РАСШИРЯЮЩИЕСЯ ЦЕНТРАЛЬНЫЕ ЧАСТИ ДЛЯ НАРАЩИВАЕМЫХ СТРУКТУРНЫХ РЕАКТОРОВ Российский патент 2017 года по МПК G21C1/00 F28F13/08 B01J19/00 

[0001] Настоящее изобретение относится к усовершенствованным наращиваемым структурным реакторам, имеющим повышенную эффективность и производительность и, в частности, усовершенствованным наращиваемым структурным реакторам, имеющим расширяемые центральные устройства для увеличения теплопередачи и эффективности реактора.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Компоненты реактора для осуществления каталитических реакций, например, которые используются для получения синтетического газа и водорода, могут, в целом, касаться труб реактора, подвергающихся воздействию источника тепла, например печи для поддержания реакций. В отличие от этого, другие типы реакций, например экзотермические реакции, могут нуждаться в источнике охлаждения, например, рубашке охлаждения. Трубы реактора могут быть заполнены различными устройствами компонентов, например, поддерживаемыми фольгой или структурными катализаторами в виде веерных разветвлений, ребер, спиралей, вспененных материалов, или монолитов. В некоторых случаях, компоненты реактора могут быть расширяемыми, например те, которые образованы из фольги, например веерное разветвление.

[0003] Для улучшения теплопередачи и потока текучей среды через реактор, устанавливаемые поддерживаемые фольгой катализаторы могут быть усовершенствованы. В трубе реактора, расширяемые, покрытые катализатором компоненты реактора, могут быть установлены для увеличения теплоотдачи, например такие, которые находясь в контакте с или в контролируемой близости от стенки реактора, подвергаются нагревающему или охлаждающему источнику. Таким образом, желательно, устанавливать реакторы с оборудованием для содействия повышенной теплопередаче и эффективности реактора. Различные варианты осуществления расширяющихся центральных компонентов и устройств для повышения производительности реакторов обсуждаются здесь.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Описанное здесь относится к расширяемым центральным устройствам для использования в реакторе, например реакторе риформинга, для повышения теплопередачи и эффективности реактора. Расширяемое центральное устройство может включать в себя центральную опору, которая пересекает длину реактора или его часть, один или несколько конусов, расположенных на и вдоль длины центральной опоры и один или несколько грузов расширения, также расположенных на и вдоль длины центральной опоры. По меньшей мере, один или несколько грузов расширения могут быть расположены на центральной опоре выше конусов для содействия и обеспечения силы для расширения в радиальном направлении. Один или несколько конусов и один или несколько грузов расширения могут быть способными к скольжению по центральной опоре во время расширения конусов.

[0005] Реактор, например реактор риформинга может включать в себя расширяемое центральное устройство. Реактор может включать в себя внешнюю трубу, для размещения компонентов реактора, и внутреннюю трубу, для размещения расширяемого центрального устройства. Компоненты реактора могут быть расширяемыми носителями катализатора, которые занимают кольцевое пространство или часть его между внешней трубой и внутренней трубой, которые расположены концентрически. Внутренняя труба может быть расширяемой в радиальном направлении. Расширяемое центральное устройство, установленное внутри внутренней трубы, может включать в себя один или несколько конусов, при этом один или несколько конусов являются расширяемыми в радиальном направлении. Наиболее удаленная диаметральная поверхность конусов может контактировать с внутренней трубой. Расширяемое центральное устройство может также включать в себя один или несколько грузов расширения. Предпочтительно, грузы расширения не имеют контакта с внутренней трубой. По меньшей мере, один из одного или нескольких грузов расширения может быть в контакте с одним или несколькими конусами, например, в попеременной, расположенной друг над другом конфигурации. Один или несколько грузов расширения способствуют и обеспечивают силу для расширения одного или нескольких конусов в радиальном направлении. Дополнительные внешние силы, толкающие на грузы расширения, могут быть использованы для дополнительного расширения конусов, например, во время установки компонентов реактора. Один или несколько конусов и один или несколько грузов расширения могут быть способными скользить по центральной опоре во время расширения конусов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0006] Следующие чертежи иллюстрируют различные аспекты одного или нескольких вариантов осуществления настоящего изобретения, но не предназначены для ограничения настоящего изобретения в представленных вариантах осуществления.

[0007] Фиг. 1А представляет вид в перспективе расширяющегося центрального устройства, расположенных друг над другом конусов и грузов расширения.

Фиг. 1В представляет вид в перспективе радиально расширяемого гофрированного конуса, подходящего для использования в расширяющемся центральном устройстве.

[0009] Фиг. 2 представляет вид сечения трубы реактора, имеющей расширяющееся центральное устройство, включающее в себя обращенные вниз конусы и веса расширения, где расширяющееся центральное устройство находится в сжатом состоянии.

