltkanäle des oder wenigstens einen weiteren Plattenwärmetauschers sind dann zweckmäßiger Weise mit den Eingängen der Primär-Spaltkanäle des Plattenwärmetauschers strömungstechnisch verbunden, etwa über wenigstens eine Leitung, und die Eingänge der Sekundär-Spaltkanäle des oder wenigstens einen weiteren Plattenwärmetauschers mit den Ausgängen der Sekundär-Spaltkanälen des Plattenwärmetauschers, etwa über wenigstens eine Leitung. It is also possible for a device according to the invention to comprise two or more plate heat exchangers arranged together in the pressure vessel of the device. In other words, in addition to one plate heat exchanger, at least one further plate heat exchanger is then present. In this case, too, a separation of temperature levels is possible via two or more plate heat exchangers of a device. In this case, it is advantageous for the primary slots of the plate heat exchanger to be fluidically connected to the inlet of the reactor on the outlet side, and its secondary slots to be fluidically connected to the outlet of the reactor on the inlet side, while the primary slots of at least one further plate heat exchanger are fluidically connected to the primary slots of the plate heat exchanger, and the secondary slots of the at least one further plate heat exchanger are fluidly connected to the secondary slots of the plate heat exchanger. In other words, several, in particular two, plate heat exchangers can be connected upstream or downstream. The outlets of the primary slots of the plate heat exchanger or at least one further plate heat exchanger are then expediently fluidly connected to the inlets of the primary slots of the plate heat exchanger, for example via at least one line, and the inlets of the secondary slots of the plate heat exchanger or at least one further plate heat exchanger are connected to the outlets of the secondary slots of the plate heat exchanger, for example via at least one line.
Zwei Vorrichtungen oder Plattenwärmetauscher bzw. deren Primär- und Sekundärseite können direkt miteinander verbunden sein, ohne dass weitere Komponenten oder Elemente dazwischenliegen, aber prinzipiell auch über solche. Two devices or plate heat exchangers, or their primary and secondary sides, can be directly connected without any further components or elements in between, but in principle also via such components or elements.
Sind zwei oder mehr Vorrichtungen bzw. Plattenwärmetauscher vorhanden, kann in Weiterbildung entsprechend vorgesehen sein, dass sie für verschieden hohe Temperaturen bzw. verschiedene Temperaturbereiche ausgelegt sind. Die Vorrichtungen bzw. Plattenwärmetauscher können beispielsweise - zumindest was einige Komponenten angeht - aus unterschiedlichen Materialen bestehen. So kann beispielsweise der Plattenwärmetauscher einer Vorrichtung für eine höheres Temperaturniveau Keramik und der Platten- Wärmetauscher wenigstens einer weiteren Vorrichtung - oder auch wenigstens ein weiterer Plattenwärmetauscher einer Vorrichtung - für ein niedrigeres Temperaturniveau Metall umfassen oder zumindest in Teilen daraus bestehen. Der Plattenwärmetauscher für das niedrigere Temperaturniveau kann somit aus einem kostengünstigeren Material bestehen. If two or more devices or plate heat exchangers are present, further development can provide for their design to operate at different temperatures or temperature ranges. The devices or plate heat exchangers can, for example, consist of different materials – at least with regard to some components. For instance, the plate heat exchanger of a device for a higher temperature level could be made of ceramic, and the plate heat exchanger of a device for a higher temperature level could be made of other materials. The heat exchanger of at least one other device – or at least one other plate heat exchanger of a device – for a lower temperature level must comprise metal or at least consist partly of metal. The plate heat exchanger for the lower temperature level can therefore be made of a more cost-effective material.
Zweckmäßiger Weise sind die Primär-Spaltkanäle und die Sekun- där-Spaltkanäle des oder im Falle mehrerer des jeweiligen Plattenwärmetauschers strömungstechnisch nicht miteinander verbunden. Advantageously, the primary slotted channels and the secondary slotted channels of the plate heat exchanger, or in the case of several, of the respective plate heat exchanger, are not fluidically connected.
Als besonders zweckmäßig hat sich ferner auch bei der (jeweiligen) erfindungsgemäßen Vorrichtung erwiesen, wenn die Primär-Spaltkanäle und die Sekundär-Spaltkanäle von dem (jeweiligen) Plattenwärmetauscher abwechselnd angeordnet sind, sich mit anderen Worten jeweils ein Pri- mär-Spaltkanal mit einem Sekundär-Spaltkanal abwechselt. Dann kann eine besonders effiziente Erwärmung des Reaktionsfluids durch Rückgewinnung von Wärme aus heißem Reaktor-Austrittsfluid erfolgen. Furthermore, it has proven particularly advantageous in the (respective) device according to the invention if the primary and secondary slotted channels of the (respective) plate heat exchanger are arranged alternately, in other words, if a primary slotted channel alternates with a secondary slotted channel. This allows for particularly efficient heating of the reaction fluid by recovering heat from the hot reactor outlet fluid.
Die Primär- und die Sekundär-Spaltkanäle des (jeweiligen) Plattenwärmetauschers können beispielsweise im Gegenstrom, im Gleichstrom oder auch im Kreuz-Gegenstrom durchströmt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung oder Anlage kann entsprechend ausgebildet sein, insbesondere Leitungen für eine entsprechende Fluidführung umfassen. The primary and secondary slotted channels of the (respective) plate heat exchanger can, for example, be operated in counterflow, coflow, or cross-counterflow. The device or system according to the invention can be designed accordingly, in particular comprising lines for appropriate fluid flow.
Der Druckbehälter der bzw. der jeweiligen Vorrichtung weist in bevorzugter Ausgestaltung eine zumindest im Wesentlichen zylindrische, insbesondere kreiszylindrische Form auf. Er kann einen (kreis)hohlzylindrischen Mantel aufweisen, der an beiden Enden verschlossen ist. Er kann abgerundete, insbesondere konvex nach außen gewölbte Enden bzw. Stirnwandungen aufweisen, was sich als besonders günstige Form für Druckgefäße erwiesen hat. Ein zylindrischer Druckbehälter mit abgerundeten, nach außen gewölb- ten Stirnseiten kann einen guten Kompromiss zwischen der idealen Form einer Kugelschale einerseits und einer vergleichsweise einfachen, kostengünstige Herstellung bei noch sehr guter Druckfestigkeit darstellen. In a preferred embodiment, the pressure vessel of the respective device has a shape that is at least substantially cylindrical, in particular circular cylindrical. It may have a (circular) hollow cylindrical shell that is closed at both ends. It may have rounded, in particular convexly curved ends or end walls, which has proven to be a particularly advantageous shape for pressure vessels. A cylindrical pressure vessel with rounded, outwardly curved ten end faces can represent a good compromise between the ideal shape of a spherical shell on the one hand and a comparatively simple, cost-effective manufacturing process with still very good compressive strength.
Der Druckbehälter kann innenseitig mit einer Isolierschicht aus einem thermisch isolierenden Material versehen sein. Rein beispielhaft für thermisch isolierende Materialien seien Schamotte-Steine, Glasgewebe und/oder Keramikgewebe, z.B. polykristalline Mullit/Aluminiumoxid-Wolle (PCW) genannt. Alternativ oder zusätzlich kann der Druckbehälter Stahl, insbesondere eine Außenhülle aus Stahl, umfassen. Umfasst der Druckbehälter eine innenseitige thermische Isolierschicht, kann vermieden werden, dass seine Außenhülle im Betrieb auf hohe Temperaturen erwärmt wird. Dies macht es möglich, eine Außenhülle auch aus weniger temperaturbeständigen Materialien vorzusehen, insbesondere eine solche aus kostengünstigen Stählen, die z.B. nur Temperaturen von maximal 250°C, bevorzugt maximal 220°C, besonders bevorzugt maximal 100°C standhalten können. The pressure vessel can be provided internally with an insulating layer made of a thermally insulating material. Examples of thermally insulating materials include fireclay bricks, glass fabric, and/or ceramic fabric, such as polycrystalline mullite/aluminum oxide wool (PCW). Alternatively or additionally, the pressure vessel can be made of steel, in particular an outer shell made of steel. If the pressure vessel includes an internal thermal insulating layer, it can be prevented that its outer shell heats up to high temperatures during operation. This makes it possible to use an outer shell made of less temperature-resistant materials, in particular cost-effective steels that can withstand, for example, temperatures of only 250°C, preferably 220°C, and most preferably 100°C.
Auch kann ein Leckagesensor zur Überwachung des bzw. der Plattenwärmetauscher vorgesehen sein. Mittels eines Leckagesensor kann der Plattenwärmetauscher auf Dichtheit überwacht werden. Der Leckagesensor zur Überwachung des (jeweiligen) Plattenwärmetauschers ist bevorzugt innerhalb des Druckbehälters angeordnet. Ist bzw. wird der Druckbehälter z.B. mit Inertgas gefüllt, wird zweckmäßiger Weise auf das Primärgas oder eine Komponente daraus überwacht. Ist der Druckbehälter z.B. mit Primärgas gefüllt, wird zweckmäßiger Weise auf das Reaktionsprodukt überwacht. Es können insbesondere Leckagen zwischen Sekundär-Spaltkanälen und Druckbehälter aufgespürt werden. Dies auch, wenn der Druck in dem Druckbehälter oberhalb des Drucks in den Sekundär-Spaltkanälen liegt, da eine Partialdruckdifferenz hierzu ausreichend sein kann. Auch sei angemerkt, dass Leckagen in gewissem Maße tolerierbar sind, ohne dass ein Betrieb der Vorrichtung bzw. Anlage mit einer solchen unterbrochen werden müsste. Dies ist sehr vorteilhaft, da z.B. auch etwas größere Fehlertoleranzen im Rahmen der Fertigung akzeptierbar sein können. A leakage sensor can also be provided to monitor the plate heat exchanger(s). The plate heat exchanger can be monitored for leaks using a leakage sensor. The leakage sensor for monitoring the (respective) plate heat exchanger is preferably located inside the pressure vessel. If the pressure vessel is or will be filled with, for example, an inert gas, it is advantageous to monitor for the primary gas or a component thereof. If the pressure vessel is filled with, for example, a primary gas, it is advantageous to monitor for the reaction product. In particular, leaks between secondary gap channels and the pressure vessel can be detected. This is also possible if the pressure in the pressure vessel is higher than the pressure in the secondary gap channels, as a partial pressure difference can be sufficient for this purpose. It should also be noted that leaks are tolerable to a certain extent without affecting the operation of the The device or system would have to be interrupted in this way. This is very advantageous, as, for example, somewhat larger error tolerances in manufacturing can be accepted.
In Weiterbildung ist wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle, bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen des oder wenigstens eines Plattenwärmetauschers ein Katalysatormaterial vorgesehen, insbesondere ein Katalysatormaterial zum Vor-Cracken oder Vorreformieren. Der Plattenwärmetauscher kann dann nicht nur für die Heizung des Feeds durch die Rückgewinnung von Wärme aus heißem Prozessfluid, sondern auch für eine Vorreformierung bzw. eine Vorckracking genutzt werden, was sich als besonders geeignet erweisen hat. In a further development, a catalyst material is provided in at least one of the primary slotted channels, preferably in all primary slotted channels of the plate heat exchanger or at least one plate heat exchanger, in particular a catalyst material for pre-cracking or pre-reforming. The plate heat exchanger can then be used not only for heating the feed by recovering heat from hot process fluid, but also for pre-reforming or pre-cracking, which has proven to be particularly suitable.
Ein optional in dem bzw. den Primär-Spaltkanälen vorgesehenes Katalysatormaterial kann - insbesondere für eine (Vor-)Reformierung von Kohlenwasserstoffen - beispielsweise ein Nickel-basiertes Katalysatormaterial sein. Es kann sich um ein Vollmaterial auf einem Träger handeln. Alternativ oder zusätzlich kann es Edelmetall-modifiziert sein. Insbesondere für das (Vor-)Cracken von NH3 kommen ebenfalls solche Katalysatormaterialien in Frage oder auch Eisen-basierte Systeme oder Bimetalle. An optional catalyst material provided in the primary cracking channel(s) can be, for example, a nickel-based catalyst material, particularly for the (pre-)reforming of hydrocarbons. It can be a solid material on a support. Alternatively or additionally, it can be modified with precious metals. Such catalyst materials, as well as iron-based systems or bimetals, are also suitable, especially for the (pre-)cracking of NH3.
Das in dem oder den Primär-Spaltkanälen optional vorgesehene Katalysatormaterial kann sich auf einem Trägermaterial befinden. Das Katalysatormaterial bzw. das Trägermaterial eines solchen kann beispielsweise granular sein. Es kann in Form von Pellets vorliegen bzw. es können Pellets in den Primär-Spaltkanälen vorgesehen sein, welche das Katalysatormaterial umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Katalysatormaterial auch in Form wenigstens einer beispielsweise durch Washcoat erhaltenen Beschichtung vorliegen. Beispielsweise können Platten des Plattenwärmetauschers mit dem Katalysatormaterial bzw. einem das Katalysatormaterial umfassenden Beschichtungsmaterial beschichtet sein. Es können auch eine oder mehrere Einlegeplatten in den Primär-Spaltkanälen angeordnet sein bzw. werden, welche aus dem Katalysatormaterial bestehen oder mit dem Katalysatormaterial beschichtet sind, etwa durch Washcoat, was die Fertigung vereinfachen kann. Auch ist es möglich, dass das Katalysatormaterial in Form von katalytisch-aktiven Strukturen vorliegt. Beispielhaft sei genannt, dass katalytisch aktive Netze in den Primär-Spaltkanälen vorgesehen sind. The catalyst material optionally provided in the primary slotted channel(s) can be located on a support material. The catalyst material, or the support material thereof, can be granular, for example. It can be in the form of pellets, or pellets containing the catalyst material can be provided in the primary slotted channels. Alternatively or additionally, the catalyst material can also be in the form of at least one coating, for example, obtained by means of a washcoat. For example, plates of the plate heat exchanger can be coated with the catalyst material or with a coating containing the catalyst material. The primary slit channels can be coated with a coating material. One or more insert plates, made of or coated with the catalyst material (e.g., with a washcoat), can also be arranged in the primary slit channels, which can simplify manufacturing. The catalyst material can also be present in the form of catalytically active structures. For example, catalytically active networks can be incorporated into the primary slit channels.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist keine elektrolytische Vorrichtung bzw. kein elektrolytischer Reaktor. Sie ist mit anderen Worten insbesondere keine Vorrichtung, in welcher mittels Strom betriebene chemische Reaktionen, insbesondere keine durch elektrische Energie erzwungene Redoxreaktionen, ablaufen können bzw. ablaufen. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden entsprechend keine elektrolytischen Reaktionen in den Primär- oder Sekundär-Spaltkanälen durchgeführt. The device according to the invention is not an electrolytic device or an electrolytic reactor. In other words, it is specifically not a device in which electrically driven chemical reactions, particularly redox reactions forced by electrical energy, can or do take place. Accordingly, no electrolytic reactions are carried out in the primary or secondary slit channels within the framework of the method according to the invention.
Unter Verwendung wenigstens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Erwärmung des Reaktionsfluids auf der Primärseite auf eine Temperatur bis 800°C erfolgt, bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 200°C bis 800°C, besonders bevorzugt im Bereich von 400°C bis 800°C. Die (jeweilige) Vorrichtung bzw. der (jeweilige) Plattenwärmetauscher kann entsprechend ausgebildet sein. Die Eintrittstemperatur eines Reaktionsfluids in den (ersten) Plattenwärmetauscher kann beispielsweise im Bereich von 200°C bis 400°C liegen. Using at least one device according to the invention or within the framework of the method according to the invention, it can be provided, in particular, that the reaction fluid is heated on the primary side to a temperature of up to 800°C, preferably to a temperature in the range of 200°C to 800°C, and especially preferably in the range of 400°C to 800°C. The (respective) device or the (respective) plate heat exchanger can be designed accordingly. The inlet temperature of a reaction fluid to the (first) plate heat exchanger can, for example, be in the range of 200°C to 400°C.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass dem wenigstens einen Se- kundär-Spaltkanal Reaktionsfluid mit einer Temperatur im Bereich von 700°C bis 1200°C, bevorzugt im Bereich von 750°C bis 950°C zugeführt wird. Sind mehrere Plattenwärmetauscher (einer oder mehrerer Vorrichtungen) vor- handen, gilt dies insbesondere für den wenigstens einen Sekun- där-Spaltkanal des dem Reaktorausgang strömungstechnisch am nächsten liegenden Plattenwärmetauchers. Alternatively or additionally, it is possible to supply the at least one secondary slotted channel with reaction fluid at a temperature in the range of 700°C to 1200°C, preferably in the range of 750°C to 950°C. If several plate heat exchangers (of one or more devices) are present- This applies in particular to the at least one secondary slotted channel of the plate heat exchanger that is closest to the reactor outlet in terms of flow characteristics.
