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DE10151787A1 - Wärmetauscheranordnung - Google Patents

Wärmetauscheranordnung

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DE10151787A1
DE10151787A1 DE10151787A DE10151787A DE10151787A1 DE 10151787 A1 DE10151787 A1 DE 10151787A1 DE 10151787 A DE10151787 A DE 10151787A DE 10151787 A DE10151787 A DE 10151787A DE 10151787 A1 DE10151787 A1 DE 10151787A1
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DE
Germany
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heat exchanger
heated
fluid
flow path
central axis
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DE10151787A
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English (en)
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DE10151787C2 (de
Inventor
Norbert Wiesheu
Andreas Docter
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Publication date
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Priority to FR0212905A priority patent/FR2831155B1/fr
Priority to US10/274,089 priority patent/US6719041B2/en
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Abstract

Es wird eine Wärmetauscheranordnung vorgeschlagen für eine Vorrichtung mit einer Reaktionszone (2; 20), der mindestens zwei miteinander reagierende Fluide zugeführt werden, wobei sich die Reaktionszone (2; 20) auf einem höheren Temperaturniveau befindet als die Umgebung der Vorrichtung und zumindest eines der Fluide durch die aus der Reaktionszone (2; 20) abströmenden Reaktionsprodukte aufgeheizt wird. Die Wärmetauscheranordnung umfasst Rohrleitungen (6) für die abströmenden Reaktionsprodukte, wobei die Rohrleitungen (6) zumindest in einem Rohrleitungsabschnitt im Wesentlichen parallel zu einer gemeinsamen Mittelachse angeordnet sind und durch den Strömungspfad des aufzuheizenden Fluids geführt sind. DOLLAR A Um eine effiziente Wärmetauschung und damit auch eine effiziente Abkühlung der abströmenden Reaktionsprodukte bei einer kurzen Verweilzeit der Reaktionsprodukte in der Wärmetauscheranordnung zu ermöglichen, sind erfindungsgemäß zumindest Abschnitte des Strömungspfads wendelartig oder spiralartig um die Mittelachse der Rohrleitungsanordnung gekrümmt, so dass das aufzuheizende Fluid die Rohrleitungen (6) mit den abströmenden Reaktionsprodukten im Wesentlichen senkrecht an- und umströmt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscheranordnung für eine Vorrichtung mit einer Reaktionszone, der mindestens zwei miteinander reagierende Fluide zugeführt werden. Die Reaktionszone befindet sich auf einem höheren Temperaturniveau als die Umgebung der Vorrichtung, und zumindest eines der Fluide wird durch die aus der Reaktionszone abströmenden Reaktionsprodukte aufgeheizt. Die Wärmetauscheranordnung umfasst Rohrleitungen für die abströmenden Reaktionsprodukte. Diese Rohrleitungen sind zumindest in einem Rohrleitungsabschnitt im wesentlichen parallel zu einer gemeinsamen Mittelachse angeordnet und durch den Strömungspfad des aufzuheizenden Fluids geführt.
  • Wärmetauscheranordnungen dieser Art werden beispielsweise im Rahmen von Systemen eingesetzt, mit denen aus flüssigen Kohlenwasserstoffen ein wasserstoffreiches Gas erzeugt wird. Die katalytische Umsetzung von flüssigen Kohlenwasserstoffen in ein wasserstoffreiches Gas, das sogenannte Reformatgas, erfolgt in mehreren hintereinandergeschalteten Schritten, der eigentlichen Reformierung und einer nachgeschalteten gestuften Shiftreaktion. Bei der Reformierung werden die Kohlenwasserstoffe entsprechend dem thermodynamischen Gleichgewicht in H2, CO und CO2 aufgespalten. Bei der nachgeschalteten Shiftreaktion wird CO mit H2O katalytisch in CO2 und H2 umgewandelt.