[0010] Фиг. 3 представляет вид сечения трубы реактора по фиг. 2, где расширяющееся центральное устройство находится в расширенном состоянии, так, что компоненты реактора находятся в контакте с трубой реактора.

[0011] Фиг. 4 представляет вид сечения трубы реактора, имеющей расширяющееся центральное устройство, включающее в себя обращенные вверх конусы и грузы расширения.

[0012] Фиг. 5 представляет вид сечения трубы реактора, имеющей расширяющееся центральное устройство, включающее в себя обращенные вверх конусы и грузы расширения.

[0013] Фиг. 6 представляет вид сечения трубы реактора, имеющей расширяющееся центральное устройство, включающее в себя ряд противостоящих конусных пар и груз расширения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] В данном контексте, если дан диапазон, например, 5-25, это означает, по меньшей мере, или более, чем 5, и, по отдельности и независимо друг от друга, меньше или не больше, чем 25. Конструкционные материалы для всех компонентов реактора или его частей, например, конусов, грузов расширения, носителей катализатора, центральных опор и внутренних и внешних труб, как описано в данном документе, могут включать в себя любой подходящий материал, который известен в данной области техники, например, металл, не черный металл, металлическую фольгу, сталь, нержавеющую сталь, сплавы фольги, неметаллы, такие как пластмасса или стекло, керамика или их комбинации.

[0015] Реакторы, которые описаны здесь, иногда называемые наращиваемыми структурными реакторами ("НСР"), могут включать в себя несколько компонентов носителей катализатора, расположенных вокруг или установленных друг над другом на центральной опоре, например, центральном стержне или сердечнике, трубе, стойке или подобном, для образования монолитного общего кольцеобразного поперечного сечения, если смотреть в направлении потока текучей среды через реактор. Монолитные или расположенные друг над другом носители катализатора могут занимать всю или часть кольцевого пространства между двумя концентрически расположенными трубами, такими как, например, внешняя труба и внутренняя труба. Как описано здесь, различные модификации и варианты осуществления реакторов и связанных с ними компонентов реактора могут быть использованы вместе с расширяемыми центральными устройствами для содействия теплоотдаче и эффективности реактора.

[0016] Фиг. 1А представляет расширяемое центральное устройство для использования в реакторе. Расширяемое центральное устройство может включать в себя ряд расположенных друг над другом конусов 2 и грузов 1 расширения, расположенных в чередующемся порядке на центральной опоре 3. Конусы 2 могут быть изготовлены из подходящего материала, например, металла, стали, нержавеющей стали, сплавов, фольги и т.п. Как представлено на фиг. 1В, конусы 2 могут быть изготовлены из гофрированной металлической фольги, так, что каждый конус является расширяемым в радиальном направлении. Альтернативно, штампованный/ образованный из плоских дисков или листов металла с гофрировкой или складками, что позволяет радиальному расширению, подобно бумажному фильтру для кофе. Расширяемые конусы могут находиться в покое в сжатом состоянии или в расширенном состоянии, например, во время работы реактора. Как описано здесь, сжатое состояние конуса 2 относится к конусу в состоянии покоя при стандартной температуре без груза расширения, обеспечивающего силу на конус. Например, сжатое состояние также означает, что конус 2 не подвергается каким-то силам, которые будут заставлять конус расширяться радиально наружу, например, опускающимся вниз грузом или внешней силой, опирающейся на конус. Расширенное состояние конуса 2 относится к его размерам, когда сила приложена к конусу, например сила, направленная вниз, производимая размещением груза на конусе, например, груза расширения. Как описано ниже, грузы расширения могут быть расположены в центральном участке реактора для приложения силы, направленной вниз, для радиального расширения конусов 2.

[0017] Конусы 2 имеют два конца, верхний конец, имеющий маленькое отверстие или окно, и нижний конец, имеющий большое отверстие или окно. Как устроено, на центральной опоре 3 конусы 2 могут скользить по опоре 3 вдоль ее длины для обеспечения перемещения в центральную часть реактора. Центральная опора 3 остается в фиксированном или неподвижном положении во время работы реактора, в то время как конусы 2 могут перемещаться вверх и вниз или вдоль длины центральной опоры, когда конусы расширяются и сжимаются. Форма и диаметр или размеры центральной опоры 3 могут быть выбраны для выравнивания с отверстиями в конусах 2 и грузах 1 расширения. Например, цилиндрический стержень 3 может использоваться, как представлено, для поддержки конусов 2 и грузов 1 расширения, имеющих центрованные круглые отверстия. Цилиндрический стержень 3 может иметь диаметр приблизительно тот же самый, или незначительно меньше, чем диаметр отверстий в конусах и грузах расширения.