Die oder die jeweilige erfindungsgemäße Vorrichtung kann Drucksteuermittel umfassen, die derart ausgebildet und/oder eingerichtet sind, dass mittels dieser die Druckdifferenz, die im Betrieb zwischen dem Druck in dem Druckbehälter und dem Druck in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle, bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen, vorherrscht, einstellbar, bevorzugt regelbar ist. The device or devices according to the invention may include pressure control means which are designed and/or configured in such a way that the pressure difference prevailing during operation between the pressure in the pressure vessel and the pressure in at least one of the primary slot channels, preferably in all primary slot channels, can be adjusted, preferably controlled.
In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Vorrichtung bzw. Anlage derart betrieb wird, dass der Druck in dem Druckbehälter um maximal 20 %, insbesondere um maximal 10%, bevorzugt um maximal 5 %, besonders bevorzugt um maximal 1 % oberhalb oder unterhalb des Drucks in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle, bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen, liegt, was sich als besonders geeignet erwiesen hat. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung bzw. Anlage derart betrieben werden, dass der Druck in dem Druckbehälter um maximal 5 bar, insbesondere um maximal 1 bar, bevorzugt um maximal 100 mbar oberhalb oder unterhalb des Drucks in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle, bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen, liegt. Mit anderen Worten kann bei der Einstellung bzw. Regelung einer maximalen Druckdifferenz zwischen dem Innenraum des Druckbehälters und dem Druck in einem oder mehreren Primär-Spaltkanälen auf einen prozentualen Unterschied und/oder absolute Abweichungen abgestellt werden. In an advantageous further development of the method according to the invention, the device or system is operated such that the pressure in the pressure vessel lies a maximum of 20%, in particular a maximum of 10%, preferably a maximum of 5%, and most preferably a maximum of 1% above or below the pressure in at least one of the primary slotted channels, preferably in all primary slotted channels, which has proven to be particularly suitable. Alternatively or additionally, the device or system can be operated such that the pressure in the pressure vessel lies a maximum of 5 bar, in particular a maximum of 1 bar, and preferably a maximum of 100 mbar above or below the pressure in at least one of the primary slotted channels, and preferably in all primary slotted channels. In other words, when setting or controlling a maximum pressure difference between the interior of the pressure vessel and the pressure in one or more primary slotted channels, a percentage difference and/or absolute deviations can be used.
Drucksteuermittel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Anlage können ausgebildet und/oder eingerichtet sein, um dies zu realisieren. Mit anderen Worten liegt in dem Druckbehälter dann ein gleicher oder zumindest ähnlicher Druck wie in einem oder mehreren Primär-Spaltkanälen vor. Der Druck des Druckfluids kann dafür im Betrieb z.B. an den Druck in dem bzw. den Primär-Spaltkanälen angepasst werden. Die Drucksteuermittel können entsprechend ausgebildet und/oder eingerichtet sein. Pressure control means of the device or system according to the invention can be designed and/or configured to achieve this. In other words, the pressure in the pressure vessel is then the same as, or at least very similar to, the pressure in one or more primary slotted channels. The pressure of the pressure fluid can be adjusted during operation, for example, to match the pressure in the primary slotted channel(s). The pressure control devices can be designed and/or configured accordingly.
Umfasst die erfindungsgemäße Anlage Drucksteuermittel, können diese alternativ oder zusätzlich derart ausgebildet und/oder eingerichtet sein, dass mittels dieser die Druckdifferenz, die im Betrieb zwischen dem Druck in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle, bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen, und dem Druck in wenigstens einem der Sekun- där-Spaltkanäle, bevorzugt in allen Sekundär-Spaltkanälen vorherrscht, einstellbar, bevorzugt regelbar ist. If the system according to the invention includes pressure control means, these can alternatively or additionally be designed and/or arranged in such a way that the pressure difference prevailing during operation between the pressure in at least one of the primary slotted channels, preferably in all primary slotted channels, and the pressure in at least one of the secondary slotted channels, preferably in all secondary slotted channels, can be adjusted, preferably controlled, by means of them.
Es kann aber auch eine Druckdifferenz - zwischen dem Druck in den Primär- und Sekundär-Spaltkanälen und/oder zwischen dem Druck in dem Reaktor und dem Druck in den Primär- und/oder Sekundär-Spaltkanälen, vorliegen, wobei auch (stark) unterschiedliche Drücke prinzipiell möglich sind. Die Sekundär-Spaltkanäle bzw. die die Sekundär-Spaltkanäle definierenden Platten können dann insbesondere miteinander verschweißt sein oder aber es können geeignete Dichtungen und ein ausreichender Anpressdruck der Platten realisiert sein, um auch höhere Druckdifferenzen zu ermöglichen. Gleiches kann alternativ oder zusätzlich für die Primär-Spaltkanäle bzw. die die Primär-Spaltkanäle definierenden Platten gelten. However, a pressure difference can also exist – between the pressure in the primary and secondary slotted channels and/or between the pressure in the reactor and the pressure in the primary and/or secondary slotted channels – whereby (significantly) different pressures are also possible in principle. The secondary slotted channels, or the plates defining the secondary slotted channels, can then be welded together, or suitable seals and sufficient contact pressure of the plates can be implemented to allow for higher pressure differences. The same can apply alternatively or additionally to the primary slotted channels, or the plates defining the primary slotted channels.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Primär-Spaltkanäle und/oder die Sekundär-Spaltkanäle mit Stabilisierungselementen, insbesondere Stabilisierungsstegen, versehen sind. Die Stabilisierungselemente können die Stabilität erhöhen. Insbesondere für Anwendungsfälle, bei denen auch größere Druckdifferenzen zwischen Primär- und Sekundär-Spaltkanälen auftreten (können), kann es vorteilhaft sein, die Spaltkanäle entsprechend zu verstärken. Stabilisierungselemente, beispielsweise in Form von Stabilisierungsstegen, können sich jeweils zwischen zwei benachbarten Platten erstrecken und sich an den benachbarten Platten abstützen. It may also be provided that the primary and/or secondary slotted channels are equipped with stabilizing elements, in particular stabilizing ribs. These stabilizing elements can increase stability, especially in applications where larger pressure differences occur between the primary and secondary slotted channels. (can), it may be advantageous to reinforce the gap channels accordingly. Stabilizing elements, for example in the form of stabilizing struts, can extend between two adjacent plates and be supported by the adjacent plates.
Für den Fall, dass eine größere Druckdifferenz, beispielsweise zwischen Primär- und Sekundär-Spaltkanälen, im Betrieb auftritt bzw. möglich sein soll, etwa ein Druckunterschied von mehr als 5 bar, ggf. auch deutlich mehr als 5 bar, kann die Abdichtung des Plattenwärmetauschers gezielt derart ausgestaltet sein, dass die Seite mit höheren Druck (Primär- oder Sekundärseite) die Seite mit dem niedrigeren Druck (Sekundär- oder Primärseite) im Betrieb dicht hält. Insbesondere können Dichtungselemente des Plattenwärmetauschers gezielt entsprechend angeordnet sein. Etwa derart, dass sie im Betrieb aufgrund des höheren Druckes auf der einen Seite (Primär oder Sekundär) von wenigstens einem Element, etwa einer Platte des Plattenwärmetauschers, gegen wenigstens ein weiteres Element, des Plattenwärmetauschers gepresst werden. In the event that a larger pressure differential occurs or is intended to occur during operation, for example, between primary and secondary channels—such as a pressure difference of more than 5 bar, or even significantly more than 5 bar—the sealing of the plate heat exchanger can be specifically designed so that the side with the higher pressure (primary or secondary side) keeps the side with the lower pressure (secondary or primary side) sealed during operation. In particular, sealing elements of the plate heat exchanger can be specifically arranged accordingly. For example, they can be pressed against at least one other element of the plate heat exchanger during operation due to the higher pressure on one side (primary or secondary).
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Steuereinrichtung, mittels derer der Druck in dem Druckbehälter und/oder die Druckdifferenz zwischen dem Druck in dem Druckbehälter und dem Druck in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle einstellbar, bevorzugt regelbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann mit der Steuereinrichtung der Druck in den Sekundär-Spaltkanälen einstellbar, bevorzugt regelbar sein. In a further advantageous embodiment, the device according to the invention comprises a control unit by means of which the pressure in the pressure vessel and/or the pressure difference between the pressure in the pressure vessel and the pressure in at least one of the primary slotted channels can be adjusted, preferably regulated. Alternatively or additionally, the pressure in the secondary slotted channels can be adjusted, preferably regulated, by means of the control unit.
In der Regel ist es so, dass der Druck in dem oder den Primär-Spaltkanälen und der Druck in der Primärfluid-Zuführung zu den Primär-Spaltkanälen und/oder in der Primärfluid-Ableitung aus den Primär-Spaltkanälen nahezu identisch ist. Dies gilt insbesondere, wenn zwischen dem Plattenwärmetau- scher bzw. dessen Primär-Spaltkanälen und wenigstens einer zuführenden bzw. ableitenden Leitung kein Ventil oder ähnliches angeordnet ist. As a rule, the pressure in the primary slot channel(s) and the pressure in the primary fluid supply to the primary slot channels and/or in the primary fluid discharge from the primary slot channels are almost identical. This is especially true when there is a heat exchanger between the plate heat exchanger and the primary fluid supply to the primary slot channels. scher or whose primary slot channels and at least one supplying or discharging line no valve or similar device is arranged.
Analoges gilt, was die Sekundär-Spaltkanäle und den Druckbehälter und jeweils wenigstens eine zuführende bzw. ableitende Leitung angeht. Auch hier ist der Druck nahezu identisch, insbesondere, wenn kein Ventil oder ähnliches Zwischen den Sekundär-Spaltkanälen bzw. dem Druckbehälter und einer zuführenden bzw. ableitenden Leitung angeordnet ist. The same applies to the secondary slotted channels and the pressure vessel, and at least one supply and one discharge line in each case. Here, too, the pressure is almost identical, especially if no valve or similar device is arranged between the secondary slotted channels or the pressure vessel and a supply or discharge line.
Entsprechend können die optional vorhandenen Drucksteuermittel derart ausgebildet und/oder eingerichtet sein, dass mittels dieser die Druckdifferenz, die im Betrieb der Vorrichtung zwischen dem Druck in dem Druckbehälter und/oder dem Druck in wenigstens einer dem Druckbehälter vorgeschalteten bzw. nachgeschalteten Leitung einerseits, und dem Druck in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle, bevorzugt in allen Primär-Spaltkanälen, und/oder in wenigstens einer den Primär-Spaltkanälen vorgeschalteten bzw. nachgeschalteten Leitung andererseits, vorherrscht, einstellbar, bevorzugt regelbar ist. Accordingly, the optionally available pressure control means can be designed and/or configured in such a way that the pressure difference prevailing during operation of the device between the pressure in the pressure vessel and/or the pressure in at least one line upstream or downstream of the pressure vessel on the one hand, and the pressure in at least one of the primary slot channels, preferably in all primary slot channels, and/or in at least one line upstream or downstream of the primary slot channels on the other hand, is adjustable, preferably controllable.
Auch kann eine Druckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung des Drucks im Druckbehälter und/oder in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, dem Druckbehälter vorgeschalteten Leitung vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Druckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung des Drucks in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, dem Druckbehälter nachgeschalteten Leitung vorgesehen sein. Es kann sich beispielsweise um eine Druckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung des Drucks in einer Druck-Einlassleitung und/oder zur messtechnischen Erfassung des Druck in einer Druck-Auslassleitung handeln, über welche dem Druckbehälter Druckfluid zu- bzw. abgeführt werden kann oder zu- bzw. abgeführt wird. Weiterhin kann wenigstens eine Primär-Druckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung des Drucks in einem - oder auch mehreren, ggf. allen - Primär-Spaltkanälen vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Primär-Druckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung des Drucks in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, den Primär-Spaltkanälen vorgeschalteten und/oder des Drucks in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, den Primär-Spaltkanälen nachgeschalteten Leitung vorgesehen sein. A pressure measuring device may also be provided for measuring the pressure in the pressure vessel and/or in at least one, preferably exactly one, line upstream of the pressure vessel. Alternatively or additionally, a pressure measuring device may be provided for measuring the pressure in at least one, preferably exactly one, line downstream of the pressure vessel. This may, for example, be a pressure measuring device for measuring the pressure in a pressure inlet line and/or for measuring the pressure in a pressure outlet line through which pressure fluid can be supplied to or removed from the pressure vessel. Furthermore, at least one primary pressure measuring device can be provided for measuring the pressure in one – or even several, possibly all – primary slotted channels. Alternatively or additionally, a primary pressure measuring device can be provided for measuring the pressure in at least one, preferably exactly one, line upstream of the primary slotted channels and/or the pressure in at least one, preferably exactly one, line downstream of the primary slotted channels.
Alternativ oder zusätzlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Pri- mär-Differenzdruckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Druckbehälter und/oder in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, dem Druckbehälter vorgeschalteten bzw. nachgeschalteten Leitung und dem Druck in wenigstens einem der Pri- mär-Spaltkanäle umfassen. Ist eine Primär-Differenzdruckmesseinrichtung vorhanden, kann diese alternativ oder zusätzlich dazu ausgebildet sein, die Druckdifferenz zwischen dem Druck im Druckbehälter und/oder in wenigstens einer diesem vorgeschalteten Leitung einerseits und dem Druck in wenigstens einer den Primär-Spaltkanälen vorgeschalteten Leitung und/oder in wenigstens einer den Primär-Spaltkanälen nachgeschalteten Leitung andererseits messtechnisch zu erfassen. Alternatively or additionally, the device according to the invention can comprise a primary differential pressure measuring device for measuring the pressure difference between the pressure in the pressure vessel and/or in at least one, preferably exactly one, line upstream or downstream of the pressure vessel and the pressure in at least one of the primary slotted channels. If a primary differential pressure measuring device is provided, it can alternatively or additionally be configured to measure the pressure difference between the pressure in the pressure vessel and/or in at least one line upstream of it on the one hand, and the pressure in at least one line upstream of the primary slotted channels and/or in at least one line downstream of the primary slotted channels on the other.
Auch kann wenigstens eine Sekundär-Druckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung des Drucks in einem - oder auch mehreren, ggf. allen - Sekundär-Spaltkanälen vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Sekundär-Druckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung des Drucks in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, den Sekundär-Spaltkanälen vorgeschalteten und/oder des Drucks in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, den Sekundär-Spaltkanälen nachgeschalteten Leitung vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Se- kundär-Differenzdruckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Druckbehälter und/oder in wenigstens einer dem Druckbehälter vorgeschalteten Leitung und/oder in wenigstens einer dem Druckbehälter nachgeschalteten Leitung einerseits und dem Druck in wenigstens einem der Sekundär-Spaltkanäle andererseits umfassen. Ist eine Sekundär-Differenzdruckmesseinrichtung vorhanden, kann diese alternativ oder zusätzlich dazu ausgebildet sein, die Druckdifferenz zwischen dem Druck im Druckbehälter bzw. in wenigstens einer diesem vorgeschalteten Leitung und/oder in wenigstens einer diesem nachgeschalteten Leitung einerseits und dem Druck in wenigstens einer den Sekun- där-Spaltkanälen vorgeschalteten Leitung und/oder in wenigstens einer den Sekundär-Spaltkanälen nachgeschalteten Leitung andererseits messtechnisch zu erfassen. At least one secondary pressure measuring device can also be provided for measuring the pressure in one – or even several, possibly all – secondary slotted channels. Alternatively or additionally, a secondary pressure measuring device can be provided for measuring the pressure in at least one, preferably exactly one, line upstream of the secondary slotted channels and/or the pressure in at least one, preferably exactly one, line downstream of the secondary slotted channels. Alternatively or additionally, the device according to the invention can include a secondary differential pressure measuring device for measuring the pressure difference between the pressure in the pressure vessel and/or in at least one line upstream of the pressure vessel and/or in at least one line downstream of the pressure vessel on the one hand, and the pressure in at least one of the secondary slotted channels on the other. If a secondary differential pressure measuring device is provided, it can alternatively or additionally be configured to measure the pressure difference between the pressure in the pressure vessel or in at least one line upstream of it and/or in at least one line downstream of it on the one hand, and the pressure in at least one line upstream of the secondary slotted channels and/or in at least one line downstream of the secondary slotted channels on the other.