  • Die einzelnen Reaktionen einer solchen autothermen Reformierung laufen auf unterschiedlichen Temperaturniveaus ab, die auch auf die jeweils eingesetzten Katalysatoren abgestimmt sind. So erfolgt die eigentliche Reformierung bei ca. 800-900°C, ein Hochtemperaturshift bei ca. 400°C und ein Niedertemperaturshift bei ca. 200°C. Um einen möglichst hohen Systemwirkungsgrad zu erreichen, wird die Wärme des Reformatgases ins System rückgekoppelt und mit Hilfe einer Wärmetauscheranordnung zum Vorwärmen der für die autotherme Reformierung erforderlichen Edukte genutzt.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift 197 27 841 ist eine derartige Wärmetauscheranordnung bekannt, die als Gegenstromwärmetauscher ausgeführt ist. Der Wärmetauscher besteht hier im wesentlichen aus einzelnen Schalen, die durch konzentrisch um die Reaktionszone angeordnete Rohre gebildet werden. Luft, Sauerstoff, Wasserdampf und ggf. Wasser werden dem Reaktionsraum über einzelne Ringspalte zwischen den Schalen von außen nach innen zugeführt, während das Reformatgas im Gegenstrom und Wärmetausch über angrenzende Ringspalte von innen nach außen geführt wird. Dadurch werden die Wärmeverluste nach außen minimiert. Die Energieübertragung bei dieser Wärmetauscheranordnung beruht im wesentlichen auf Wärmestrahlung. Aufgrund der Strömungsquerschnitte werden nur geringe Strömungsgeschwindigkeiten und somit schlechte Wärmeübergänge erreicht, so dass eine Energieübertragung durch Konvektion hier nur wenig zum Tragen kommt.
  • In der US-Patentschrift 3,955,941 wird eine andere Wärmetauscheranordnung beschrieben, bei der ausgenutzt wird, dass der Wärmeübergang am quer angeströmten Rohr sehr effizient ist. Es handelt sich hier um einen sogenannten Rohrbündelwärmetauscher, bei dem das Reformatgas über parallel zueinander angeordnete Rohre aus, der Reaktionszone geleitet wird. Die für die Reformierung erforderliche Luft strömt zwischen den Rohren hindurch in die Reaktionszone und wird dabei vorgewärmt. Der Luftstrom wird dazu mit Hilfe von Umlenkblechen möglichst senkrecht auf die Rohre gelenkt. Dies ist in jedem Fall mit einem Druckverlust verbunden, der je nach Ausführung der Umlenkbleche mehr oder weniger stark ist.
  • In der Praxis kann beim Abkühlen des Reformatgases die Boudouard-Reaktion auftreten, bei der CO in CO2 und elementaren Kohlenstoff umgewandelt wird. Diese Reaktion ist temperaturabhängig und wird wie folgt beschrieben:

    CO2 + C ↔ 2 CO
  • Der elementare Kohlenstoff setzt sich als Ruß ab und kann dann nicht mehr zur H2-Erzeugung genutzt werden. Dies führt nicht nur zu einer Verminderung des Systemwirkungsgrads sondern auch zu einer unerwünschten Verschmutzung der Vorrichtung. Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten der Boudouard-Reaktion nimmt mit der Verweilzeit des strömenden Gases im Wärmetauscher und mit steigender Temperatur zu. Es ist also darauf zu achten, dass das Reformatgas nach dem Reformierungsschritt nicht zu langsam abkühlt.
  • Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Wärmetauscheranordnung ermöglicht eine effiziente Wärmetauschung und damit auch eine effiziente Abkühlung der abströmenden Reaktionsprodukte, wie z. B. des Reformatgases, bei einer kurzen Verweilzeit der Reaktionsprodukte in der Wärmetauscheranordnung. Dazu sind zumindest Abschnitte des Strömungspfads des aufzuheizenden Fluids wendelartig oder spiralartig um die Mittelachse der Rohrleitungsanordnung gekrümmt, so dass das aufzuheizende Fluid die Rohrleitungen mit den abströmenden Reaktionsprodukten im wesentlichen senkrecht an- und umströmt.