[0018] Диаметр отверстия маленького верхнего конца конуса 2 может быть, по меньшей мере, 0,2, 0,25, 0,3, 0,4, 0,5, 0,75, 1, 1,25, 1,5, 1,75 или 2 дюйма и, предпочтительно, в диапазоне от 0,25 до 0,75 дюймов. Диаметр отверстия большого нижнего конца конуса 2 в сжатом состоянии может быть, по меньшей мере, 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5 или 3 дюйма. Диаметр отверстия большого нижнего конца конуса 2 в расширенном состоянии может быть, по меньшей мере, 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5 или 4 дюйма. Каждый конус 2 в сжатом состоянии может иметь высоту, по меньшей мере, 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5 или 3 дюйма. Каждый конус 2 в расширенном состоянии может иметь высоту, по меньшей мере, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1, 1,25, 1,5 или 2 дюйма. Конусы могут быть расположены обращенными в направленное вверх положение или, как представлено, обращенными в направленное вниз положение. Ряд конусов могут быть расположены либо все в непосредственном контакте или попеременно с грузами расширения, или направленными вверх, направленными вниз или их комбинации, на центральной опоре. В зависимости от высоты реактора, количество конусов в ряду может быть выбрано для обеспечения поддержки компонентов реактора, например, ряд конусов может включать в себя 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 или больше конусов.

[0019] Как представлено, конусы могут быть расположены на центральной опоре с отверстием в верхнем конце конуса в контакте с центральной опорой. Нижний конец расположен радиально наружу от центральной опоры. В использовании, нижние концы конусов могут быть в контакте с внутренней трубой и/или компонентами реактора. Расширяемые в радиальном направлении, конусы могут толкать компоненты реактора и/или внутреннюю трубу, окружающую конусы, радиально наружу. Конусы могут обеспечивать усилие на окружающие компоненты во время работы реактора для содействия расширению наружу компонентов к внешней трубе реактора для увеличения эффективности реактора. Для содействия расширению конусов 2, грузы 1 расширения могут использоваться.

[0020] Фиг. 1А представляет первый и второй груз 1 расширения, установленный в ряд на центральной опоре 3 над каждым конусом 2. Грузы 1 расширения могут быть скользяще расположены на центральной опоре 3 так, что грузы 1 могут быть установлены для контакта или обеспечения толкающей силы на конусы 2. Во время установки, грузы могут скользить по центральной опоре и передавать расширяющую силу конусам и осуществлять их расширение. Аналогично вышеприведенным конусам 2, центральная опора 3 остается в фиксированном или неподвижном положении во время работы реактора, в то время как грузы 1 расширения могут перемещаться вверх и вниз или вдоль длины центральной опоры, когда конусы расширяются и сжимаются. Для обеспечения постоянной толкающей силы на конусы 2 груз из грузов 1 расширения может варьироваться для обеспечения любого желаемого веса для расширения конусов 2, например, от 0,1 до 5 фунтов, а предпочтительно, грузы от 0,15 до 0,5 фунтов могут использоваться. В другом варианте осуществления, внешняя сила может быть использована для обеспечения дополнительной толкающей силы на конусы 2 для содействия расширению для целей установки. Например, противовес или пневматический цилиндр может использоваться для толкания на грузы расширения для расширения конусов радиально наружу. Внешняя толкающая сила на грузы расширения может быть в диапазоне от 50 до 500 фунтов, а предпочтительно, от 200 до 300 фунтов.

[0021] Грузы 1 расширения могут иметь любую подходящую форму, такую как шары или цилиндрические трубки или стопки шайб. В одном варианте осуществления, груз расширения может быть цилиндрической трубкой, имеющей закругленные концы на каждом конце для контактирования с конусами. Грузы 1 расширения могут иметь отверстие, предпочтительно, в их центре, которое пересекает всю длину груза для размещения центральной опоры 3 или тому подобного. В том случае, когда центральная опора не используется, груз расширения может быть сплошным, без, каких то отверстий. Отверстие груза 1 расширения может быть, по меньшей мере, 0,2, 0,25, 0,5, 0,75, 1, 1,25, 1,5, 1,75 или 2 дюйма, а предпочтительно в диапазоне от 0,25 до 0,75 дюймов. В одном варианте осуществления отверстие в грузе 1 расширения может быть таким же, как маленькое отверстие верхнего конца конусов 2. Грузы 1 расширения могут иметь высоту, по меньшей мере, 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10 дюймов, в внешний диаметр, по меньшей мере 0,5, 0,6, 1, 1,5, 2, 2,5 или 3 дюймов. В одном варианте осуществления, внешний диаметр груза расширения является подобным или незначительно меньшим, чем диаметр нижнего конца сжатого конуса. Например, внешний диаметр груза 1 расширения является, по меньшей мере, 50, 60, 70, 75, 80, 85, 90 или 95% от диаметра нижнего отверстия большого конца конуса. Это позволяет грузу 1 расширения иметь большее воздействие на конус, когда он толкает на внутреннюю поверхность конуса, обращенную в нижнее положение. Грузы 1 расширения могут иметь внешний диаметр, который меньше, чем внутренняя труба и большой диаметр нижнего конца конуса 2. Например, как представлено на фиг.1А грузы 1 расширения могут покоиться на внутренней поверхности конусов 2, обращенных вниз. Выровненные на центральной опоре 3 грузы 1 расширения могут свободно плавать, так, что каждый груз способен скользить по центральной опоре 3 для контакта с конусом 2, установленным ниже груза. Грузы 1 расширения могут оказывать направленную вниз силу на конусы 2, так что конусы расширяются радиально наружу для толкания относительно внутренней трубы и компонентов реактора. Грузы 1 расширения могут быть изготовлены из подходящего материала, например металла или керамики.