Bei der dem oder den Primär-Spaltkanälen vorgeschalteten Leitung, in der alternativ oder zusätzlich der Druck gemessen werden kann, kann es sich zum Beispiel um eine Primär-Einlassleitung und/oder um einen Pri- mär-Verteilerkanal bzw. einen von mehreren Armen eines Pri- mär-Verteilerkanals handeln. Die Leitung ist dem oder den Primär-Spaltkanälen fluidtechnisch vorgeschaltet und kann direkt mit einem o- der mehreren der Primär-Spaltkanäle verbunden sein, oder auch über eine oder mehrere weitere Leitungen. The line upstream of the primary slotted channel(s), in which the pressure can be measured alternatively or additionally, can be, for example, a primary inlet line and/or a primary distribution channel or one of several arms of a primary distribution channel. The line is fluidically connected upstream of the primary slotted channel(s) and can be directly connected to one or more of the primary slotted channels, or via one or more other lines.
In analoger Weise kann es sich bei der dem oder den Primär-Spaltkanälen nachgeschalteten Leitung, in der alternativ oder zusätzlich der Druck gemessen werden kann, zum Beispiel um eine Primär-Auslassleitung und/oder um einen Primär-Sammlerkanal bzw. einen von mehreren Armen eines Pri- mär-Sammlerkanals handeln. Die Leitung ist dem oder den Primär-Spaltkanälen fluidtechnisch nachgeschaltet und kann direkt mit einem oder mehreren der Primär-Spaltkanäle verbunden sein, oder auch über eine oder mehrere weitere Leitungen Similarly, the line downstream of the primary slotted channel(s), in which the pressure can be measured alternatively or additionally, can be, for example, a primary outlet line and/or a primary collector channel or one of several arms of a primary collector channel. The line is fluidically connected downstream of the primary slotted channel(s) and can be directly connected to a or be connected to several of the primary slit channels, or via one or more additional lines
Ferner kann es sich bei der den Sekundär-Spaltkanälen vorgeschalteten Leitung, in der alternativ oder zusätzlich der Druck gemessen werden kann, zum Beispiel um eine Sekundär-Einlassleitung und/oder um einen Sekun- där-Verteilerkanal bzw. einen von mehreren Armen eines Sekun- där-Verteilerkanals handeln. Die Leitung ist dem oder den Sekundär-Spaltkanälen fluidtechnisch vorgeschaltet und kann direkt mit einem oder mehreren der Sekundär-Spaltkanäle verbunden sein, oder auch über eine oder mehrere weitere Leitungen. Furthermore, the line upstream of the secondary slotted channels, in which the pressure can be measured alternatively or additionally, can be, for example, a secondary inlet line and/or a secondary distribution channel or one of several arms of a secondary distribution channel. The line is fluidically connected upstream of the secondary slotted channel(s) and can be directly connected to one or more of the secondary slotted channels, or via one or more other lines.
Bei der den Sekundär-Spaltkanälen nachgeschalteten Leitung, in der alternativ oder zusätzlich der Druck gemessen werden kann, kann es sich zum Beispiel um eine Sekundär-Auslassleitung und/oder um einen Sekun- där-Sammlerkanal bzw. einen von mehreren Armen eines Sekun- där-Sammlerkanals handeln. Die Leitung ist dem oder den Sekundär-Spaltkanälen fluidtechnisch nachgeschaltet und kann direkt mit einem oder mehreren der Sekundär-Spaltkanäle verbunden sein, oder auch über eine oder mehrere weitere Leitungen. The line downstream of the secondary slotted channels, in which the pressure can be measured alternatively or additionally, can be, for example, a secondary outlet line and/or a secondary collector channel or one of several arms of a secondary collector channel. The line is fluidically connected downstream of the secondary slotted channel(s) and can be directly connected to one or more of the secondary slotted channels, or via one or more other lines.
Bei der dem Druckbehälter vorgeschalteten Leitung kann es sich zum Beispiel um eine Druck-Einlassleitung und bei der dem Druckbehälter nachgeschalteten Leitung zum Beispiel um eine Druck-Auslassleitung handeln. The line upstream of the pressure vessel can be, for example, a pressure inlet line, and the line downstream of the pressure vessel can be, for example, a pressure outlet line.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Reaktor-Druckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung des Drucks und/oder des Druckverlustes in dem Reaktor vorgesehen sein. Alternatively or additionally, a reactor pressure measuring device can be provided for the metrological recording of the pressure and/or pressure loss in the reactor.
Die Druckmesseinrichtung und/oder die Primär-Druckmesseinrichtung und/oder die Sekundär-Druckmesseinrichtung und/oder die Pri- mär-Differenzdruckmesseinrichtung und/oder die Sekun- där-Differenzdruckmesseinrichtung und/oder Reaktor-Druckmesseinrichtung können Bestandteil der Drucksteuermittel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Anlage sein. The pressure measuring device and/or the primary pressure measuring device and/or the secondary pressure measuring device and/or the Pri- The primary differential pressure measuring device and/or the secondary differential pressure measuring device and/or the reactor pressure measuring device can be part of the pressure control means of the device or system according to the invention.
Mit der Druckmesseinrichtung und/oder der Primär-Druckmesseinrichtung und/oder der Sekundär-Druckmesseinrichtung und/oder der Pri- mär-Differenzdruckmesseinrichtung und/oder der Sekun- där-Differenzdruckmesseinrichtung und/oder der Reaktor-Druckmesseinrichtung kann auch eine Steuereinrichtung der Drucksteuermittel verbunden sein. In Abhängigkeit erfasster Druck(differenz)messwerte kann beispielsweise wenigstens ein Ventil und/oder wenigstens eine Pumpe und/oder wenigstens ein Kompressor gesteuert werden, um die gewünschte Drucksituation zu erzielen. Die Druckfluid-Zuführmittel, die wenigstens ein Ventil und/oder wenigstens eine Pumpe und/oder wenigstens einen Kompressor umfassen können, können mit den Drucksteuermitteln, insbesondere einer Steuereinrichtung dieser, verbunden sein. The pressure measuring device and/or the primary pressure measuring device and/or the secondary pressure measuring device and/or the primary differential pressure measuring device and/or the secondary differential pressure measuring device and/or the reactor pressure measuring device may also be connected to a control device for the pressure control means. Depending on the measured pressure (differential) values, at least one valve and/or at least one pump and/or at least one compressor may be controlled to achieve the desired pressure. The pressure fluid supply means, which may include at least one valve and/or at least one pump and/or at least one compressor, may be connected to the pressure control means, in particular to a control device for these.
Die Druckfluid-Zuführmittel können ferner ausgebildet sein, um in dem Druckbehälter einen erhöhten Druck im Bereich von 2 bar bis 100 bar, insbesondere im Bereich von 5 bar bis 100 bar, bevorzugt im Bereich von 10 bar bis 100 bar, besonders bevorzugt im Bereich von 20 bar bis 100 bar zu erzeugen. Die Druckfluid-Zuführmittel können auch ausgebildet sein, um in dem Druckbehälter einen erhöhten Druck im Bereich von 2 bar bis 40 bar, insbesondere im Bereich von 5 bar bis 40 bar, bevorzugt im Bereich von 10 bar bis 40 bar, besonders bevorzugt im Bereich von 20 bar bis 40 bar zu erzeugen. The pressure fluid supply means can further be configured to generate an increased pressure in the pressure vessel in the range of 2 bar to 100 bar, particularly in the range of 5 bar to 100 bar, preferably in the range of 10 bar to 100 bar, and most preferably in the range of 20 bar to 100 bar. The pressure fluid supply means can also be configured to generate an increased pressure in the pressure vessel in the range of 2 bar to 40 bar, particularly in the range of 5 bar to 40 bar, preferably in the range of 10 bar to 40 bar, and most preferably in the range of 20 bar to 40 bar.
Als besonders vorteilhaft hat sich ferner erwiesen, wenn die Drucksteuermittel, insbesondere eine Steuereinrichtung dieser, derart ausgebildet und/oder eingerichtet sind, dass mittels dieser der Druck im Druckbehälter und/oder in wenigstens einer dem Druckbehälter vor- bzw. nachgeschalteten Leitung in Abhängigkeit des Drucks in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle und/oder in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, den Pri- mär-Spaltkanälen vor- bzw. nachgeschalteten Leitung einstellbar, insbesondere regelbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Drucksteuermittel, insbesondere eine Steuereinrichtung dieser, derart ausgebildet und/oder eingerichtet sind, dass mittels dieser der Druck im Druckbehälter und/oder in wenigstens einer dem Druckbehälter vor- bzw. nachgeschalteten Leitung in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Druckbehälter und/oder in wenigstens einer dem Druckbehälter vor- bzw. nachgeschalteten Leitung einerseits und dem Druck in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle und/oder in wenigstens einer, bevorzugt genau einer, den Primär-Spaltkanälen vor- bzw. nachgeschalteten Leitung andererseits einstellbar, insbesondere regelbar ist. It has also proven particularly advantageous if the pressure control means, in particular a control device thereof, are designed in such a way and/or The pressure control means, in particular a control device thereof, are designed and/or configured such that the pressure in the pressure vessel and/or in at least one line upstream or downstream of the pressure vessel can be adjusted, in particular regulated, as a function of the pressure in at least one of the primary slotted channels and/or in at least one, preferably exactly one, line upstream or downstream of the primary slotted channels. Alternatively or additionally, it can be provided that the pressure control means, in particular a control device thereof, are designed and/or configured such that the pressure in the pressure vessel and/or in at least one line upstream or downstream of the pressure vessel can be adjusted, in particular regulated, as a function of the pressure difference between the pressure in the pressure vessel and/or in at least one line upstream or downstream of the pressure vessel on the one hand and the pressure in at least one of the primary slotted channels and/or in at least one, preferably exactly one, line upstream or downstream of the primary slotted channels on the other.
Die Steuereinrichtung kann ferner ausgebildet und/oder eingerichtet sein, um maximale Druckabweichungen in den vorgenannten Bereichen zu erhalten. The control device may also be designed and/or configured to obtain maximum pressure deviations in the aforementioned areas.
Die Primärfluid-Zuführmittel und/oder die Sekundärfluid-Zuführmittel und/oder die Druckfluid-Zuführmittel können jeweils wenigstens eine Leitung umfassen oder durch wenigstens eine Leitung gegeben sein. Auch können die Primärfluid-Zuführmittel wenigstens einen Kompressor und/oder wenigstens eine Pumpe und/oder wenigstens ein Ventil umfassen, was sich als besonders zweckmäßig erweisen hat. In analoger Weise können die Sekundärfluid-Zuführmittel wenigstens einen Kompressor und/oder wenigstens eine Pumpe und/oder wenigstens ein Ventil umfassen. Auch die Druckfluid-Zuführmittel können wenigstens einen Kompressor und/oder wenigstens eine Pumpe und/oder wenigstens ein Ventil aufweisen. Es sei betont, dass, auch wenn die genannten Zuführmittel jeweils wenigstens einen Kompressor und/oder wenigstens eine Pumpe und/oder wenigstens ein Ventil umfassen können, dies keineswegs der Fall sein muss. Diese können im einfachsten Falle auch jeweils nur durch eine Zuführleitung oder einen Einlass gegeben sein. The primary fluid supply means and/or the secondary fluid supply means and/or the pressurized fluid supply means can each comprise at least one line or be provided by at least one line. The primary fluid supply means can also comprise at least one compressor and/or at least one pump and/or at least one valve, which has proven particularly advantageous. Similarly, the secondary fluid supply means can comprise at least one compressor and/or at least one pump and/or at least one valve. The pressurized fluid supply means can also comprise at least one compressor and/or at least one pump and/or at least one valve. It should be emphasized that even if the aforementioned supply means each comprise at least one compressor and/or at least one pump and/or at least one valve, but this is by no means a requirement. In the simplest case, these can each consist of just a supply line or an inlet.
Das dem Druckbehälter zugeführte Druckgas kann beispielsweise H2 und/oder N2, bevorzugt eine Mischung aus H2 und N2 oder eine Mischung aus H2 und CO2 oder Synthesegas oder ein Inertgas oder Wasserstoff (H2) oder Formiergas, insbesondere eine Mischung aus Stickstoff (N2) und Wasserstoff (H2), umfassen oder daraus bestehen. The pressurized gas supplied to the pressure vessel can, for example, comprise or consist of H2 and/or N2, preferably a mixture of H2 and N2 or a mixture of H2 and CO2 or synthesis gas or an inert gas or hydrogen (H2) or forming gas, in particular a mixture of nitrogen (N2) and hydrogen (H2).
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Primärfluid-Zuführmittel eine Primär-Einlassleitung umfassen oder dadurch gegeben sind, und die Druckfluid-Zuführmittel eine Druck-Einlassleitung umfassen oder dadurch gegeben sind und die Primär-Einlassleitung und die Druck-Einlassleitung strömungstechnisch miteinander verbunden sind, so dass ein den Primär-Spaltkanälen zuführbares Primärfluid auch als Druckfluid dem Druckbehälter zuführbar ist. Mit anderen Worten kann ein Reaktions- bzw. Feedfluid, insbesondere Feedgas, welches den Primär-Spaltkanälen zur Erhitzung über Rückgewinnung von Wärme aus dem heißen Reaktionsfluid, das aus dem Reaktor wieder austritt, zugeführt wird, bzw. ein Teilstrom dieses, auch als Druckfluid, insbesondere Druckgas, für den Druckbehälter genutzt werden. Another particularly advantageous embodiment is characterized in that the primary fluid supply means include or are provided by a primary inlet line, and the pressure fluid supply means include or are provided by a pressure inlet line, and the primary inlet line and the pressure inlet line are fluidically connected to each other, so that a primary fluid that can be supplied to the primary slotted channels can also be supplied to the pressure vessel as a pressure fluid. In other words, a reaction or feed fluid, in particular feed gas, which is supplied to the primary slotted channels for heating by recovering heat from the hot reaction fluid exiting the reactor, or a partial flow of this, can also be used as a pressure fluid, in particular a pressure gas, for the pressure vessel.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sich in analoger Weise dadurch auszeichnen, dass das Reaktionsfluid, das dem wenigstens einen Pri- mär-Spaltkanal als Primärfluid zugeführt wird, dem Druckbehälter auch als Druckfluid zugeführt wird, bevorzugt, wobei dem wenigstens einen Pri- mär-Spaltkanal und dem Druckbehälter aus einer gemeinsamen Quelle stammendes Reaktionsfluid als Primär- bzw. Druckfluid zugeführt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann entsprechend ausgebildet und/oder eingerichtet sein. The method according to the invention can be characterized analogously in that the reaction fluid, which is supplied to the at least one primary slit channel as primary fluid, is also supplied to the pressure vessel as pressure fluid, preferably wherein the reaction fluid originating from a common source is supplied to the at least one primary slit channel and the pressure vessel as primary and pressure fluid, respectively. The device according to the invention can be designed and/or configured accordingly.