  • Die effiziente Abkühlung der Reaktionsprodukte ist darauf zurückzuführen, dass durch die erfindungsgemäßen konstruktiven Maßnahmen alle hier für die Wärmeübertragung zur Verfügung stehenden Wärmeübergangsmechanismen, nämlich Strahlung, Konvektion und Wärmeleitung, genutzt werden. So ermöglicht die erfindungsgemäße Wärmetauscheranordnung beispielsweise eine direkte Strahlungswärmeübertragung von den abströmenden Reaktionsprodukten auf das aufzuheizende Fluid. Deshalb können für die abströmenden Reaktionsprodukte auch Rohrleitungen mit relativ kleinem Strömungsquerschnitt eingesetzt werden, die eine entsprechend hohe Strömungsgeschwindigkeit und damit eine geringe Verweildauer der Reaktionsprodukte in der Wärmetauscheranordnung bedingen. Da in diesem Fall auch die Druckbeanspruchung auf der Heißgasseite relativ gering ist, kann bei der Realisierung der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung auf kostengünstigere Materialien zurückgegriffen werden. Schließlich sei noch als vorteilhaft erwähnt, dass sich die erfindungsgemäße Wärmetauscheranordnung in sehr kompakter Bauweise realisieren lässt.
  • In einer vorteilhaften Variante der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung ist der Strömungsquerschnitt im gesamten Strömungspfad des aufzuheizenden Fluids im wesentlichen konstant. In diesem Fall ist der Wärmeübergang zwischen den abströmenden Reaktionsprodukten und dem aufzuheizenden Fluid besonders effizient.
  • Um eine möglichst gute Anströmung der Rohrleitungen für die abströmenden Reaktionsprodukte und damit eine möglichst gute Wärmeübertragung auf das aufzuheizende Fluid zu erreichen, erweist es sich als vorteilhaft, die Rohrleitungen gegeneinander versetzt im Strömungspfad des aufzuheizenden Fluids anzuordnen.
  • In einer vorteilhaften Variante der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung, die sich durch eine besonders kompakte Bauweise und gute Wärmetauschung auszeichnet, ist der Strömungspfad des aufzuheizenden Fluids hinsichtlich der Mittelachse der Rohrleitungsanordnung so ausgelegt, dass das aufzuheizende Fluid mindestens etnmal von außen nach innen und/oder von innen nach außen geführt wird. Im Fall eines wendelartig gekrümmten Strömungspfads kann das Fluid beispielsweise zunächst im äußeren Bereich der Rohrleitungsanordnung wendelartig um die Rohrleitungen nach oben geführt werden, um danach im inneren Bereich der Rohrleitungsanordnung wendelartig um die Rohrleitungen nach unten geführt und in die Reaktionszone eingeleitet zu werden. Im Fall eines spiralförmig gekrümmten Strömungspfads kann das Fluid beispielsweise am oberen Ende der Rohrleitungsanordnung spiralförmig um die Rohrleitungen von außen nach innen geführt werden, um danach auf einem niedrigeren Niveau der Rohrleitungsanordnung wieder von innen nach außen geführt zu werden und so fort, bis das Fluid am unteren Ende der Rohrleitungsanordnung angelangt ist und in die Reaktionszone geleitet wird.
  • Grundsätzlich gibt es unterschiedliche Möglichkeiten für die konstruktive Realisierung der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung. Ist die Rohrleitungsanordnung in einem Gehäuse angeordnet, so erweist sich eine Schalenbauweise als vorteilhaft, bei der der Strömungspfad für das aufzuheizende Fluid durch mindestens eine Trennwandung im Gehäuse begrenzt wird, die im wesentlichen parallel zur Mittelachse der Rohrleitungsanordnung orientiert ist und um die Mittelachse gekrümmt ist. Die Trennwandungen für einen wendelartig gekrümmten Strömungspfad können einfach durch Rohre mit unterschiedlichen Durchmessern gebildet werden, die konzentrisch um die Mittelachse angeordnet sind. Der Strömungspfad für das aufzuheizende Fluid wird dann außerdem noch durch Trennböden begrenzt, die wendelartig ausgebildet und zwischen den Trennwandungen angeordnet sind. Die Trennwandung für einen spiralartig gekrümmten Strömungspfad ist spiralartig um die Mittelachse gekrümmt. Der Strömungspfad für das aufzuheizende Fluid wird dann außerdem noch durch im wesentlichen senkrecht zur Mittelachse der Rohrleitungsanordnung orientierte Trennböden begrenzt.