[0022] Обращаясь к фиг. 2, реактор или внешняя труба 4, имеющая внутреннюю поверхность стенки и внешнюю поверхность стенки, например, труба реактора риформинга, вмещает компоненты 6 реактора, например, вертикально установленные друг над другом веерные разветвления или монолиты, расположенные вокруг центральной опоры 3. Диаметр внешней трубы 4, предпочтительно, является постоянным вдоль всей ее длины. В случае с трубой реактора риформинга, участки трубы 4 могут иметь больший диаметр и создавать выпуклости или расширенные участки во внешней трубе. Как выше описано, компоненты 6 реактора выполнены с возможностью иметь центральное отверстие для приема центральной опоры 3 и центрального участка компонентов, например внутренней трубы 8, расширяющегося центрального устройства, грузов 1 расширения, конусов 2 и т.п., так, чтобы компоненты могли быть установлены друг над другом или расположены на центральной опоре 3 внутри внешней трубы 4. Центральная опора 3 может иметь длину для размещения длины внешней трубы 4. Как представлено, центральная опора 3 может иметь опору, втулку, опорную плиту 10 и тому подобное для обеспечения фиксированной установки с тем, чтобы компоненты 6 реактора, такие как веерное разветвление или монолит 6, не соскальзывали с центральной опоры 3. Опорная плита 10 может быть расположена на или около нижнего конца центральной опоры 3 и может иметь форму и диаметр или размеры для возможности легкой установки во внешнюю трубу 4. Например, стопорная плита 10 может иметь круглую форму с диаметром приблизительно тем же самым, или меньше, чем внутренний диаметр внешней трубы.

[0023] Центральная опора 3 может быть предварительно загружена любым количеством компонентов реактора или кольцевыми прокладками, не показанными, перед вставкой внутрь внешней трубы 4. Компоненты 6 могут быть установлены друг над другом вертикально, один выше другого, как показано, для образования слоев компонентов реактора, или вертикально или альтернативным образом, например, горизонтально для обеспечения ориентации реактора или определенных технологических требований. Кольцевые прокладки (не показаны) могут быть вставлены между одним или несколькими компонентами реактора (такими, как веерное разветвление) по желанию, например, каждое веерное разветвление может быть отделено кольцевой прокладкой, где кольцевая прокладка создает открытое пространство между компонентами 6. Установленные один на другой компоненты 6 реактора могут быть расположены вертикально, по желанию, например, в диапазоне от 0,5 до 4 футов, для создания сборочного узла. Несколько сборочных узлов могут быть установлены друг над другом вместе в реактор, например, от 1 до 60 сборочных узлов могут быть установлены друг над другом. Установленные друг над другом сборочные узлы могут иметь высоту в диапазоне от 2 до 60 футов.

[0024] Как было отмечено выше, компоненты 6 реактора могут быть веерными разветвлениями или монолитами, и использоваться с или без кольцевых прокладок. В одном варианте осуществления компоненты 6 реактора могут быть носителями катализатора, такие как веерные разветвления, спирали, или монолиты, имеющие одно или несколько каталитических покрытий. Кольцевые прокладки, используемые в связи с компонентами 6, могут также иметь каталитическое покрытие для эффективного распределения катализатора, контактирующего с текучей средой, протекающей через реактор. Каталитический материал является известным в данной области и может включать в себя никель, палладий, платину, цирконий, родий, рутений, кобальт и окислы алюминия, церия, и циркония.