Die Primärfluid-Zuführmittel und die Druckfluid-Zuführmittel bzw. die Pri- mär-Einlassleitung und die Druck-Einlassleitung können zum Beispiel mit einer gemeinsamen Reaktionsfluid-Quelle strömungstechnisch verbunden oder verbindbar sein. Auch kann eine den Primärfluid-Zuführmitteln und den Druckfluid-Zuführmitteln vorgeschaltete Reaktionsfluid-Speiseleitung vorgesehen sein, die sowohl mit den Primärfluid-Zuführmitteln als auch mit den Druckfluid-Zuführmitteln strömungstechnisch verbunden ist. The primary fluid feeders and the pressure fluid feeders, or the primary inlet line and the pressure inlet line, can be, for example, fluidically connected or connectable to a common reaction fluid source. Alternatively, a reaction fluid feed line can be provided upstream of the primary fluid feeders and the pressure fluid feeders, which is fluidically connected to both the primary fluid feeders and the pressure fluid feeders.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Druckfluid und das Primärfluid, das insbesondere jeweils durch das Reaktionsfluid gegeben ist, nach dem Verlassen des Druckbehälters (wieder) zusammengeführt werden. Dann wird bevorzugt die Menge an Druckfluid, die dem Primärfluid (wieder) zugeführt wird, gesteuert insbesondere geregelt, etwa über wenigstens ein steuer- bzw. regelbares Ventil. Dann wird zweckmäßiger Weise darauf geachtet, dass das Druckfluid nur einen kleinen Anteil des Primärfluids beträgt, beispielsweise 1 bis 10 % des Primärfluids. It can further be provided that the pressurized fluid and the primary fluid, which is in particular determined by the reaction fluid, are (re)combined after leaving the pressure vessel. In this case, the amount of pressurized fluid added to the primary fluid is preferably controlled, in particular regulated, for example by at least one controllable or adjustable valve. It is then expediently ensured that the pressurized fluid constitutes only a small fraction of the primary fluid, for example 1 to 10% of the primary fluid.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich entsprechend dadurch aus, dass eine Druck-Auslassleitung vorgesehen ist, über welche Druckfluid aus dem Druckbehälter austreten kann und dass eine Primär-Auslassleitung vorgesehen ist, über welche Primärfluid, das die Primär-Spaltkanäle durchströmt hat, austreten und insbesondere den Druckbehälter verlassen kann, und die Druck-Auslassleitung und die Primär-Auslassleitung strömungstechnisch miteinander verbunden sind. Another embodiment of the device according to the invention is characterized accordingly in that a pressure outlet line is provided through which pressure fluid can escape from the pressure vessel and that a primary outlet line is provided through which primary fluid, which has flowed through the primary slot channels, can escape and in particular leave the pressure vessel, and the pressure outlet line and the primary outlet line are fluidically connected to each other.
Es kann insbesondere ein Bypass vorgesehen sein, über welchen das Primärfluid, das durch das Reaktionsfluid gegeben ist, auch dem Druckbehälter zu- sowie von dem Druckbehälter abgeführt und mit Primärfluid, was den bzw. die Primär-Spaltkanäle durchströmt hat und aus diesen ausgetreten ist, wieder zusammengeführt wird. Die Druck-Einlassleitung kann als eine erste, insbesondere von der Primär-Einlassleitung abzweigende, zum Druckbehälter hinführende Bypassleitung und die Druck-Auslassleitung durch eine zweite, vom Druckbehälter wegführende, insbesondere in die Pri- mär-Auslassleitung mündende, Bypassleitung ausgebildet sein, die zusammen den Bypass bilden, über den ein Teil des Reaktionsfluids „ abgegriffen“, an den Primär-Spaltkanälen des bzw. im Falle mehrerer zweckmäßiger Weise der Plattenwärmetauscher vorbei und durch den Druckbehälter geführt wird. In particular, a bypass may be provided through which the primary fluid, which is supplied by the reaction fluid, can also be supplied to the pressure vessel. The fluid is supplied to and discharged from the pressure vessel and recombined with the primary fluid that has flowed through and exited the primary slotted channels. The pressure inlet line can be configured as a first bypass line, branching off from the primary inlet line and leading to the pressure vessel, and the pressure outlet line can be configured as a second bypass line leading away from the pressure vessel and, in particular, emptying into the primary outlet line. Together, these form the bypass through which a portion of the reaction fluid is "captured," bypassed the primary slotted channels of the plate heat exchanger(s), and routed through the pressure vessel.
Ein Bypass hat sich als besonders geeignet erwiesen. Erfolgt auch ein Zusammenführen von dem Druckbehälter wieder entnommenen Druckfluids mit Primärfluid nach Verlassen der Primär-Spaltkanäle, kann auf besonders einfache Weise erzielt werden, dass in den Primär-Spaltkanälen und dem Druckbehälter der gleiche Druck vorherrscht. Mit einem Bypass ist ein vergleichsweise geringer konstruktiver Aufwand bei gleichzeitiger Erzielung der gewünschten möglichst übereinstimmenden Druckverhältnisse verbunden. A bypass has proven particularly suitable. If the pressure fluid withdrawn from the pressure vessel is also mixed with the primary fluid after exiting the primary channels, it can be achieved very simply that the same pressure prevails in the primary channels and the pressure vessel. A bypass requires comparatively little design effort while simultaneously achieving the desired, as closely matched as possible, pressure conditions.
In vorteilhafter Weiterbildung kann das Druckfluid gekühlt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann entsprechend eine Druckfluid-Kühleinrichtung zur Kühlung des Druckfluids umfassen. Es kann vorgesehen sein, dass Druckfluid vor dem Eintritt in den Druckbehälter und/oder nach dem Austritt aus dem Druckbehälter gekühlt wird bzw. werden kann. Die Druckfluid-Kühleinrichtung kann, sofern vorhanden, entsprechend ausgebildet und angeordnet sein. In an advantageous embodiment, the pressurized fluid can be cooled. The device according to the invention can accordingly include a pressurized fluid cooling device for cooling the pressurized fluid. It can be provided that the pressurized fluid is cooled before entering the pressure vessel and/or after exiting the pressure vessel. The pressurized fluid cooling device, if present, can be designed and arranged accordingly.
Das Austrittsfluid aus dem Druckbehälter kann, wie erwähnt, auch mit dem Austrittsfluid aus den Primär-Spaltkanälen, also dem Reaktionsaustrittsfluid, gemischt werden. So wird eine Kühlung der Druckhülle ohne weiteres großes Equipment möglich. As mentioned, the discharge fluid from the pressure vessel can also be mixed with the discharge fluid from the primary slit channels, i.e., the reaction discharge fluid. They are mixed. This makes cooling the printing envelope possible without additional large equipment.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich ferner dadurch aus, dass das Druckfluid zumindest teilweise wiederholt oder kontinuierlich ausgetauscht wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass dem Druckbehälter entnommenes Druckfluid dem Druckbehälter erneut zugeführt wird, bevorzugt im Anschluss an eine Kühlung. Another advantageous embodiment is further characterized in that the pressure fluid is at least partially replaced repeatedly or continuously. Alternatively or additionally, it can be provided that pressure fluid removed from the pressure vessel is returned to the pressure vessel, preferably after cooling.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann einen Druckfluid-Kreislauf umfassen, überweichen Druckfluid aus dem Druckbehälter abgeführt und dem Druckbehälter wieder zugeführt werden kann. The device according to the invention can comprise a pressure fluid circuit, in which excess pressure fluid can be discharged from the pressure vessel and returned to the pressure vessel.
Der (jeweilige) Plattenwärmetauscher kann in vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine bevorzugt elektrische Heizeinrichtung umfassen. Beispielsweise können eine oder mehrere Platten des (jeweiligen) Plattenwärmetauschers bevorzugt elektrisch mittels der Heizeinrichtung erwärmbar sein. In an advantageous embodiment of the device according to the invention, the (respective) plate heat exchanger can include a preferably electric heating device. For example, one or more plates of the (respective) plate heat exchanger can preferably be heated electrically by means of the heating device.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass wenigstens einer der Sekun- där-Spaltkanäle in mehrere bevorzugt strömungstechnisch parallel zueinander geschaltete Teil-Sekundär-Spaltkanäle unterteilt ist. Eine solche llnter- bzw. Aufteilung, sozusagen in mehrere „Unter-Sekundär-Spaltkanäle“, kann auch bei alle Sekundär-Spaltkanälen vorgesehen sein. Furthermore, it may be provided that at least one of the secondary slot channels is subdivided into several partial secondary slot channels, preferably connected in parallel to each other in terms of flow characteristics. Such a subdivision, so to speak into several "sub-secondary slot channels", can also be provided for all secondary slot channels.
Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens einer der Sekundär-Spaltkanäle, können auch alle Sekundär-Spaltkanäle, einen mäanderförmigen Verlauf aufweisen. Liegt eine Unter- bzw. Aufteilung in mehrere „Un- ter-Sekundär-Spaltkanäle“ vor, können diese auch mäanderförmig sein. Als zweckmäßig hat sich ferner erwiesen, wenn die Primär-Spaltkanäle über einen Primär-Verteilerkanal und über einen Primär-Sammlerkanal miteinander verbunden sind. Alternatively or additionally, at least one, or even all, of the secondary slit canals may exhibit a meandering course. If there is a subdivision into several "sub-secondary slit canals," these may also be meandering. It has also proven useful if the primary split channels are connected to each other via a primary distribution channel and a primary collector channel.
Alternativ oder zusätzlich kann in analoger Weise vorgesehen sein, dass die Sekundär-Spaltkanäle über einen Sekundär-Verteilerkanal und über einen Sekundär-Sammlerkanal miteinander verbunden sind. Alternatively or additionally, it can be provided in an analogous manner that the secondary split channels are connected to each other via a secondary distribution channel and a secondary collector channel.
In jeder Platte können beispielsweise vier insbesondere runde Löcher vorgesehen sein, wobei sich die Löcher in allen Platten an identischen Stellen befinden und die Löcher aller Platten fluchten und jeweils fluchtende Löcher einen sich quer durch die Platten und die dazwischen definierten Spaltkanäle erstreckenden, insbesondere zylinderförmigen, Primär-ZSekundär-Verteiler- bzw. Sammlerkanal bilden. Sind in jeder Platte vier Löcher vorgesehen, werden insbesondere ein Primär-Verteiler- und ein Primär-Sammlerkanal sowie ein Sekundär-Verteiler- und ein Sekundär-Sammlerkanal gebildet bzw. definiert. Each plate can, for example, have four holes, particularly round ones, wherein the holes are located in identical positions in all plates and the holes of all plates are aligned, and each aligned hole forms a primary-secondary distribution or collector channel extending transversely through the plates and the defined gap channels between them, in particular a cylindrical channel. If four holes are provided in each plate, in particular a primary distribution channel and a primary collector channel as well as a secondary distribution channel and a secondary collector channel are formed or defined.
Die Löcher befinden sich bevorzugt im Randbereich der Platten. Sind die Platten viereckig, insbesondere zumindest im Wesentlichen rechteckig oder quadratisch, kann sich z.B. in bzw. nahe jeder Ecke jeder Platte eines der Löcher befinden. The holes are preferably located in the edge area of the plates. If the plates are rectangular, especially if they are at least substantially rectangular or square, one of the holes can be found, for example, in or near each corner of each plate.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Primär-Spaltkanäle des Plattenwärmetauschers mit einer insbesondere zentralen Primär-Einlassleitung und einer insbesondere zentralen Primär-Auslassleitung verbunden sind. In gleicher Weise können die Sekundär-Spaltkanäle mit einer insbesondere zentralen Sekun- där-Einlassleitung und einer insbesondere zentralen Sekun- där-Auslassleitung verbunden sein. Die Primär-Spaltkanäle können z.B. über einen Primär-Verteilerkanal mit einer Primär-Einlassleitung und über einen Primär-Sammlerkanal mit einer Primär-Auslassleitung verbunden sein. Die Sekundär-Spaltkanäle können in analoger Weise über einen Sekundär-Verteilerkanal mit einer Sekun- där-Einlassleitung verbunden sein und über einen Sekundär-Sammlerkanal mit einer Sekundär-Auslassleitung. Another advantageous embodiment of the invention is characterized in that the primary slotted channels of the plate heat exchanger are connected to a primary inlet line, in particular a central one, and a primary outlet line, in particular a central one. Similarly, the secondary slotted channels can be connected to a secondary inlet line, in particular a central one, and a secondary outlet line, in particular a central one. The primary slit channels can be connected, for example, to a primary inlet line via a primary distributor channel and to a primary outlet line via a primary collector channel. Similarly, the secondary slit channels can be connected to a secondary inlet line via a secondary distributor channel and to a secondary outlet line via a secondary collector channel.
In der Regel werden die Platten des bzw. des jeweiligen Plattenwärmetauschers die gleiche Form aufweisen, beispielsweise alle zumindest in etwa rechteckig ausgebildet sein, und/oder sich durch gleiche äußere Dimensionen auszeichnen. Es ist auch möglich, dass mehrere, ggf. auch alle Platten des bzw. des jeweiligen Plattenwärmetauschers baugleich sind. Die Platten bestehen bevorzugt aus Metall und/oder Keramik oder umfassen Metall und/oder Keramik. Gleiches kann für weitere Komponenten des Plattenwärmetauschers gelten. The plates of a given plate heat exchanger will typically have the same shape, for example, all being at least approximately rectangular, and/or characterized by identical external dimensions. It is also possible that several, or even all, of the plates of a given plate heat exchanger are identical in construction. The plates preferably consist of or comprise metal and/or ceramic. The same may apply to other components of the plate heat exchanger.
Alternativ oder zusätzlich weisen die Platten zumindest an einer Seite eine strukturierte Oberfläche bzw. Profilierung auf. Zweckmäßiger Weise ist die zumindest eine Seite, die eine strukturierte Oberfläche bzw. Profilierung aufweist, eine einen Spaltkanal definierende bzw. begrenzende Seite. Alternatively or additionally, the plates have a structured surface or profile on at least one side. Advantageously, the at least one side with a structured surface or profile is a side that defines or limits a gap channel.
Der (jeweilige) Plattenwärmetauscher kann in vorteilhafter Weiterbildung außenseitig mit einer Isolierschicht aus einem thermisch isolierenden Material versehen sein. Auf diese Weise kann eine übermäßige Erwärmung des den bzw. die Plattenwärmetauscher umgebenden Druckbehälters im Betrieb vermieden werden. Der bzw. der jeweilige Plattenwärmetauscher kann ferner ein Gehäuse umfassen. Dann kann insbesondere das Gehäuse eine Isolierschicht aus einem thermisch isolierenden Material aufweisen. In an advantageous embodiment, the plate heat exchanger can be provided with an insulating layer of thermally insulating material on its outer surface. This prevents excessive heating of the pressure vessel surrounding the plate heat exchanger(s) during operation. The plate heat exchanger(s) may also include a housing. In this case, the housing may, in particular, have an insulating layer made of a thermally insulating material.
Der Reaktor der erfindungsgemäßen Anlage kann als elektrisch beheizter Reaktor ausgebildet sein. The reactor of the system according to the invention can be designed as an electrically heated reactor.
Der Reaktor kann prinzipiell für verschiedene Hochtemperaturprozesse geeignet und entsprechend ausgebildet sein. So kann eine erfindungsgemäße Anlage beispielsweise einen Reaktor für einen Crackingprozess aufweisen. Es kann sich aber auch um einen Reaktor für einen Reformierprozess handeln, der auch als Reformer bezeichnet werden kann, oder einen Reaktor für einen Dehydrierprozess. The reactor can, in principle, be suitable for various high-temperature processes and designed accordingly. For example, a system according to the invention can include a reactor for a cracking process. It can also be a reactor for a reforming process, which can also be called a reformer, or a reactor for a dehydration process.
Der Reaktor kann insbesondere für eine Dampfreformierung oder eine autotherme Reformierung von Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Methan, LPG oder Naphtha, oder für eine Dampfreformierung oder eine autotherme Reformierung von Oxygenaten, beispielsweise Methanol oder DME, oder für ein Cracking von Ammoniak oder für ein Steamcracking von Kohlenwasserstoffen oder für einen Hochtemperatur-Dehydrierprozess ausgebildet sein. The reactor can be designed in particular for steam reforming or autothermal reforming of hydrocarbons, for example methane, LPG or naphtha, or for steam reforming or autothermal reforming of oxygenates, for example methanol or DME, or for cracking ammonia or for steam cracking of hydrocarbons or for a high-temperature dehydrogenation process.