  • Wie bereits voranstehend ausführlich erörtert, gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen verwiesen.
  • Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Wärmetauscheranordnung,
  • Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Wärmetauscheranordnung und
  • Fig. 3 zeigt einen Querschnitt entlang der Schnittebene E-E durch die in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Wärmetauscheranordnung.
  • Die nachfolgend beispielhaft beschriebenen erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnungen sind jeweils in Verbindung mit einer Vorrichtung zur autothermen Reformierung von flüssigen Kohlenwasserstoffen dargestellt. An dieser Stelle sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Wärmetauscheranordnung grundsätzlich in Verbindung mit allen Vorrichtungen eingesetzt werden kann, die eine Reaktionszone umfassen, der mindestens zwei miteinander reagierende Fluide zugeführt werden, wenn sich die Reaktionszone auf einem höheren Temperaturniveau befindet als die Umgebung der Vorrichtung und zumindest eines der Fluide durch die aus der Reaktionszone abströmenden Reaktionsprodukte aufgeheizt werden soll. Es versteht sich, dass die gezeigte Wärmetauscheranordnung einen Wärmeübertrager darstellt, der der gezielten Zustandsänderung von Fluiden wie z. B. Kühlen und Erwärmen dient und somit über Abwärmenutzung ermöglicht Prozesse wirtschaftlicher werden zu lassen.
  • Die Reaktionszone 2 ist bei der in Fig. 1 dargestellten Variante mittig in einem Gehäuse 1 positioniert. In der Reaktionszone 2 herrscht eine Temperatur von ca. 800°C. Am oberen Ende der Reaktionszone 2 ist eine Gemischaufbereitungszone 3 angeordnet, über die der Reaktionszone 2 die umzusetzenden Kohlenwasserstoffe 4 sowie ein Luft-/Dampfgemisch 5 zugeführt werden. Das Reformatgas tritt mit einer Temperatur von ca. 800°C am unteren Ende der Reaktionszone 2 aus und wird durch mehrere parallel geschaltete Rohrleitungen 6 abgeleitet. Die Rohrleitungen 6 sind rund um die Reaktionszone 2 achssymmetrisch zu dieser angeordnet. Jede der Rohrleitungen 6 ist vom unteren Ende der Reaktionszone 2 zum oberen Ende der Reaktionszone 2 und wieder zurück geführt. Dazu sind die Rohrleitungen 6 am oberen Ende der Reaktionszone 2 um 180° radial nach außen gebogen, so dass jede Rohrleitung 6 zwei im wesentlichen parallel zur Reaktionszone 2 angeordnete Abschnitte umfasst, nämlich einen inneren und einen äußern Abschnitt. Am unteren Ende der Reaktionszone 2 münden die Rohrleitungen 6 schließlich in einen gemeinsamen Ringkanal 7. Dieser ist an eine Auslassöffnung 8 des Gehäuses 1 angeschlossen, aus der das abgekühlte Reformatgas ausströmt. Die Strömungsrichtung des Reformatgases wird hier durch den Pfeil 9 wiedergegeben.
  • Die Rohrleitungen 6 sind durch den Strömungspfad des aufzuheizenden Fluids, hier des Luft-/Dampfgemischs 5, geführt. Dazu ist der Strömungspfad in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel erfindungsgemäß wendelartig um die Mittelachse der Rohrleitungsanordnung gekrümmt, so dass das Luft-/Dampfgemisch 5 die Rohrleitungen 6 mit dem abströmenden Reformatgas im wesentlichen senkrecht an- und umströmt.