[0025] Носители 6 катализатора могут быть расширяемыми в радиальном направлении, так, что носители могут быть продвинуты наружу в радиальном направлении к внешней трубе 4. Как устроено, во внешней трубе 4 компоненты 6 реактора могут занимать участок или, по существу, все кольцевое пространство между внешней трубой 4 и внутренней трубой 8. Компоненты 6, когда расширяемые и в сжатом состоянии, имеют диаметр меньше, чем внешняя труба. В расширенном состоянии компоненты 6 могут быть в непосредственном контакте с внешней трубой 4 или создавать маленький зазор между внешней трубой 4 и внешней диаметральной поверхностью компонентов 6. Зазор между внешней краевой диаметральной поверхностью компонентов реактора и внутренней поверхностью стенки трубы реактора может быть, по меньшей мере, 0,5, 1, 2, 3, 5, 10 или 15 мм, а предпочтительно в диапазоне от 0,5 до 6 мм, а более предпочтительно от 1 до 3 мм. Зазор способствует теплоотдаче и вынуждает поток текучей среды перемещаться к внутренней поверхности стенки реактора, для того чтобы быть направленным обратно к внутреннему участку реактора. Прокладка, такая как кольцевая прокладка, проволока, петля или подобное могут использоваться для обеспечения желаемого зазора, расположенного между внешним диаметральным краем или поверхностью монолитов или веерных разветвлений и внутренней поверхностью стенки трубы реактора. Текучая среда, такая как газ или жидкость, которая должна реагировать, в целом, течет вертикально или восходящим потоком или нисходящим потоком, по желанию, через трубу 4 реактора и через каждый компонент 6, расположенный на центральной опоре 3, предпочтительно с внешней стороны внутренней трубы 8. Компоненты 6 реактора ориентируют поток текучей среды в другое, не вертикальное направление для увеличения теплоотдачи, например, веерные разветвления могут ориентировать или направлять поток текучей среды радиально (перпендикулярно к общему вертикальному направлению) к стенке трубы 4 реактора. Один или несколько монолитов или веерных разветвлений 6 могут быть в контакте или в непосредственной близости к внутренней поверхности стенки трубы 4 реактора, что эффективно передает тепло от внешней части реактора к компонентам реактора и текучей среде, содержащейся в нем, для осуществления каталитических реакций.

[0026] В центральной части трубы реактора расширяемое центральное устройство может использоваться. Местом размещения расширяемого центрального устройства является внутренняя труба. Внутренняя труба 8 может быть гофрированной или составленной из свернутых стальных листов или плоских листов, свернутых в цилиндр, так, что имеется перекрывающийся участок в месте встречи двух концов листа. То есть, концы свернутого листа нежестко перекрывают друг друга и, когда прикладывается сила внутри цилиндра или трубы, перекрывающийся участок скользит, и внутренняя труба 8 расширяется в радиальном направлении наружу. Например, внутренняя труба 8 может быть изготовлена из свернутого в цилиндр листа фольги, имеющего размеры, описанные выше, или внутренняя труба 8 может быть из многочисленных сегментов, которые перекрывают друг друга, например от 2 до 6 отдельных сегментов. Аналогичным образом, конусы 2, вместо того, чтобы быть гофрированными, могут быть изготовлены из свернутых листов в конусы, где два конца свернутого листа создают перекрывающийся участок, который позволяет радиальному расширению, когда сила приложена к конусу 2.

[0027] Как представлено на фиг. 2, внутри внутренней трубы 8 конусы 2, расширяемые в радиальном направлении, могут быть установлены на центральной опоре 3 для обеспечения давления на компоненты 6 реактора и внутреннюю трубу 8 и толкания таких компонентов 6 к внешней трубе 4 во время работы реактора. Конусы 2, как представлено, расположены в обращенном вниз положении с маленьким верхним концом, расположенным ниже большего нижнего конца конуса. Маленький верхний конец конусов 2 может быть установлен с или без вкладыша для размещения центральной опоры 3. Большой нижний конец конуса 2 контактирует с внутренней трубой 8. На своем внешнем диаметре, внутренняя труба 8 контактирует с компонентами 6 реактора, например, покрытыми катализатором веерными разветвлениями, как представлено. Так как конусы 2 толкают наружу против внутренней трубы 8, внутренняя труба 8 может быть в постоянном контакте с компонентами 6 реактора для предотвращения или устранения зазора между внутренним диаметром компонентов 6 реактора и внешним диаметром внутренней трубы 8. Уменьшение или устранение всякого зазора между внутренним диаметром компонентов реактора и внешним диаметром внутренней трубы увеличивает количество текучей среды, которая направляется к внешнему участку реактора близко к стенке трубы 4 реактора, что может увеличить теплообмен и эффективность реактора.

[0028] Ряд конусов 2 и грузов 1 расширения могут быть использованы для содействия расширению компонентов 6 реактора относительно внешней трубы 4. Как представлено, чередующиеся грузы 1 расширения и конусы 2 могут быть скользяще установлены друг над другом на центральной опоре 3 так, что каждый груз 1 расширения находится выше и в контакте с конусом 2, где сила тяжести позволяет грузу 1 расширения толкать на конус для его расширения. В этом устройстве грузы 1 расширения контактируют с внутренней поверхностью конусов 2 на или рядом с внутренним большим нижним концом конусов, где верхний конец обращенных вниз конусов, может контактировать с грузом расширения непосредственно внизу. Когда первый груз расширения, самый верхний, толкает на первый конус, самый верхний, первый конус расширяется радиально наружу к внутренней трубе 8, которая является также расширяемой в радиальном направлении. Когда первый конус расширяется, его общая высота уменьшается, когда диаметр его нижнего конца увеличивается. Когда конусы расширяются, конусы и грузы расширения скользят вниз по центральной опоре 3.