Reaktionen, die sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders geeignet erweisen haben sind: Reactions that have proven to be particularly suitable within the scope of the present invention are:
- Dampfreformierung (bevorzugt elektrisch beheizt) von Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Methan, LPG oder Naphtha, oder von Oxygenaten, beispielsweise Methanol oder DME (Dimethylether), insbesondere mit bzw. bei einer Reaktoraustrittstemperatur von 750 bis 950°C und einem Druck von bis zu 30 bar. In diesem Falle wird das Reaktionsfluid mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung - bzw. im Falle mehrerer Vorrichtungen - bevorzugt auf bis zu 800°C vorgeheizt. Dies kann von der Schwere des Reaktionsfluids und einem Dampf-zu-Kohlenstoff-Verhältnis dieses abhängen. - Steam reforming (preferably electrically heated) of hydrocarbons, for example methane, LPG or naphtha, or of oxygenates, for example methanol or DME (dimethyl ether), particularly with or at a reactor outlet temperature of 750 to 950°C and a pressure of up to 30 bar. In this case, the reaction fluid is transferred by means of the device according to the invention - or in the case Several devices – preferably preheated to up to 800°C. This can depend on the density of the reaction fluid and its vapor-to-carbon ratio.
- Autothermes Reformieren von Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Methan, LPG oder Naphtha, oder von Oxygenaten, beispielsweise Methanol oder DME, insbesondere mit bzw. bei einer Reaktoraustrittstemperatur von 950 bis 1050°C und einem Druck von bis zu 70 bar. In diesem Falle wird das Reaktionsfluid mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung(en) bevorzugt auf bis zu 800°C vorgeheizt. Dies kann von der Schwere des Reaktionsfluids und einem Dampf-zu-Kohlenstoff-Verhältnis dieses abhängen. - Autothermal reforming of hydrocarbons, for example methane, LPG or naphtha, or of oxygenates, for example methanol or DME, particularly with or at a reactor outlet temperature of 950 to 1050°C and a pressure of up to 70 bar. In this case, the reaction fluid is preferably preheated to up to 800°C using the device(s) according to the invention. This can depend on the density of the reaction fluid and its vapor-to-carbon ratio.
- Cracking von Ammoniak (NH3), wobei der Reaktor bevorzugt extern elektrisch oder autotherm beheizt ist, insbesondere mit bzw. bei einer Reaktoraustrittstemperatur von 750 bis 1050°C und einem Druck von bis zu 30 bar. In diesem Falle wird das Reaktionsfluid mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung(en) bevorzugt auf bis zu 800°C vorgeheizt. Dies kann von der Schwere des Reaktionsfluids und einem Dampf-zu-Kohlenstoff-Verhältnis dieses abhängen. - Cracking of ammonia (NH3), wherein the reactor is preferably heated externally electrically or autothermally, particularly with or at a reactor outlet temperature of 750 to 1050°C and a pressure of up to 30 bar. In this case, the reaction fluid is preferably preheated to up to 800°C by means of the device(s) according to the invention. This can depend on the density of the reaction fluid and its vapor-to-carbon ratio.
- Steamcracking von Kohlenwasserstoffen, insbesondere mit bzw. bei einer Reaktoraustrittstemperatur von 700 bis 950°C und einem Druck von bis zu 2 bar. In diesem Falle wird das Reaktionsfluid mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung(en) bevorzugt auf bis zu 800°C vorgeheizt. Dies kann von der Schwere des Reaktionsfluids und einem Dampf-zu-Kohlenstoff-Verhältnis dieses abhängen. - Steam cracking of hydrocarbons, particularly with or at a reactor outlet temperature of 700 to 950°C and a pressure of up to 2 bar. In this case, the reaction fluid is preferably preheated to up to 800°C using the device(s) according to the invention. This can depend on the density of the reaction fluid and its steam-to-carbon ratio.
- Hochtemperatur-Dehydrierprozesse, beispielsweise die Propandehydrierung. Die erfindungsgemäße Anlage kann in Weiterbildung ferner eine Kühleinrichtung für das Reaktionsfluid umfassen, mittels derer aus dem Reaktor austretendes Reaktionsfluid vor Eintritt in die Sekundär-Spaltkanäle gekühlt werden kann, insbesondere, indem dem Reaktionsfluid ein Kühlfluid, bevorzugt Wasser, zugeführt, insbesondere eingespritzt, wird. Es kann sich um eine Quench-Kühleinrichtung handeln, mittels derer Wasser eingespritzt werden kann. - High-temperature dehydration processes, for example propane dehydration. In a further development, the system according to the invention can also include a cooling device for the reaction fluid, by means of which the reaction fluid exiting the reactor can be cooled before entering the secondary slit channels, in particular by supplying, or especially injecting, a cooling fluid, preferably water, to the reaction fluid. This can be a quench cooling device by means of which water can be injected.
Hinsichtlich der Ausgestaltungen der Erfindung wird auch auf die Unteransprüche sowie auf die nachfolgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt: Regarding the embodiments of the invention, reference is also made to the dependent claims and to the following description with reference to the accompanying drawing. The drawing shows:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen An- lagein rein schematischer Darstellung, Figure 1 shows a first embodiment of a system according to the invention in a purely schematic representation.
Figur 2 eine perspektivische Außenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmeübertragung der Anlage aus Figur 1 , Figure 2 shows a perspective external view of the device according to the invention for heat transfer of the system from Figure 1 ,
Figur 3 eine rein schematische Schnittdarstellung der Vorrichtung der Anlage aus Figur 1 , und Figure 3 is a purely schematic sectional view of the device of the system from Figure 1, and
Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage in rein schematischer Darstellung. Figure 4 shows a second embodiment of a system according to the invention in a purely schematic representation.
Für gleiche bzw. ähnliche Komponenten und Elemente werden in den Figuren gleichen Bezugszeichen verwendet. The same reference symbols are used in the figures for identical or similar components and elements.
Die Figur 1 zeigt in rein schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage 1 , die einen Reaktor R und eine erfindungsgemäße Vorrichtung V umfasst. Die Figur 2 zeigt die Vorrichtung V der Anlage 1 in einer perspektivischen Außenansicht und die Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung der Vorrichtung V. Figure 1 shows in a purely schematic representation a first embodiment of a system 1 according to the invention, comprising a reactor R and a The device V according to the invention is comprised. Figure 2 shows the device V of the system 1 in a perspective external view and Figure 3 a schematic sectional view of the device V.
Der Reaktor R ist als Reaktor für einen Hochtemperaturprozess ausgebildet. Es kann sich insbesondere um einen Reaktor R für einen (Steam-)Crackingprozess oder einen Reformierprozess, etwa einen Dampf-Reformierprozess oder einen autothermen Reformierprozess, oder für einen Dehydrierprozess handeln. The reactor R is designed as a reactor for a high-temperature process. In particular, it can be a reactor R for a (steam) cracking process or a reforming process, such as a steam reforming process or an autothermal reforming process, or for a dehydration process.
Mittels der Vorrichtung V kann Reaktionsfluid beheizt werden, bevor es in den Reaktor R eintritt. Es kann auf eine für den Hochtemperaturprozess, der im Betrieb in dem Reaktor R abläuft, erforderliche Temperatur gebracht werden, insbesondere eine Temperatur im Bereich von 400°C bis 800°C. Die Beheizung erfolgt dabei durch Rückgewinnung von Wärme des aus dem Reaktor R austretenden heißen Reaktionsfluids, mit anderen Worten Prozessfluids. The device V can be used to heat the reaction fluid before it enters the reactor R. It can be heated to a temperature required for the high-temperature process that takes place in the reactor R during operation, in particular a temperature in the range of 400°C to 800°C. This heating is achieved by recovering heat from the hot reaction fluid exiting the reactor R, in other words, the process fluid.
Die Vorrichtung V umfasst konkret einen Plattenwärmetauscher 2 mit einer Mehrzahl benachbarter, insbesondere zumindest im Wesentlichen parallel zueinander orientierter, Platten 3. Von den Platten 3 sind in der Figur 1 nur einige beispielhaft mit dem Bezugszeichen 3 versehen. Die Platten 3, die aus Metall bestehen, weisen bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel alle eine rechteckige Außenkontur und die gleiche Dimensionierung auf, sind mit anderen Worten alle gleich groß. The device V specifically comprises a plate heat exchanger 2 with a plurality of adjacent plates 3, in particular plates oriented at least substantially parallel to one another. In Figure 1, only a few of the plates 3 are shown by way of example, designated with the reference numeral 3. In the embodiment shown here, the plates 3, which are made of metal, all have a rectangular outer contour and the same dimensions; in other words, they are all the same size.
Zwischen den Platten 3 sind Spaltkanäle 4, 5 definiert, konkret jeweils zwischen zwei benachbarten Platten 3 ein Spaltkanal 4, 5. Die Spaltkanäle 4, 5 sind in zwei Gruppen unterteilt, nämlich in mehrere strömungstechnisch miteinander verbundene, konkret strömungstechnisch parallel geschaltete, Pri- mär-Spaltkanäle 4, und mehrere strömungstechnisch miteinander verbundene, konkret strömungstechnisch parallel geschaltete, Sekun- där-Spaltkanäle 5. Die Spaltkanäle 4 der einen Gruppe, die Pri- mär-Spaltkanäle 4, wechseln sich mit den Spaltkanälen 5 der anderen Gruppe, den Sekundär-Spaltkanälen 5, ab. Ein Primär-Spaltkanal 4 liegt demnach jeweils zwischen zwei Sekundär-Spaltkanälen 5 bzw. - im Falle des in Figur ganz linken Primär-Spaltkanals 4 am Rand - neben einem Se- kundär-Spaltkanal 5. In analoger Weise liegt ein Sekundär-Spaltkanal 5 jeweils zwischen zwei Primär-Spaltkanälen 4 bzw. - im Falle des in Figur ganz rechten Sekundär-Spaltkanals 5 am Rand - neben einem Primär-Spaltkanal 4. Between the plates 3, gap channels 4, 5 are defined, specifically one gap channel 4, 5 between each pair of adjacent plates 3. The gap channels 4, 5 are divided into two groups, namely several fluidically interconnected, specifically fluidically parallel, Pri- Primary slot channels 4, and several fluidically interconnected, specifically fluidically parallel, secondary slot channels 5. The slot channels 4 of one group, the primary slot channels 4, alternate with the slot channels 5 of the other group, the secondary slot channels 5. A primary slot channel 4 is therefore always located between two secondary slot channels 5, or – in the case of the leftmost primary slot channel 4 at the edge of the figure – next to a secondary slot channel 5. Similarly, a secondary slot channel 5 is always located between two primary slot channels 4, or – in the case of the rightmost secondary slot channel 5 at the edge of the figure – next to a primary slot channel 4.
Optional kann sich in jedem der Primär-Spaltkanäle 4 ein Katalysatormaterial 6 für ein Vorcracken bzw. eine Vorreformierung befinden. In der stark vereinfachten, rein schematischen Figur 1 ist das Katalysatormaterial 6 nur beispielhaft in einigen Primär-Spaltkanälen 4 angedeutet. In der Figur 1 ist beispielhaft ein granuläres Katalysatormaterial 6 schematisch angedeutet, dies auch nur über einen Abschnitt des jeweiligen Primär-Spaltkanales 4. Es versteht sich, dass die Primär-Spaltkanäle 4 über ihre gesamte Länge mit einem beispielsweise granulären Katalysatormaterial 6 befüllt sein können. Auch ist es alternativ oder zusätzlich möglich, dass die Platten 3 mit Katalysatormaterial 6 bzw. einem Katalysatormaterial 6 aufweisenden Beschichtungsmaterial beschichtet sind. Es können auch eine oder mehrere Einlegeplatten in den Primär-Spaltkanälen 4 angeordnet sein bzw. werden, welche aus dem Katalysatormaterial bestehen oder mit dem Katalysatormaterial beschichtet sind, etwa durch Washcoat, was die Fertigung vereinfachen kann. Auch ist es möglich, dass das Katalysatormaterial in Form von katalytisch-aktiven Strukturen vorliegt. Beispielhaft sei genannt, dass katalytisch aktive Netze in den Primär-Spaltkanälen und/oder den Sekundär-Spaltkanälen vorgesehen sind. Es sei angemerkt, dass die innere Struktur des Plattenwärmetauschers 2 u.a. mit den Platten 3, Primär- und Sekundärspaltkanälen 4, 5 und dem Katalysatormaterial 6 nur in Figur 1 erkennbar, in Figur 2 jedoch nicht erneut dargestellt ist. Optionally, each of the primary slot channels 4 can contain a catalyst material 6 for pre-cracking or pre-reforming. In the highly simplified, purely schematic Figure 1, the catalyst material 6 is only indicated by way of example in some primary slot channels 4. Figure 1 schematically shows, by way of example, a granular catalyst material 6, even if only over a section of the respective primary slot channel 4. It is understood that the primary slot channels 4 can be filled with, for example, a granular catalyst material 6 along their entire length. Alternatively or additionally, it is also possible that the plates 3 are coated with catalyst material 6 or with a coating material containing catalyst material 6. One or more insert plates can also be arranged in the primary slot channels 4, which consist of the catalyst material or are coated with the catalyst material, for example by a washcoat, which can simplify manufacturing. It is also possible that the catalyst material is present in the form of catalytically active structures. For example, catalytically active networks may be provided in the primary and/or secondary slit channels. It should be noted that the internal structure of the plate heat exchanger 2, including the plates 3, primary and secondary gap channels 4, 5 and the catalyst material 6, is only recognizable in Figure 1, but is not shown again in Figure 2.
Die Vorrichtung V umfasst des Weiteren Primärfluid-Zuführmittel 7 für die Zuführung eines Primärfluids zu den Primär-Spaltkanälen 4. Als Primärfluid wird das Reaktionsfluid, das dem Reaktor R für die darin stattfindenden Reaktion zuzuführen ist, zugeführt. Es kann sich beispielsweise um Erdgas, DME, MEOH oder NH3 handeln. Die Primärfluid-Zuführmittel 7 können wenigstens einen Kompressor und wenigstens ein Ventil umfassen, die in der rein schematischen Figur 1 nicht separat dargestellt sind. The device V further comprises primary fluid supply means 7 for supplying a primary fluid to the primary slot channels 4. The primary fluid is the reaction fluid that is to be supplied to the reactor R for the reaction taking place therein. This can be, for example, natural gas, DME, MEOH, or NH3. The primary fluid supply means 7 can comprise at least one compressor and at least one valve, which are not shown separately in the purely schematic Figure 1.
Wie man in der Figur 1 erkennt, sind die Primär-Spaltkanäle 4 eingangsseitig alle mit einem zentralen Primär-Verteilerkanal 8 strömungstechnisch verbunden, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Bestandteil der Primärfluid-Zuführmittel 7 ist. In den Primär-Verteilerkanal 8 gelangt das Primärfluid im Betrieb über die in Figur 1 durch einen Pfeil angedeutete zentrale Primär-Einlassleitung 9 der Primärfluid-Zuführmittel 7. Über den Primär-Verteilerkanal 8 kann zugeführtes Primärfluid auf alle Primär-Spaltkanäle 4 verteilt werden. As can be seen in Figure 1, the primary slot channels 4 are all fluidically connected on the inlet side to a central primary distribution channel 8, which in the illustrated embodiment is part of the primary fluid supply means 7. During operation, the primary fluid enters the primary distribution channel 8 via the central primary inlet line 9 of the primary fluid supply means 7, indicated by an arrow in Figure 1. The primary fluid supplied can be distributed to all primary slot channels 4 via the primary distribution channel 8.