  • Der Strömungspfad für das Luft-/Dampfgemisch 5 wird hier zum einen durch zwei Trennwandungen 11 und 12 definiert und zum anderen durch Trennböden 13 und 14. Als Trennwandungen dienen zwei Rohre 11 und 12 mit unterschiedlichem Durchmesser, die konzentrisch zur Mittelachse der Reaktionszone 2 und damit auch der Rohrleitungsanordnung angeordnet sind. So ist das Rohr 11 zwischen der Reaktionszone 2 und den inneren Abschnitten der Rohrleitungen 6 positioniert und das Rohr 12 zwischen den beiden parallel verlaufenden inneren und äußeren Abschnitten der Rohrleitungen 6. Die Trennböden 13 und 14 sind wendelartig ausgebildet und zwischen den Rohren 11 und 12 sowie zwischen dem Rohr 12 und der Gehäusewandung 1 angeordnet. Die Rohrleitungen 6 sind durch die Trennböden 13 und 14 geführt.
  • Das Luft-/Dampfgemisch 5 wird über eine Einlassöffnung 15 im unteren Bereich der Gehäusewandung 1 in den Raum zwischen der Gehäusewandung 1 und dem Rohr 12 eingeleitet und strömt dort aufgrund der Neigung der Trennböden 14 wendelartig nach oben.
  • Am oberen Ende des Gehäuses 1 wird die Strömung des Luft-/ Dampfgemischs 5 dann in den Raum zwischen den Rohren 11 und 12 geleitet, wo sie wendelartig nach unten geführt wird. Um eine Strömungsumkehr zu vermeiden, sind die Trennböden 13 und 14 in entgegengesetzten Richtungen geneigt. Das Luft-/Dampfgemisch 5 wird dann über eine Öffnung 16 im inneren Rohr 11 in den Raum 17 zwischen dem inneren Rohr 11 und der Reaktionszone 2 geleitet, wo es wieder nach oben zur Gemischaufbereitungszone 3 strömt. Über die Gemischaufbereitungszone 3 wird das nun schon vorgeheizte Luft-/Dampfgemisch 5 dann in die Reaktionszone 2 eingeleitet.
  • Aufgrund des relativ geringen Strömungsquerschnitts der Rohrleitungen 6 wird das abströmende Reformatgas mit hoher Strömungsgeschwindigkeit abgeleitet. Um einen möglichst guten Wärmeübergang zu erreichen, wird das aufzuheizende Luft-/Dampfgemisch 5 wendelartig um die Rohrleitungen 6 herumgeleitet, so dass die Rohrleitungen 6 quasi quer angeströmt werden. Die entsprechend hohe Strömungsgeschwindigkeit des Luft-/Dampfgemischs resultiert aus der Aussparung der Steigung des Strömungspfads, d. h. dem Strömungsquerschnitt, vergleichbar einem Schraubengewinde. Auf diese Weise nutzt die hier beschriebene, erfindungsgemäße Wärmetauscheranordnung neben der Konvektion auch die Wärmestrahlung zur Wärmeübertragung. Da die einzelnen Rohrleitungen nicht im Strahlungsfeld der jeweils anderen Rohrleitungen liegen, wirkt die Wärmestrahlung bei diesem Konzept nur auf das zu erwärmende Luft-/Dampfgemisch. Außerdem weist die vorab beschriebene Variante einer erfindungsgemäßen Wärmetauschereinrichtung eine besonders kompakte Bauform auf. Durch das Schalenkonzept mit den beiden ineinander geschobenen Wendeln kann die Baulänge der Wärmetauscheranordnung quasi halbiert werden, da auf diese Weise die Wegstrecke der Wärmetauschung ineinander geschoben wird.