[0029] Расширяемое центральное устройство может дополнительно включать в себя блокирующее средство 12 для закрепления грузов 1 расширения и конусов 2 на месте. Блокирующее средство 12 может быть блокировочной гайкой, блокировочной кольцевой прокладкой, стопорным фитингом или подобным. Блокирующее средство 12 может быть расположено выше самого верхнего груза 1 расширения, как представлено на фиг. 2. Предпочтительно, блокирующее средство 12 может быть закреплено на центральной опоре 3, например, сжимающей силой или сваркой. Однажды закрепленное на центральной опоре 3, блокирующее средство 12 предотвращает самый верхний груз 1 расширения от перемещения вверх или в противоположном направлении от конусов 2. Для целей установки блокирующее средство может скользить по центральной опоре так, что оно устанавливается выше самого верхнего груза расширения. Когда грузы 1 расширения толкают и расширяют конусы, а возможно дополнительная сила прикладывается к грузам расширения для содействия расширению конуса, блокирующее средство 12 может быть закреплено на месте на или рядом с верхней поверхностью груза 1 расширения. Предпочтительно, блокирующее средство 12 находится в непосредственном контакте с самым верхним грузом расширения, когда конусы находятся в расширенном состоянии. Компоненты 6 реактора остаются в расширенном состоянии после того, как грузы 1 расширения предотвращены от скольжения вверх по центральной опоре 3 для отпускания конусов 2 обратно в сжатое состояние.

[0030] Как устроено, в чередующейся последовательности грузов 1 расширения и конусов, самый нижний конус 2 покоится на опорной плите 10, расположенной на центральной опоре 3. Опорная плита 10 закреплена и не скользит по центральной опоре 3. Таким образом, расширяемое центральное устройство реактора имеет закрепленный конец на опорной плите 10 и подвижный центральный участок, поскольку грузы расширения и конусы могут скользить по опоре 3. Закрепляющее блокирующее средство 12 непосредственно над самым верхним грузом 1 расширения ограничивает расширяемое центральное устройство и создает фиксированное или неподвижное расположение с минимальной или отсутствующей возможностью движения со скольжением.

[0031] Как описано выше, блокирующее средство 12 может быть закреплено на месте на центральной опоре 3 после того, как компоненты реактора подвинуты в радиальном направлении наружу расширяющимися конусами. Фиг. 2 иллюстрирует конусы 2, внутреннюю трубу 8 и компоненты 6 реактора в сжатом или не расширенном состоянии. В этом состоянии существенный зазор может быть виден между внутренней стенкой внешней трубы 4 и внешней диаметральной поверхностью компонентов 6 реактора. В отличии от этого, фиг. 3 иллюстрирует реактор по фиг. 2 в расширенном состоянии. Как представлено, компоненты 6 реактора расширены, и зазор отсутствует между внутренней стенкой внешней трубы 4 и внешней диаметральной поверхностью компонентов 6 реактора. Альтернативно, компоненты реактора могут быть расширены для создания небольшого зазора между внешней трубой 4 и компонентами 6.

[0032] Кроме того, как представлено на фиг.3, внутренняя труба 8 и конусы 2 находятся в расширенном состоянии. Внутренняя труба 8 имеет больший диаметр, обусловленный конусами 2, толкающими радиально наружу, где диаметр нижнего конца конусов 2, направленный вверх, также увеличен. Каждый расширенный конус 2 имеет уменьшенную высоту, которая позволяет грузам 1 расширения и конусам 2 скользить вниз по центральной опоре 3 во время расширения. Блокирующее средство 12 может быть закреплено на центральной опоре 3, как только конусы расширены, для блокировки компонентов 6 реактора на месте для работы реактора.

[0033] Во время работы температура может увеличиваться, и внешняя труба может сдвигаться или расширяться в радиальном направлении наружу от компонентов 6 реактора и образовывать зазор между внешней диаметральной поверхностью компонентов реактора и внешней трубой 4. Грузы 1 расширения могут скользить вниз вдоль центральной опоры 3 и расширять конусы 2 радиально относительно внутренней трубы 8 для проталкивания компонентов реактора наружу для уменьшения или устранения такого зазора. Когда грузы 1 расширения скользят вниз, зазор создается между блокирующим средством 12 и верхней поверхностью груза 1 расширения, а когда температура уменьшается, груз расширения может скользить вверх к блокирующему средству 12 по мере необходимости для обеспечения отвода назад.