Die Vorrichtung V umfasst auch Sekundärfluid-Zuführmittel 10 für die Zuführung eines Sekundärfluids zu den Sekundär-Spaltkanälen 5. Die Sekundärfluid-Zuführmittel 10 können wenigstens einen Kompressor und wenigstens ein Ventil umfassen, die in der rein schematischen Figur 1 nicht separat dargestellt sind. The device V also includes secondary fluid supply means 10 for supplying a secondary fluid to the secondary slot channels 5. The secondary fluid supply means 10 can include at least one compressor and at least one valve, which are not shown separately in the purely schematic figure 1.
Die Sekundär-Spaltkanäle 5 sind - analog zu den Primär-Spaltkanälen 4 - eingangsseitig alle mit einem zentralen Sekundär-Verteilerkanal 11 strö- mungstechnisch verbunden, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Bestandteil der Sekundärfluid-Zuführmittel 10 ist. In den Sekun- där-Verteilerkanal 11 gelangt das Sekundärfluid im Betrieb über die vorgeschaltete, zentrale Sekundär-Einlassleitung 12 der Sekundärfluid-Zuführmittel 10. The secondary split channels 5 are - analogous to the primary split channels 4 - all connected on the input side to a central secondary distribution channel 11. technically connected, which in the illustrated embodiment is part of the secondary fluid supply means 10. During operation, the secondary fluid enters the secondary distribution channel 11 via the upstream, central secondary inlet line 12 of the secondary fluid supply means 10.
Ausgangsseitig der Primär-Spaltkanäle 4 ist ein Primär-Sammlerkanal 13 vorgesehen, in welchem aus allen Primär-Spaltkanälen 4 austretendes Fluid gesammelt werden und über eine zentrale Primär-Auslassleitung 14 aus dem Plattenwärmetauscher 2 austreten kann. On the outlet side of the primary slotted channels 4, a primary collector channel 13 is provided in which fluid exiting from all primary slotted channels 4 can be collected and can exit the plate heat exchanger 2 via a central primary outlet line 14.
Ausgangsseitig der Sekundär-Spaltkanäle 5 ist in analoger Weise ein Se- kundär-Sammlerkanal 15 vorgesehen, in welchem aus allen Sekun- där-Spaltkanälen 5 austretendes Fluid gesammelt werden und über eine zentrale Sekundär-Auslassleitung 16 aus dem Plattenwärmetauscher 2 austreten kann. On the outlet side of the secondary slotted channels 5, a secondary collector channel 15 is provided in an analogous manner, in which fluid exiting from all secondary slotted channels 5 can be collected and can exit the plate heat exchanger 2 via a central secondary outlet line 16.
Die Primär-Spaltkanäle 4 und die Sekundär-Spaltkanäle 5 sind strömungstechnisch nicht miteinander verbunden. The primary slot channels 4 and the secondary slot channels 5 are not fluidically connected.
Der Plattenwärmetauscher 2 weist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein quaderförmiges Gehäuse 17 auf, durch dessen Wandung sich die Ein- und Auslassleitungen 9, 12, 14, 16 für das Primär- sowie Sekundärfluid erstrecken. In the embodiment shown here, the plate heat exchanger 2 has a cuboid housing 17, through the wall of which the inlet and outlet lines 9, 12, 14, 16 for the primary and secondary fluid extend.
Es sei angemerkt, dass in der schematischen Figur 1 die beiden Verteilerund Sammlerkanäle 8, 11 , 13, 15 aus Gründen der Darstellbarkeit ober- bzw. unterhalb der Platten 3 gezeigt sind. Diese können sich aber auch durch die Platten 3 erstrecken, insbesondere durch in den Platten 3 vorgesehen Aussparungen definiert werden. So können in jeder Platte 3 beispielsweise vier insbesondere runde Löcher (in der Figur nicht gezeigt) vorgesehen sein, wobei sich die Löcher in allen Platten 3 an identischen Stellen befinden und die Löcher aller Platten 3 fluchten, wobei jeweils fluchtende Löcher einen sich quer durch die Platten 3 und die dazwischen definierten Spaltkanäle 4, 5 erstreckenden, insbesondere zylinderförmigen, Primär- bzw. Sekun- där-Verteiler- bzw. Sammlerkanal 8, 11 , 13, 15 bilden. Dies ist von konventionellen bzw. konventionell genutzten Plattenwärmetauschern vorbekannt. Die Verbindung des jeweiligen Verteiler- bzw. Sammlerkanals 8, 11 , 13, 15 mit den zugehörigen Spaltkanälen bzw. die Trennung davon kann dann über Dichtungen realisiert sein (nicht gezeigt), wie es von konventionellen Plattenwärmetauschern hinlänglich vorbekannt ist. Die Löcher befinden sich bevorzugt im Randbereich der Platten 3. Sind die Platten 3, wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel viereckig, kann sich in bzw. nahe jeder Ecke jeweils eines der Löcher befinden. It should be noted that in schematic figure 1, the two distribution and collector channels 8, 11, 13, 15 are shown above and below the plates 3, respectively, for the sake of clarity. However, these channels can also extend through the plates 3, in particular by means of recesses provided in the plates 3. For example, four recesses can be located in each plate 3. In particular, round holes (not shown in the figure) are provided, wherein the holes are located at identical positions in all plates 3 and the holes of all plates 3 are aligned, with each aligned hole forming a primary or secondary distribution or collector channel 8, 11, 13, 15, extending transversely through the plates 3 and the defined gap channels 4, 5, and in particular a cylindrical shape. This is known from conventional or conventionally used plate heat exchangers. The connection of the respective distribution or collector channel 8, 11, 13, 15 with the associated gap channels, or the separation thereof, can then be achieved via seals (not shown), as is well known from conventional plate heat exchangers. The holes are preferably located in the edge region of the plates 3. If the plates 3 are rectangular, as in the illustrated embodiment, one of the holes can be located in or near each corner.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Primär- und die Sekundär-Spaltkanäle 4, 5 erkennbar im Gegenstrom durchströmt (vgl. auch die beispielshaft in einigen der Spaltkanäle 4, 5 vorgesehenen Pfeile, welche die Strömungsrichtung durch den jeweiligen Spaltkanal 4, 5 anzeigen). Die Primär- und die Sekundär-Spaltkanäle können aber auch im Gleichstrom o- der Kreuz-Gegenstrom durchströmt werden. In the embodiment shown here, the primary and secondary slot channels 4, 5 are visibly flowed through in countercurrent flow (see also the arrows provided as examples in some of the slot channels 4, 5, which indicate the flow direction through the respective slot channel 4, 5). However, the primary and secondary slot channels can also be flowed through in cocurrent flow or cross-countercurrent flow.
Die Primär-Auslassleitung 14 des Plattenwärmetauschers 2 der Vorrichtung V ist mit dem Eingang E des Reaktors R strömungstechnisch verbunden, so dass Primärfluid, das die Primär-Spaltkanäle 4 für eine Erwärmung durchströmt hat, dem Reaktor R zugeführt werden kann. Der Ausgang A des Reaktors R ist ferner mit der Sekundär-Einlassleitung 12 verbunden, so dass heißes Reaktionsfluid, das aus dem Reaktor R insbesondere mit einer Temperatur im Bereich von 750°C bis 1050°C austritt, den Sekun- där-Spaltkanälen 5 für die Wärmerückgewinnung zugeführt werden kann. Der Reaktor R ist strömungstechnisch quasi zwischen die Primär- und die Sekundärseite des Plattenwärmetauschers 2 der Vorrichtung V geschaltet. Es sei angemerkt, dass das aus dem Reaktor R austretende heiße Reaktionsfluid, insbesondere Prozessgas, nicht vollständig in die Sekun- där-Spaltkanäle 5 des Plattenwärmetauschers 2 eingeleitet werden muss und in der Regel nicht eingeleitet wird. Vielmehr kann auch nur ein Teil des Reaktionsfluids in die Sekundärseite des Plattenwärmetauschers 2 geleitet werden. Ein weiterer Teil kann auch einer anderen Nutzung zugeführt werden, was in Figur 1 jedoch nicht gezeigt ist. The primary outlet line 14 of the plate heat exchanger 2 of the device V is fluidically connected to the inlet E of the reactor R, so that primary fluid, which has flowed through the primary slotted channels 4 for heating, can be supplied to the reactor R. The outlet A of the reactor R is further connected to the secondary inlet line 12, so that hot reaction fluid, which exits the reactor R, particularly at a temperature in the range of 750°C to 1050°C, can be supplied to the secondary slotted channels 5 for heat recovery. The reactor R is fluidically positioned between the primary and secondary sides of the plate heat exchanger 2 of the device V. It should be noted that the hot reaction fluid, particularly process gas, exiting the reactor R does not need to be completely introduced into the secondary slotted channels 5 of the plate heat exchanger 2, and usually is not. Rather, only a portion of the reaction fluid can be directed into the secondary side of the plate heat exchanger 2. A further portion can also be used for another purpose, which is not shown in Figure 1.
Ferner sei angemerkt, dass heißes Reaktionsfluid, das aus dem Reaktor R austritt, zunächst abgekühlt werden kann, bevor es der Sekundärseite des Plattenwärmetauschers 2 der Vorrichtung V zugeführt wird. Hierfür kann die Anlage 1 eine Kühleinrichtung Q für das Reaktionsfluid umfassen, mittels derer aus dem Reaktor R austretendes Reaktionsfluid vor Eintritt in die Se- kundär-Spaltkanäle 5 gekühlt werden kann. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist konkret eine Quench-Kühleinrichtung vorgesehen, mittels derer bei Bedarf Wasser in das Reaktionsfluid eingespritzt werden kann, um die Temperatur zu senken. Die Quench-Kühleinrichtung Q umfasst ein Ventil II, über welches das Wasser eingespritzt werden kann. Furthermore, it should be noted that hot reaction fluid exiting reactor R can first be cooled before being fed to the secondary side of the plate heat exchanger 2 of the device V. For this purpose, the system 1 can include a cooling device Q for the reaction fluid, by means of which the reaction fluid exiting reactor R can be cooled before entering the secondary slotted channels 5. In the embodiment shown in Figure 1, a quench cooling device is specifically provided, by means of which water can be injected into the reaction fluid as needed to lower the temperature. The quench cooling device Q includes a valve II through which the water can be injected.
Die Vorrichtung V umfasst auch einen Druckbehälter 18, der den Plattenwärmetauscher 2 umgibt. Der Druckbehälter 18 weist, wie in den Figuren erkennbar, einen hohlzylinderförmigen Mantelabschnitt und abgerundete, nach außen gewölbten Stirnseiten auf. Der würfel- bzw. quaderförmige Plattenwärmetauscher 2 ist in dem Druckbehälter 18 angeordnet. The device V also includes a pressure vessel 18 that surrounds the plate heat exchanger 2. As can be seen in the figures, the pressure vessel 18 has a hollow cylindrical shell section and rounded, outwardly curved end faces. The cube- or cuboid-shaped plate heat exchanger 2 is arranged in the pressure vessel 18.
Der Druckbehälter 18 umfasst eine Außenhülle aus kostengünstigem Stahl, die innenseitig mit einer Isolierschicht aus einem thermisch isolierenden Ma- terial versehen ist. Die thermische Isolierung gewährleistet bzw. trägt dazu bei, dass die Außenhülle im Betrieb eine Temperatur von maximal 200°C, bevorzugt maximal 70°C aufweist, was die Nutzung kostengünstiger Stähle ermöglicht. Es sei angemerkt, dass alternativ oder zusätzliche dazu der Plattenwärmetauscher 2, z.B. dessen Gehäuse 17, mit einer Isolierschicht aus einem thermisch isolierenden Material versehen sein kann. Der Druckbehälter 18 ist zweiteilig mit einem ersten Teil 18a und einem zweiten Teil 18b ausgebildet. Die beiden Teile 18a, 18b sind über angeformte Flansche 18c und in den Figuren nicht erkennbare Schrauben miteinander lösbar verbunden sind. Der Plattenwärmetauscher 2 ist über eine Halterung 18d, die bevorzugt an den Flanschen 18c befestigt ist, in dem Druckbehälter 18 gehalten, dies mit Abstand zur Druckbehälterwandung (vgl. Figur 3). Es sei angemerkt, dass in der rein schematischen, vereinfachten Figur 1 die zweiteilige Ausgestaltung des Druckbehälters 18 nicht erkennbar ist. The pressure vessel 18 comprises an outer shell made of cost-effective steel, which is lined on the inside with an insulating layer of a thermally insulating material. The plate heat exchanger 2 is provided with thermal insulation. This thermal insulation ensures, or contributes to, a maximum operating temperature of 200°C, preferably 70°C, which allows the use of cost-effective steels. It should be noted that, alternatively or additionally, the plate heat exchanger 2, e.g., its housing 17, can be provided with an insulating layer made of a thermally insulating material. The pressure vessel 18 is designed in two parts: a first part 18a and a second part 18b. The two parts 18a and 18b are detachably connected to each other by integrally formed flanges 18c and screws not visible in the figures. The plate heat exchanger 2 is held in the pressure vessel 18 by a bracket 18d, which is preferably attached to the flanges 18c, at a distance from the pressure vessel wall (see Figure 3). It should be noted that the two-part design of the pressure vessel 18 is not apparent in the purely schematic, simplified Figure 1.
Es sind ferner Druckfluid-Zuführmittel 19 vorgesehen, die ausgebildet sind, um dem Innenraum 20 des Druckbehälters 18 ein Druckfluid zuzuführen und um im Innenraum 20 des Druckbehälters 18 einen erhöhten Druck von wenigstens 2 bar, insbesondere von wenigstens 5 bar, bevorzugt von wenigstens 10 bar, besonders bevorzugt von wenigstens 20 bar zu erzeugen. Die Druckfluid-Zuführmittel 19 umfassen wenigstens einen Kompressor und wenigstens ein Ventil, die in der schematischen Figur 1 nicht separat dargestellt sind. Furthermore, pressure fluid supply means 19 are provided, which are configured to supply a pressure fluid to the interior 20 of the pressure vessel 18 and to generate an increased pressure of at least 2 bar, in particular at least 5 bar, preferably at least 10 bar, and most preferably at least 20 bar, in the interior 20 of the pressure vessel 18. The pressure fluid supply means 19 comprise at least one compressor and at least one valve, which are not shown separately in schematic Figure 1.
Der Druckbehälter 18 und die Druckfluid-Zuführmittel 19 ermöglichen es, dass der Plattenwärmetauscher 2 im Betrieb, keine oder nur eine kleine Druckdifferenz nach außen (zum Innenraum des Druckbehälters 18) hat und daher einfacher bezüglich seiner Dichtungen ausgeführt sein kann. Es sei angemerkt, dass in der schematischen, stark vereinfachten Figur 1 die Dichtungen, welche insbesondere ein Austreten von Primär- und Sekundärfluid in den Druckbehälter 18 bzw. einen Eintritt von Druckfluid in die Primär- und Sekundär-Spaltkanäle 4, 5 vermeiden, nicht eingezeichnet sind. The pressure vessel 18 and the pressure fluid supply means 19 enable the plate heat exchanger 2 to have no or only a small pressure difference to the outside (to the interior of the pressure vessel 18) during operation and can therefore be designed more simply with regard to its seals. It should be noted that in the schematic, highly simplified figure 1, the seals, which in particular prevent the escape of primary and secondary fluid into the pressure vessel 18 or the ingress of pressure fluid into the primary and secondary gap channels 4, 5, are not shown.
Dem Druckbehälter 18 kann beispielsweise ein Inertgas oder Wasserstoff (H2) oder Formiergas, insbesondere eine Mischung aus Stickstoff (N2) und Wasserstoff (H2), als druckbelastetes Druckgas mittels der Druckfluid-Zuführmittel 19 zugeführt werden. For example, an inert gas or hydrogen (H2) or forming gas, in particular a mixture of nitrogen (N2) and hydrogen (H2), can be supplied to the pressure vessel 18 as a pressurized pressurized gas by means of the pressurized fluid supply means 19.
Es ist auch möglich und hat sich als besonders geeignet erwiesen, wenn das Feedgas, welches den Primär-Spaltkanälen 4 zugeführt wird, gleichzeitig als Druckgas für den Druckbehälter 18 zum Einsatz kommt. It is also possible and has proven particularly suitable if the feed gas supplied to the primary slot channels 4 is simultaneously used as the pressurized gas for the pressure vessel 18.