  • Die Reaktionszone 20 für die autotherme Reformierung der Kohlenwasserstoffe ist bei der in Fig. 2 dargestellten Variante unterhalb der eigentlichen Wärmetauscheranordnung positioniert und deshalb nicht eigens dargestellt. Die Wärmetauscheranordnung befindet sich in einem eigenen Gehäuseteil 21. Das Reformatgas tritt mit einer Temperatur von ca. 800°C, was in etwa der in der Reaktionszone 20 herrschenden Temperatur entspricht, aus der Reaktionszone 20 aus und wird durch mehrere parallel geschaltete und parallel zueinander in dem Gehäuseteil 21 angeordnete Rohrleitungen 22 abgeleitet. Die spiralförmige Anordnung der Rohrleitungen 22 um eine gemeinsame Mittelachse wird durch die Querschnittdarstellung der Fig. 3 verdeutlicht. Am oberen Ende der Rohrleitungsanordnung münden die Rohrleitungen 22 in die Reaktionszone für die nachgeschaltete Shiftreaktion, die auf einem Temperaturniveau von ca. 400°C bzw. ca. 200°C abläuft.
  • Wie bei der in Fig. 1 dargestellten Variante sind auch hier die Rohrleitungen 22 durch den Strömungspfad des aufzuheizenden Luft-/Dampfgemischs geführt. Dazu ist der Strömungspfad in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel allerdings spiralartig um die Mittelachse der Rohrleitungsanordnung gekrümmt, so dass das Luft-/Dampfgemisch die Rohrleitungen 22 mit dem abströmenden Reformatgas auch hier wieder im wesentlichen senkrecht an- und umströmt.
  • Der Strömungspfad für das Luft-/Dampfgemisch wird hier zum einen durch eine spiralartig um die Mittelachse der Rohrleitungsanordnung gekrümmte Trennwandung 23 definiert, was wiederum durch Fig. 3 veranschaulicht wird. Zum anderen wird der Strömungspfad für das Luft-/Dampfgemisch durch drei Trennböden 24, 25 und 26 begrenzt, die im wesentlichen horizontal im Gehäuseteil 21 angeordnet sind. Die Rohrleitungen 22 sind durch die Trennböden 24 bis 26 geführt.
  • Das Luft-/Dampfgemisch wird über eine Einlassöffnung 27 im oberen Bereich des Gehäuseteils 21 in den Raum zwischen der Gehäusewandung und dem Trennboden 24 eingeleitet und strömt dort aufgrund der spiralartigen Krümmung der Trennwandung 23 spiralartig nach innen. Im Bereich der Mittelachse der Rohrleitungsanordnung befindet sich eine erste Öffnung im Trennboden 24 - hier nicht dargestellt -, über die das Luft-/Dampfgemisch in den Raum zwischen den Trennböden 24 und 25 strömt. Hier wird das Luft-/Dampfgemisch wieder spiralförmig nach außen geleitet, wo sich eine zweite Öffnung im Trennboden 25 befindet, die ebenfalls nicht dargestellt ist. Auf diese Weise strömt das Luft-/Dampfgemisch in den Raum zwischen den Trennböden 25 und 26 und dort wieder nach innen in Richtung der Mittelachse, wo sich eine dritte Öffnung im Trennboden 26 befindet. Schließlich strömt das Luft-/Dampfgemisch im Raum zwischen dem Trennboden 26 und der Gehäusewandung wieder nach außen und tritt aus einer Austrittsöffnung 28 im Gehäuseteil 21 aus. Das auf diese Weise vorgewärmte Luft-/Dampfgemisch kann nun der Reaktionszone 20 für die autotherme Reformierung zugeführt werden. Der voranstehend beschriebene Strömungspfad des Luft-/Dampfgemischs wird durch den Pfeil 29 veranschaulicht.