[0034] Фиг. 4 представляет реактор, имеющий расширяемое центральное устройство с грузами 1 расширения, конусами 2 и центральной опорой 3. В отличие от фиг. 2 и 3, конусы 2 расположены в ряд с грузами 1 расширения, где конусы находятся в обращенном вверх положении. Верхний конец конусов указывает вверх так, что верхний конец конусов находится в контакте с грузом расширения, расположенным непосредственно выше. Грузы 1 расширения толкают вниз на верхний конец конусов 2 для содействия расширению конуса радиально наружу. Нижний конец самого нижнего конуса 2 в ряду конусов покоится на стопорной плите 10. На другом конце ряда блокирующее средство 12 установлено на самом верхнем грузе 1 расширения для предотвращения грузов от перемещения вверх по центральной опоре 3 в направлении от конусов.

[0035] Фиг. 5 представляет реактор или внешнюю трубу 4, имеющую компоненты 6 реактора, центрированные вокруг внутренней трубы 8, и расширяемое центральное устройство. Расширяемое центральное устройство имеет конусы 2, обращенные вверх, которые являются расширяемыми в радиальном направлении, и грузы 1 расширения над каждым конусом 2. Конусы 2 и грузы расширения установлены на центральной опоре 3 и способны скользить по центральной опоре. Маленький верхний конец конусов 2 может быть установлен с вкладышем 14 для размещения центральной опоры 3. Вкладыш 14 конструктивно поддерживает конус 2 и улучшает движение со скольжением по центральной опоре 3. Вкладыш 14 может быть цилиндром, имеющим отверстие для приема центральной опоры 3, аналогичное отверстию в верхнем конце конусов и грузах расширения. Большой нижний конец конуса 2 контактирует с внутренней трубой 8. Своим внешним диаметром внутренняя труба 3 контактирует с компонентами реактора, например, веерными разветвлениями 6.

[0036] Как представлено на фиг.5 блокирующее средство 12 может быть установлено над каждым грузом 1 расширения в ряду. Хотя это и не показано, различные грузы 1 расширения могут быть установлены над каждым конусом 2 в зависимости от требуемого веса, чтобы вызвать достаточное расширение для воздействия на компоненты 6 реактора в радиальном направлении наружу к внешней трубе 4. С блокирующим средством 12, расположенным над каждым грузом 1 расширения, или последовательности грузов в непосредственном контакте друг с другом, каждая комбинация одного или нескольких грузов 1 расширения и конуса 2 представляет собой изолированное расширяемое центральное устройство для подачи под давлением внутренней трубы 8 и компонентов 6 реактора наружу. Это изолированное устройство или ряд изолированных устройств расширяемых центральных частей могут приспосабливаться к изменениям в диаметре внешней трубы вдоль ее длины. Несколько изолированных расширяемых центральных устройств могут быть выбраны, по желанию, и могут зависеть от общей длины реактора и размеров.

[0037] Фиг. 6 представляет другой вариант осуществления расширяемого центрального устройства для реактора. Подобно вышеописанным чертежам, внешняя труба 4 вмещает компоненты 6 реактора, которые заполняют часть или все кольцевое пространство между наружной трубой 4 и расширяемой внутренней трубой 8. В центральной части реактора, ряд конусов 2 установленных в противостоящее положение вдоль длины центральной опоры 3, могут использоваться для содействия радиальному расширению компонентов реактора. Отдельные пары противостоящих конусов 2 или ряд пар противостоящих конусов, как представлено, могут быть использованы. Противостоящие пары конусов в ряду могут каждая быть установлена непосредственно на верхней части другой, где каждая пара контактирует с другой противостоящей парой или находящейся выше или ниже или обеими. В другом варианте осуществления другие элементы реактора могут отделять противостоящие пары, например, грузы расширения или кольцевые прокладки, для создания альтернативной конфигурации.

[0038] Для создания противостоящей пары конусов 2, обращенный вверх конус может быть установлен на верхней части обращенного вниз конуса так, что большие нижние концы каждого конуса обращены каждый друг к другу и одновременно контактируют с внутренней трубой 8. В альтернативе, противостоящая пара может быть создана расположением самого верхнего конуса в обращенном вниз положении над обращенным вверх конусом для того, чтобы два маленьких верхних конца конусов сталкивались друг с другом (не показано). Аналогично устройству, представленному на фиг. 5, каждая пара противостоящих конусов может иметь груз расширения, изолированный блокирующим средством 12, расположенный вдоль центральной опоры 3. Например, каждая пара противостоящих конусов может иметь собственный груз расширения, где блокирующее средство 12 расположено непосредственно над грузом для предотвращения его от перемещения от пары, поэтому постоянное давление или усилие приложено к паре конусов для содействия расширению.