Es kann eine Kühlung des Druckfluids vorgesehen sein. Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung V umfasst einen Druckfluid-Kreislauf 21 mit einer Druckfluid-Kühleinrichtung, die einen Wärmetauscher 22 umfasst oder dadurch gegeben ist. Über den Druckfluid-Kreislauf 21 kann Druckgas aus dem Druckbehälter 18 entnommen, mittels der Druckfluid-Kühleinrichtung, insbesondere mittels des Wärmetauschers 22, gekühlt und wieder in den Druckbehälter 18 eingelassen werden. Der Kreislauf 21 umfasst auch einen Kompressor 23. Über ein zykliertes, gekühltes Druckgas kann eine zusätzliche Kühlung realisiert werden. Cooling of the pressurized fluid can be provided. The device V shown in Figure 1 comprises a pressurized fluid circuit 21 with a pressurized fluid cooling device, which includes or is provided by a heat exchanger 22. Pressurized gas can be drawn from the pressure vessel 18 via the pressurized fluid circuit 21, cooled by means of the pressurized fluid cooling device, in particular by means of the heat exchanger 22, and then reintroduced into the pressure vessel 18. The circuit 21 also includes a compressor 23. Additional cooling can be achieved via a recirculated, cooled pressurized gas.
Der Druckbehälter 18 kann auch mit einem Leckagesensor (nicht dargestellt) versehen sein. The pressure vessel 18 can also be equipped with a leakage sensor (not shown).
Es sind Drucksteuermittel vorgesehen, die derart ausgebildet und/oder eingerichtet sind, dass mittels dieser die Druckdifferenz, die im Betrieb der Vor- richtung V zwischen dem Druck in dem Druckbehälter 18 und dem Druck in den Primär-Spaltkanälen 4 vorherrscht, einstellbar, bevorzugt regelbar ist. Pressure control devices are provided which are designed and/or configured in such a way that the pressure differential occurring during the operation of the pre- direction V between the pressure in the pressure vessel 18 and the pressure in the primary slot channels 4 prevails, is adjustable, preferably controllable.
Die Vorrichtung V, insbesondere die Drucksteuermittel, umfasst bzw. umfassen konkret eine Steuereinrichtung 24, mittels derer der im Innenraum 20 des Druckbehälters 18 vorherrschende Druck einstellbar, bevorzugt regelbar ist. Mit der Steuereinrichtung 24 kann ferner der Druck in den Primär-Spaltkanälen 4 einstellbar, bevorzugt regelbar sein. Die Steuereinrichtung 24 ist hierfür zweckmäßiger Weise mit den Primärfluid-Zuführmitteln 7 und den Druckfluid-Zuführmitteln 19, beispielsweise Kompressoren dieser, verbunden. The device V, in particular the pressure control means, specifically comprises a control unit 24 by means of which the pressure prevailing in the interior 20 of the pressure vessel 18 can be adjusted, preferably regulated. The control unit 24 can also be used to adjust, preferably regulate, the pressure in the primary gap channels 4. For this purpose, the control unit 24 is expediently connected to the primary fluid supply means 7 and the pressure fluid supply means 19, for example, compressors thereof.
Es können Druckmesseinrichtungen, etwa Drucksensoren, zur messtechnischen Erfassung des Drucks im Druckbehälter 18 und/oder des Drucks in wenigstens einem Primär-Spaltkanal 4 vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Primär-Differenzdruckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Druckbehälter 18 und dem Druck in wenigstens einem der Primär-Spaltkanäle 4 vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Druckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung des Drucks in wenigstens einem Sekun- där-Spaltkanal 5 vorgesehen sein. Die Druckmesseinrichtungen und/oder die Primär-Differenzdruckmesseinrichtung können Bestandteil der Drucksteuermittel sein. Die Steuereinrichtung 24 kann mit der Druckmesseinrichtungen und/oder der Differenzdruckmesseinrichtung verbunden sein, um eine Steuerung bzw. Regelung in Abhängigkeit messtechnisch erfasster Druckwerte vornehmen zu können. Pressure measuring devices, such as pressure sensors, may be provided for measuring the pressure in the pressure vessel 18 and/or the pressure in at least one primary slot channel 4. Alternatively or additionally, a primary differential pressure measuring device may be provided for measuring the pressure difference between the pressure in the pressure vessel 18 and the pressure in at least one of the primary slot channels 4. Alternatively or additionally, a pressure measuring device may be provided for measuring the pressure in at least one secondary slot channel 5. The pressure measuring devices and/or the primary differential pressure measuring device may be part of the pressure control system. The control unit 24 may be connected to the pressure measuring devices and/or the differential pressure measuring device to enable control or regulation based on the measured pressure values.
Es sei angemerkt, dass alternativ oder zusätzlich dazu, dass eine Druckmessung in dem Druckbehälter 18 bzw. wenigstens einem Primär-Spaltkanal 4 bzw. Sekundär-Spaltkanal 5 erfolgt, der Druck auch jeweils in der Zufüh- rung, konkret in wenigstens einer dem Druckbehälter 18 fluidtechnisch vorgeschalteten Leitung bzw. in wenigstens einer einem oder mehreren, ggf. auch allen, Primär-Spaltkanälen 4 bzw. Sekundär-Spaltkanälen 5 vorgeschalteten Leitung erfolgen kann. Rein Beispielhaft sei genannt, dass wenigstens eine Druckmesseinrichtung, z.B. wenigstens ein Drucksensor, zur messtechnischen Erfassung des Drucks in der Primär-Einlassleitung 9 und/oder dem Primär-Verteilerkanal 8, etwa in wenigstens einem der mehreren Arme dieses, vorgesehen ist. It should be noted that, alternatively or additionally to pressure measurement in the pressure vessel 18 or at least in a primary slotted channel 4 or secondary slotted channel 5, the pressure can also be measured in the supply- The pressure transfer can take place, specifically in at least one fluid-technically connected line upstream of the pressure vessel 18, or in at least one line upstream of one or more, possibly even all, primary slotted channels 4 or secondary slotted channels 5. By way of example, at least one pressure measuring device, e.g., at least one pressure sensor, is provided for measuring the pressure in the primary inlet line 9 and/or the primary distribution channel 8, for instance, in at least one of its several arms.
Bezüglich der Sekundär-Spaltkanäle 5 kann alternativ oder zusätzlich gelten, dass wenigstens eine Druckmesseinrichtung, z.B. wenigstens ein Drucksensor, zur messtechnischen Erfassung des Drucks in der Sekun- där-Einlassleitung 12 und/oder dem Sekundär-Verteilerkanal 11 , etwa in wenigstens einem der mehreren Arme dieses, vorgesehen ist. Auch bei einer Differenzdruckmessung kann auf die Zuführung, konkret wenigstens eine dem Druckbehälter 18 bzw. wenigstens einem Primär-Spaltkanal 4 bzw. Se- kundär-Spaltkanal 5 vorgeschaltete Leitung abgestellt werden. Regarding the secondary slotted channels 5, it can alternatively or additionally be the case that at least one pressure measuring device, e.g., at least one pressure sensor, is provided for the metrological measurement of the pressure in the secondary inlet line 12 and/or the secondary distribution channel 11, for example, in at least one of its several arms. In the case of differential pressure measurement, the focus can also be on the supply, specifically at least one line upstream of the pressure vessel 18 or at least one primary slotted channel 4 or secondary slotted channel 5.
Alternativ oder zusätzlich dazu, dass die Druckmessung in einer Zuführung erfolgt, kann diese auch in wenigstens einer nachgeschalteten Leitung erfolgen. Rein Beispielhaft sei genannt, dass wenigstens eine Druckmesseinrichtung, z.B. wenigstens ein Drucksensor, zur messtechnischen Erfassung des Drucks in dem Primär-Sammlerkanal 13, etwa in wenigstens einem der mehreren Arme dieses, vorgesehen ist. Auch bei einer Differenzdruckmessung kann auf die Ableitung, konkret wenigstens eine dem Druckbehälter 18 bzw. wenigstens einem Primär-Spaltkanal 4 nachgeschaltete Leitung abgestellt werden. Alternatively or additionally, pressure measurement can be performed in a feed line, or in at least one downstream line. By way of example, at least one pressure measuring device, e.g., at least one pressure sensor, is provided for measuring the pressure in the primary collector channel 13, for instance, in at least one of its multiple arms. Differential pressure measurement can also be performed in the downstream line, specifically at least one line downstream of the pressure vessel 18 or at least one primary slotted channel 4.
Analoges kann wiederum bezüglich der Sekundär-Spaltkanäle 5 gelten. So kann wenigstens eine Druckmesseinrichtung, z.B. wenigstens ein Druck- sensor, zur messtechnischen Erfassung des Drucks in der Sekun- där-Auslassleitung 16 und/oder dem Sekundär-Sammlerkanal 15, etwa in wenigstens einem der mehreren Arme dieses, vorgesehen sein. Auch bei einer Differenzdruckmessung kann auf die Ableitung, konkret wenigstens eine, wenigstens einem Primär-Spaltkanal 4 bzw. Sekundär-Spaltkanal 5 nachgeschaltete Leitung abgestellt werden. The same applies to the secondary slot channels 5. Thus, at least one pressure measuring device, e.g., at least one pressure- A sensor for measuring the pressure in the secondary outlet line 16 and/or the secondary collector channel 15, for example in at least one of its several arms, may be provided. Differential pressure measurement can also be performed on the downstream line, specifically at least one line connected to at least one primary slotted channel 4 or secondary slotted channel 5.
Auch eine Reaktor-Druckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung des Drucks und/oder des Druckverlustes in dem Reaktor R kann vorgesehen sein. A reactor pressure measuring device for the metrological recording of the pressure and/or pressure loss in the reactor R may also be provided.
Es versteht sich, dass auch noch andere Kombinationen von Druckmesseinrichtungen möglich sind und das Vorgenannte beispielhaft ist. It goes without saying that other combinations of pressure measuring devices are also possible and the above is merely an example.
Der Druckbehälter 18 weist eine Druckfluid-Auslassleitung 25 auf, in der ein Auslassventil 26 angeordnet ist. Über die Druckfluid-Auslassleitung 25 kann Druckfluid aus dem Druckbehälter 18 austreten. Es kann zusätzlich ein Sicherheitsventil vorgesehen sein, das bei zu hohem Druck anschlägt (in der Figur nicht dargestellt). Über ein solches Sicherheitsventil kann dann Druckfluid beispielsweise zu einer Fackel oder safe location gelangen. The pressure vessel 18 has a pressure fluid outlet line 25 in which an outlet valve 26 is arranged. Pressure fluid can escape from the pressure vessel 18 via the pressure fluid outlet line 25. A safety valve can also be provided, which activates in the event of excessive pressure (not shown in the figure). Pressure fluid can then be diverted via such a safety valve, for example, to a flare or safe location.
Es ist ferner ein Entlüftungsventil 27 für den Plattenwärmetauscher 2 vorhanden. Furthermore, a vent valve 27 is provided for the plate heat exchanger 2.
Im Betrieb der Anlage 1 wird den Primär-Spaltkanälen 4, mit anderen Worten der Primärseite des Plattenwärmetauschers 2, das Reaktionsfluid für den Reaktor R, beispielsweise Erdgas, DME, MEOH oder NH3, als Primärfluid zugeführt. Gleichzeitig wird dem Druckbehälter ein Druckgas zugeführt, vorliegend ebenfalls das für den Reaktor R bestimmte Reaktionsgas, beispielsweise aus der gleichen Quelle. Es sei angemerkt, dass das Primärfluid auch schon vorgewärmt werden kann, bevor es in den Plattenwärmetauscher 2 der Vorrichtung V eintritt, beispielsweise auf 400°C. Die Anlage 1 kann einen weiteren Wärmetauscher für eine solche zusätzliche Primärfluid-Vorwärmung umfassen (nicht dargestellt). During operation of plant 1, the reaction fluid for reactor R, for example natural gas, DME, MEOH or NH3, is supplied as the primary fluid to the primary channel 4, in other words, the primary side of the plate heat exchanger 2. Simultaneously, a pressurized gas is supplied to the pressure vessel, in this case also the reaction gas intended for reactor R, for example from the same source. It should be noted that the primary fluid can also be preheated before it enters the plate heat exchanger 2 of the device V, for example to 400°C. The system 1 can include an additional heat exchanger for such supplementary primary fluid preheating (not shown).
Den Sekundär-Spaltkanälen 5 des Plattenwärmetauschers 2, die über die Sekundär-Einlassleitung 12 mit dem Ausgang A des Reaktors R strömungstechnisch verbunden sind, wird Reaktionsfluid, das den Reaktor R durchströmt und wieder verlassen hat, mit anderen Worten Reaktionsfluid nach Reaktion, und das insbesondere eine Temperatur im Bereich von 750°C bis 1050°C aufweisen kann, zugeführt. Bei Bedarf kann das Reaktionsfluid nach Reaktion mittels der Quench-Kühleinrichtung Q zunächst etwas abgekühlt werden, bevor es in die Vorrichtung V und die Sekundär-Spaltkanäle 5 eintritt. The secondary slotted channels 5 of the plate heat exchanger 2, which are fluidically connected to the outlet A of the reactor R via the secondary inlet line 12, are supplied with reaction fluid that has flowed through and out of the reactor R, in other words, reaction fluid after the reaction, and which can have a temperature in the range of 750°C to 1050°C. If necessary, the reaction fluid after the reaction can first be cooled somewhat by means of the quench cooling device Q before it enters the device V and the secondary slotted channels 5.
In dem Plattenwärmetauscher 2 wird Wärme von dem die Sekundärseite durchströmenden heißen Reaktionsfluid nach Reaktion in dem Reaktor R auf Reaktionsfluid, das dem Reaktor R über bzw. durch die Primärseite des Plattenwärmetauschers 2 zugeführt wird, erwärmt, beispielsweise auf 600°C. In the plate heat exchanger 2, heat is transferred from the hot reaction fluid flowing through the secondary side after reaction in the reactor R to reaction fluid that is supplied to the reactor R via or through the primary side of the plate heat exchanger 2, for example to 600°C.
Der in dem Druckbehälter 18 herrschende Druck kann mittels der Steuereinrichtung 24 an den Druck in den Primär-Spaltkanälen 4 angepasst werden. The pressure prevailing in the pressure vessel 18 can be adjusted to the pressure in the primary slotted channels 4 by means of the control device 24.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung V derart betrieben wird, dass der Druck in dem Druckbehälter 18 insbesondere mit Hilfe der Steuereinrichtung 24 um maximal 20 %, insbesondere um maximal 10%, bevorzugt um maximal 5 %, besonders bevorzugt um maximal 1 % oberhalb oder unterhalb des Drucks in den Primär-Spaltkanälen 4 liegt. Die Vorrichtung V kann derart betrieben werden, dass der Druck in dem Druckbehälter 18 um maximal 5 bar, insbesondere um maximal 1 bar, bevorzugt um maximal 100 mbar oberhalb oder unterhalb des Drucks in den Pri- mär-Spaltkanälen 4 liegt. Die Steuereinrichtung 23 ist entsprechend ausgebildet und/oder eingerichtet. In particular, it can be provided that the device V is operated such that the pressure in the pressure vessel 18, particularly with the aid of the control device 24, lies a maximum of 20%, more specifically a maximum of 10%, preferably a maximum of 5%, and most preferably a maximum of 1% above or below the pressure in the primary slotted channels 4. The device V can be operated such that the pressure in the pressure vessel The pressure in the primary slot channels 4 is located by a maximum of 5 bar, in particular by a maximum of 1 bar, preferably by a maximum of 100 mbar. The control device 23 is designed and/or configured accordingly.