  • Wie bereits erwähnt, veranschaulicht die Querschnittsdarstellung der Fig. 3 die spiralartige Krümmung der Trennwandung 23 sowie die Anordnung der Rohrleitungen 22 in dem durch die Trennwandung 23 definierten Strömungspfad des Luft- /Dampfgemischs. In diesem Zusammenhang sei noch darauf hingewiesen, dass der Strömungsquerschnitt im gesamten Strömungspfad des Luft-/Dampfgemischs im wesentlichen konstant ist, was einen sehr effizienten Wärmeübergang zwischen den Rohrleitungen 22 für das abströmende Reformatgas und dem Luft-/Dampfgemisch zur Folge hat. Außerdem sind bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Rohrleitungen 22 für das abströmende Reformatgas gegeneinander versetzt im Strömungspfad des aufzuheizenden Luft-/Dampfgemischs angeordnet, um die Anströmung der Rohrleitungen 22 zu optimieren. Bezugszeichen 1 Gehäuse/Gehäusewandung
    2 Reaktionszone
    3 Gemischaufbereitungszone
    4 Umzusetzende Kohlenwasserstoffe
    5 Luft-/Dampfgemisch
    6 Rohrleitung
    7 Ringkanal
    8 Auslassöffnung
    9 Pfeil (Reformatgas)
    10 -
    11 Trennwandung/Rohr (innen)
    12 Trennwandung/Rohr (außen)
    13 Trennboden (innen)
    14 Trennboden (außen)
    15 Einlassöffnung
    16 Öffnung
    17 Raum
    18 -
    19 -
    20 Reaktionszone
    21 Gehäuseteil
    22 Rohrleitung
    23 Trennwandung
    24 Trennboden
    25 Trennboden
    26 Trennboden
    27 Einlassöffnung
    28 Austrittsöffnung
    29 Pfeil (Strömungspfad-Luft-/Dampfgemisch)

Claims (8)

1. Wärmetauscheranordnung für eine Vorrichtung mit einer Reaktionszone (2; 20), der mindestens zwei miteinander reagierende Fluide zugeführt werden, wobei sich die Reaktionszone (2; 20) auf einem höheren Temperaturniveau befindet als die Umgebung der Vorrichtung und zumindest eines der Fluide durch die aus der Reaktionszone (2; 20) abströmenden Reaktionsprodukte aufgeheizt wird,
mit Rohrleitungen (6; 22) für die abströmenden Reaktionsprodukte, wobei die Rohrleitungen (6; 22) zumindest in einem Rohrleitungsabschnitt im wesentlichen parallel zu einer gemeinsamen Mittelachse angeordnet sind und durch den Strömungspfad des aufzuheizenden Fluids geführt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest
Abschnitte des Strömungspfads wendelartig oder spiralartig um die Mittelachse der Rohrleitungsanordnung gekrümmt sind, so dass das aufzuheizende Fluid die Rohrleitungen (6; 22) mit den abströmenden Reaktionsprodukten im wesentlichen senkrecht an- und umströmt.
2. Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt im gesamten Strömungspfad des aufzuheizenden Fluids im wesentlichen konstant ist.
3. Wärmetauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen (22) für die abströmenden Reaktionsprodukte gegeneinander versetzt im Strömungspfad des aufzuheizenden Fluids angeordnet sind.
4. Wärmetauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungspfad des aufzuheizenden Fluids hinsichtlich der Mittelachse der Rohrleitungsanordnung so ausgelegt ist, dass das aufzuheizende Fluid mindestens einmal von außen nach innen und/oder von innen nach außen geführt wird.
5. Wärmetauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Rohrleitungsanordnung in einem Gehäuse (1; 21) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungspfad für das aufzuheizende Fluid durch mindestens eine Trennwandung (11, 12; 23) im Gehäuse begrenzt wird, die im wesentlichen parallel zur Mittelachse der Rohrleitungsanordnung orientiert ist und um die Mittelachse gekrümmt ist.
6. Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungspfad für das aufzuheizende Fluid durch Trennböden (13, 14) begrenzt wird, die wendelartig ausgebildet und zwischen den Trennwandungen (11, 12) angeordnet sind.
7. Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungspfad für das aufzuheizende Fluid durch im wesentlichen senkrecht zur Mittelachse der Rohrleitungsanordnung orientierte Trennböden (24 bis 26) begrenzt wird.
8. Verwendung einer Wärmetauscheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 im Rahmen der autothermen Reformierung von Kohlenwasserstoffen.
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