[0039] Для расширения конусов 2, один или несколько грузов 1 расширения могут быть установлены выше пары противостоящих конусов или ряда пар, как представлено. Предпочтительно, груз 1 расширения находится в непосредственном контакте с самым верхним конусом противостоящей пары, например, самым верхним вверх обращенным конусом по фиг. 6. Когда груз 1 расширения скользит или перемещается вниз по центральной опоре 3, конусы 2 могут расширяться в радиальном направлении с внутренней трубой 8 для толкания против компонентов 6 реактора, расположенных вблизи внешней трубы 4. Аналогично с другими вариантами осуществления, блокирующее средство 12 может быть использовано на верхней части груза 1 расширения или ряда грузов для предотвращения грузов от скольжения вверх и приведения конусов 2 к сокращению или сжатию от расширенного состояния. Стопорная гайка или блокирующая гайка 16 может быть расположена ниже одной или нескольких пар противостоящих конусов для обеспечения неподвижного основания для стопки. Стопорная гайка 16 не является скользяще установленной на центральной опоре 3. Альтернативно, одна или несколько пар противостоящих конусов могут покоиться на стопорной плите 10, расположенной на или вблизи нижней части центральной опоры 3. Стопорная плита 10 может также функционировать для поддержания стопки компонентов 6 реактора, расположенных вокруг центральной опоры 3.

[0040] В то время как различные варианты осуществления в соответствии с настоящим изобретением были представлены и описаны, следует понимать, что изобретение не ограничено этим, и допускает многочисленные изменения и модификации, как известно специалистам в данной области техники. Таким образом, данное изобретение не ограничивается деталями, представленными и описанными здесь, и включает в себя все такие изменения и модификации, которые охватываются объемом прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в реакторах реформинга. Расширяющиеся центральные части для наращиваемых структурных реакторов, например реактора реформинга, может включать в себя конус, расширяемый в радиальном направлении, и груз расширения для содействия расширению конуса. Конус и груз расширения могут быть скользяще расположены на центральной опоре. Расширение конусов в радиальном направлении выдавливает компоненты реактора радиально наружу к внешней трубе, которая вмещает компоненты реактора и расширяемое центральное устройство. Расширение компонентов реактора к внешней трубе содействует нагреву для осуществления каталитических реакций, улучшения теплоотдачи и эффективности реактора. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Расширяемое центральное устройство для реактора, содержащее:

а) центральную опору;

b) конус, установленный на центральной опоре, при этом конус является расширяемым в радиальном направлении и является конусом, способным скользить по центральной опоре;

с) груз расширения, установленный на центральной опоре, при этом груз расширения располагается над конусом.

2. Расширяемое центральное устройство по п. 1, дополнительно содержащее блокирующее средство, установленное на центральной опоре.

3. Расширяемое центральное устройство по п. 2, в котором блокирующее средство расположено над грузом расширения, при этом блокирующее средство предотвращает перемещение груза расширения по центральной опоре в направлении от конуса.

4. Расширяемое центральное устройство по любому из пп. 1-3, в котором конус выполнен из гофрированной фольги или из штампованной детали из металла.

5. Расширяемое центральное устройство по любому из пп. 1-3, в котором груз расширения имеет центральное отверстие для размещения центральной опоры, при этом груз расширения выполнен с возможностью скольжения по центральной опоре.

6. Расширяемое центральное устройство по из пп. 1-3, в котором конус расположен в обращенном вниз положении так, что нижний конец конуса обращен к грузу расширения, а груз расширения находится в непосредственном контакте с конусом.

7. Расширяемое центральное устройство по п. 6, в котором груз расширения является цилиндром, имеющим внешний диаметр и центральное отверстие, при этом внешний диаметр груза расширения составляет по меньшей мере 50% от диаметра нижнего конца конуса.

8. Реактор, содержащий:

а) внешнюю трубу;

b) внутреннюю трубу, при этом внутренняя труба является расширяемой в радиальном направлении;

с) расширяемый носитель катализатора, установленный между внешней трубой и внутренней трубой, при этом расширяемый носитель катализатора занимает кольцевое пространство между внешней трубой и внутренней трубой;

d) конус, установленный внутри внутренней трубы, при этом конус является расширяемым в радиальном направлении, и

е) груз расширения, расположенный над конусом.

9. Реактор по п. 8, в котором груз находится в контакте с конусом.

10. Реактор по п. 8 или 9, дополнительно содержащий центральную опору, установленную внутри внутренней трубы так, что конус и груз расширения установлены с возможностью скольжения на центральной опоре.

11. Реактор по п. 8 или 9, в котором конус находится в контакте с внутренней трубой, а груз расширения находится в контакте с конусом.

12. Реактор по п. 10, дополнительно содержащий блокирующее средство, установленное на центральной опоре.

13. Реактор по п. 12, в котором блокирующее средство расположено над грузом расширения, при этом блокирующее средство предотвращает перемещение груза расширения по центральной опоре в направлении от конуса.

14. Реактор по п. 8, в котором расширяемая внутренняя труба образована из свернутых деталей из металла.

15. Реактор по п. 8, в котором конус изготовлен из гофрированной фольги или из штампованной детали из металла.