Bevorzugt gilt, dass die Anlage 1 derart betrieben wird, dass der Druck in den Primär-Spaltkanälen 4 und der Druck in dem Druckbehälter 18 und der Druck in dem Reaktor R um maximal 20 %, insbesondere um maximal 10%, bevorzugt um maximal 5 %, besonders bevorzugt um maximal 1 % voneinander abweichen. Es kann ein Betrieb derart erfolgen, dass der Druck in den Primär-Spaltkanälen 4 und der Druck in dem Druckbehälter 18 und der Druck in dem Reaktor R um maximal 5 bar, insbesondere um maximal 1 bar, bevorzugt um maximal 100 mbar voneinander abweichen. Preferably, the system 1 is operated such that the pressure in the primary slotted channels 4, the pressure in the pressure vessel 18, and the pressure in the reactor R differ from each other by a maximum of 20%, in particular by a maximum of 10%, preferably by a maximum of 5%, and most preferably by a maximum of 1%. Alternatively, the system can be operated such that the pressure in the primary slotted channels 4, the pressure in the pressure vessel 18, and the pressure in the reactor R differ from each other by a maximum of 5 bar, in particular by a maximum of 1 bar, and preferably by a maximum of 100 mbar.
Zweckmäßiger Weise wird ein geringer Druckverlust im Reaktor R, also beispielsweise Cracker oder Reformer oder Dehydrierer, sichergestellt. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem alternativ zu einer Katalysatorschüttung aus Partikeln ein katalytischer Washcoat, eine Honey-Comb- oder Monolith-Struktur oder eine Katalysatorpackung, deren Durckverlust minimiert ist, verwendet werden. Advantageously, a low pressure drop in reactor R, such as a cracker, reformer, or dehydrator, is ensured. This can be achieved, for example, by using a catalytic washcoat, a honeycomb or monolithic structure, or a catalyst packing with minimized pressure drop as an alternative to a particle catalyst bed.
Die Steuereinrichtung 24 kann entsprechend ausgebildet und/oder eingerichtet sein. The control unit 24 can be trained and/or configured accordingly.
Insbesondere für den Fall, dass ein Plattenwärmetauscher 2 mit aufwändigerer Dichtung genutzt wird, kann aber prinzipiell auch ein Betrieb mit stärker abweichenden Drücken erfolgen. However, especially if a plate heat exchanger 2 with a more complex seal is used, operation with significantly different pressures is also possible in principle.
Ein optional vorhandener Leckagesensor, der sich in dem Druckbehälter 18 befinden kann, kann auf fehlendes Gas überwachen. Der Leckagesensor spürt insbesondere eine Leckage zwischen Sekundär-Spaltkanälen 5 und Druckbehälter 18 auf. Dies ist auch dann möglich, wenn in dem Druckbehälter 18 ein höherer Druck herrscht, als in dem Sekundär-Spaltkanälen 5, da schon eine Partialdruckdifferenz der Komponente ausreicht. An optional leakage sensor, which can be located in pressure vessel 18, can monitor for a lack of gas. The leakage sensor It detects, in particular, a leak between secondary slot channels 5 and pressure vessel 18. This is also possible if the pressure in pressure vessel 18 is higher than in secondary slot channels 5, since even a partial pressure difference of the component is sufficient.
Es sei angemerkt, dass Leckagen in einem gewissen Maße auch toleriert werden können, ohne dass es einem Betrieb der Anlage entgegensteht, und eine Leckageüberwachug vorgesehen sein kann aber nicht muss. It should be noted that leaks can be tolerated to a certain extent without impeding the operation of the plant, and leakage monitoring may be provided but is not mandatory.
Optional ist es möglich, dass das Reaktionsfluid, insbesondere nachdem es die Sekundär-Spaltkanäle 5 des Plattenwärmetauschers 2 durchströmt und Reaktionsfluid auf Primärseite vorgewärmt hat, zur Dampferzeugung genutzt wird. Erhaltener Dampf kann dann z.B. auch in eine Festo- xid-Elektrolyseurzelle (englisch solid oxide electrolyzer cell, SOEC) gespeist werden, um Wasserstoff zu erzeugen. Der so erzeugte Wasserstoff kann beispielsweise zur Ammoniakerzeugung genutzt werden. Eine solche Verschaltung hat sich als ganz besonders effizient erweisen. Optionally, the reaction fluid, particularly after flowing through the secondary channels 5 of the plate heat exchanger 2 and preheating the reaction fluid on the primary side, can be used for steam generation. The resulting steam can then be fed, for example, into a solid oxide electrolyzer cell (SOEC) to produce hydrogen. The hydrogen produced in this way can then be used, for example, to generate ammonia. Such a configuration has proven to be particularly efficient.
Wie oben angemerkt, hat es sich als besonders geeignet erwiesen, wenn das Feedgas, welches den Primär-Spaltkanälen 4 zugeführt wird, gleichzeitig als Druckgas für den Druckbehälter 18 zum Einsatz kommt. Hierfür können die Druckfluid-Zuführmittel 19 beispielsweise auch strömungstechnisch mit den Primärfluid-Zuführmitteln 7 verbunden sein und aus einer gemeinsame Quelle stammendes Feedgas zuführen. As noted above, it has proven particularly suitable if the feed gas supplied to the primary slot channels 4 is simultaneously used as the pressurized gas for the pressure vessel 18. For this purpose, the pressurized fluid supply means 19 can, for example, be fluidically connected to the primary fluid supply means 7 and supply feed gas from a common source.
Es kann insbesondere ein Bypass vorgesehen sein, über welchen ein Teil des Reaktionsfluid vor Eintritt in die Primär-Spaltkanäle 4 „ abgegriffen“, dem Druckbehälter 18 zugeführt, aus diesem wieder herausgeführt und mit dem Reaktionsfluid, welches die Primär-Spaltkanäle 4 durchströmt hat, wieder zusammengeführt wird. Bei dem in Figur 4 dargestellten zweiten Aus- führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage 1 ist ein solcher Bypass bei der Vorrichtung V vorgesehen. Da das zweite Ausführungsbeispiel in weiten Teilen mit dem ersten Ausführungsbeispiel aus Figur 1 übereinstimmt, wird im Folgenden nur auf die wenigen Unterschiede eingegangen. In particular, a bypass can be provided through which a portion of the reaction fluid is "tapped off" before entering the primary slot channels 4, fed to the pressure vessel 18, discharged from it, and recombined with the reaction fluid that has flowed through the primary slot channels 4. In the second outlet shown in Figure 4, In an exemplary embodiment of a system 1 according to the invention, such a bypass is provided in the device V. Since the second embodiment largely corresponds to the first embodiment shown in Figure 1, only the few differences will be discussed below.
So ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Druck-Einlassleitung durch eine erste Bypassleitung 28 gegeben, die mit der Primär-Einlassleitung 9 strömungstechnisch verbunden ist, konkret von dieser abzweigt. In the second embodiment, the pressure inlet line is provided by a first bypass line 28, which is fluidically connected to the primary inlet line 9, specifically branching off from it.
Wie man in Figur 4 erkennt, verbindet die erste Bypassleitung 28 die Primär-Einlassleitung 9, über welche das Reaktionsfluid auch den Pri- mär-Spaltkanälen 4 als Primärfluid zugeführt wird, strömungstechnisch mit dem Innenraum des Druckbehälters 18. Das in den Druckbehälter 18 mündende Ende 29 der Bypassleitung 28 bildet dabei sozusagen einen Einlass für das hier auch als Druckfluid genutzte Primärfluid in den Druckbehälter 18. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Druckfluidzuführmittel allein durch die Bypassleitung 28 gebildet sein. Insbesondere ein nur für das Druckfluid genutzter separater Kompressor muss nicht vorhanden sein. As can be seen in Figure 4, the first bypass line 28 connects the primary inlet line 9, through which the reaction fluid is also supplied to the primary slot channels 4 as primary fluid, to the interior of the pressure vessel 18. The end 29 of the bypass line 28, which opens into the pressure vessel 18, thus forms an inlet for the primary fluid, which is also used here as pressure fluid, into the pressure vessel 18. In this embodiment, the pressure fluid supply means can be provided solely by the bypass line 28. In particular, a separate compressor used only for the pressure fluid is not required.
Das Druckfluid (hier ebenfalls Reaktionsfluid) wird nach dem Verlassen des Druckbehälters 18 ferner wieder mit dem aus den Primär-Spaltkanälen 4 austretenden Reaktionsfluid zusammengeführt. Dabei ist die Druck-Auslassleitung hier als zweite Bypassleitung 30 ausgebildet, welche den Innenraum 20 des Druckbehälters 18 strömungstechnisch mit der Pri- mär-Auslassleitung 14 verbindet, konkret in die Primär-Auslassleitung 14 mündet (vgl. Figur 4). In der zweiten Bypassleitung 30 ist dabei ein Ventil 31 vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann auch in der ersten Bypassleitung 28 ein Ventil vorgesehen sein (nicht gezeigt). Die zwei Bypassleitungen 28, 30 stellen eine konstruktiv besonders einfache Variante zur Erzielung übereinstimmender Druckverhältnisse in dem Druckbehälter 18 und den Primär-Spaltkanälen 4 dar. Da über die beiden Bypassleitungen 28, 30 ein Bypass des den Primär-Spaltkanälen 4 als Primärfluid zugeführten Reaktionsfluids in den bzw. durch den Druckbehälter 18 realisiert ist, stimmen der Druck in den Primär-Fluidkanälen 4 und der Druck in dem Innenraum des Druckbehälters 18 automatisch überein. Eine Steuerung bzw. Regelung in Abhängigkeit erfasster Druck- bzw. Differenzdruckmesswerte ist nicht erforderlich. Es ist aber natürlich auch nicht ausgeschlossen, dass eine Drucküberwachung und aktive Drucksteuerung bzw. Druckregelung ggf. (zusätzlich) erfolgt. Entsprechend kann das zweite Ausführungsbeispiel beispielsweise zusätzlich zu den zwei Bypassleitungen 28, 30 eine Primär-Differenzdruckmesseinrichtung zur messtechnischen Erfassung der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Druckbehälter 18 und dem Druck in den Primär-Spaltkanälen 4 umfassen. After leaving the pressure vessel 18, the pressure fluid (here also the reaction fluid) is recombined with the reaction fluid exiting the primary slot channels 4. The pressure outlet line is designed as a second bypass line 30, which fluidically connects the interior 20 of the pressure vessel 18 to the primary outlet line 14, specifically leading into the primary outlet line 14 (see Figure 4). A valve 31 is provided in the second bypass line 30. Alternatively or additionally, a valve can also be provided in the first bypass line 28 (not shown). The two bypass lines 28, 30 represent a particularly simple design for achieving consistent pressure conditions in the pressure vessel 18 and the primary slotted channels 4. Since the reaction fluid supplied to the primary slotted channels 4 as primary fluid bypasses the pressure vessel 18 via these two bypass lines 28, 30, the pressure in the primary fluid channels 4 and the pressure in the interior of the pressure vessel 18 automatically match. Control or regulation based on measured pressure or differential pressure values is not required. However, it is of course possible that pressure monitoring and active pressure control or regulation may be implemented (additionally). Accordingly, the second embodiment can, for example, include a primary differential pressure measuring device in addition to the two bypass lines 28, 30 for measuring the pressure difference between the pressure in the pressure vessel 18 and the pressure in the primary slotted channels 4.
Das in der durch die zweiten Bypassleitung 30 gegebenen Druck-Auslassleitung vorgesehene Ventil 31 kann mit einer Steuerung 24 der Vorrichtung V bzw. Anlage 1 verbunden sein, über welche dessen Ventilstellung einstellbar ist. Über die Ventilstellung ist insbesondere einstellbar, wieviel des Primärfluids über dem Bypass 28, 30 durch den Druckbehälter 18 geführt wird. Hierüber insbesondere auch, wie stark der Druckbehälter 18 mittels des Primärfluids gekühlt wird. Eine Steuerung 24, die bei dem zweiten Ausführungsbeispiel prinzipiell ebenfalls vorhanden sein kann, ist in Figur 4 nicht nochmals eingezeichnet, sondern nur in Figur 1 erkennbar. The valve 31 provided in the pressure outlet line formed by the second bypass line 30 can be connected to a control unit 24 of the device V or system 1, via which its valve position can be adjusted. The valve position, in particular, determines how much of the primary fluid is guided through the pressure vessel 18 via the bypass 28, 30. This also determines, in particular, the degree to which the pressure vessel 18 is cooled by the primary fluid. A control unit 24, which can also be present in principle in the second embodiment, is not shown again in Figure 4, but is only visible in Figure 1.
Da bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 eine Kühlung des Druckbehälters 28 über das „ Bypass-Primärfluid“ erfolgen kann, ist kein zusätzlicher Druckfluid-Kreislauf 21 mit Wärmetauscher 22 erforderlich, wie er bei dem ersten Ausführungsbeispiel aus Figur 1 erkennbar ist. Es ist aber auch nicht ausgeschlossen, dass ein solcher bei dem Beispiel aus Figur 4 noch zusätzlich vorgesehen ist (nicht dargestellt). Since, in the second embodiment according to Figure 4, the pressure vessel 28 can be cooled via the "bypass primary fluid", no additional pressure fluid circuit 21 with heat exchanger 22 is required, as can be seen in the first embodiment from Figure 1. However, It is also not excluded that such a feature is additionally provided in the example from Figure 4 (not shown).
Es sei angemerkt, dass die Vorrichtung V gemäß Figur 4 in Übereinstim- mung mit derjenigen aus Figur 1 zusätzlich zu der zweiten Bypassleitung 29 optional auch einen Druckbehälter-Auslass 24 und ein Sicherheitsventil 25 aufweisen kann, was in Figur 4 aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nicht gezeigt ist. Auch versteht sich, dass es prinzipiell möglich ist, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung V nicht nur einen, sondern mehrere Plattenwärmetauscher 2 umfassen kann, die in dem Druckbehälter 18 der Vorrichtung V angeordnet sind (nicht gezeigt). It should be noted that the device V according to Figure 4, in accordance with that of Figure 1, may optionally also have a pressure vessel outlet 24 and a safety valve 25 in addition to the second bypass line 29, which, however, is not shown in Figure 4 for the sake of clarity. It is also understood that it is possible, in principle, for a device V according to the invention to comprise not just one, but several plate heat exchangers 2 arranged in the pressure vessel 18 of the device V (not shown).
Bezugszeichenliste Reference symbol list
1 Anlage 1 Annex
2 Plattenwärmetauscher 2 plate heat exchangers
3 Platte 3 plates
4 Primär-Spaltkanal 4 Primary slot channel
5 Sekundär-Spaltkanal 5 Secondary slot channel
6 Katalysatormaterial 6 Catalyst material
7 Primärfluid-Zuführmittel 7 Primary fluid delivery devices
8 Primär-Verteilerkanal 8 Primary distribution channel
9 Primär-Einlassleitung 9 Primary Inlet Pipe
10 Sekundärfluid-Zuführmittel10 Secondary fluid delivery devices
11 Sekundär-Verteilerkanal 11 Secondary distribution channel
12 Sekundär-Einlassleitung 12 Secondary inlet line
13 Primär-Sammlerkanal 13 Primary collector channel
14 Primär-Auslassleitung 14 Primary outlet pipe
15 Sekundär-Sammlerkanal 15 Secondary collector channel
16 Sekundär-Auslassleitung 16 Secondary outlet pipe
17 Gehäuse 17 cases
18 Druckbehälter 18 pressure vessels
18a Teil 18a Part
18b Teil 18b Part
18c Flansch 18c flange
18d Halterung 18d bracket
19 Druckfluid-Zuführmittel 19 Pressure fluid supply devices
20 Innenraum des Druckbehälters20 Interior of the pressure vessel
21 Druckfluid-Kreislauf 21 Pressure fluid circuit
22 Wärmetauscher 22 heat exchangers
23 Kompressor 23 Compressor
24 Steuereinrichtung 25 Druck-Auslassleitung24 Control unit 25 Pressure outlet line
26 Auslassventil 26 Exhaust valve
27 Entlüftungsventil27 Vent valve
28 erste Bypassleitung 29 Druckfluideinlass28 First bypass line 29 Pressure fluid inlet
30 zweite Bypassleitung30 second bypass line
31 Ventil 31 Valve
A Ausgang A Exit
E Eingang R Reaktor E Input R Reactor
Q Kühleinrichtung Q Cooling unit
U Ventil U-valve
V Vorrichtung V Device
Claims
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