CH498044A - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff durch Umsetzung von Kohlenmonoxyd mit Wasserdampf - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff durch Umsetzung von Kohlenmonoxyd mit Wasserdampf
Es ist bekannt, bei der Herstellung von Wasserstoff durch Umsetzung von Kohlenmonoxyd mit Wasserdampf in Gegenwart von Katalysatoren bei normalem oder erhöhtem Druck in zwei oder mehr Stufen zu arbeiten.



  Die Umsetzung, auch CO-Konvertierung genannt, wird zumeist in vertikalen, zylindrischen Reaktionsöfen ausgeführt, da aus diesen der Katalysator leichter entfernt werden kann als aus den gleichfalls bekannten horizontal angeordneten Öfen. Besonders bewährt hat sich für die CO-Konvertierung der sog. Ringofen, bei dem die Umsetzung in einem vertikalen, zylindrischen Reaktionsraum, in dem der Katalysator in einer oder mehreren vertikalen, ebenfalls zylindrischen, Schichten angeordnet ist. Der Reaktionsraum ist zumeist in zwei übereinanderliegende Teilräume durch einen horizontalen, etwa in der Mitte der Höhe des gesamten Reaktionsraums befindlichen Boden aufgeteilt. Von besonderer Bedeutung ist bei diesem Verfahren die Übertragung des Wärmeinhalts des konvertierten bzw. teilkonvertierten Gases auf das zu konvertierende Frischgas zur Vorwärmung desselben.



  Man verwendet hierfür Wärmeaustauscher meistens mit einem sogenannten Kühler-Sättiger-System, in welchem das konvertierte bzw. teilkonvertierte Gas einen Teil seines Wärme- und Wasserdampfgehalts an Wasser abgibt, mit dem das Gas in einem Rieselkühler in unmittelbare Berührung gebracht wird, und in einem Sättiger, in dem das Frischgas mit dem vom Kühler kommenden heissen Umlaufwasser berieselt wird. Bei diesem Verfahren wird das die erste Katalysatorschicht verlassende teilkonvertierte Gas aus dem Reaktionsofen herausgeleitet und ganz oder teilweise durch einen Zwischenwärmeaustauscher geführt, bevor es in die zweite Katalysatorschicht des   Reaktionsofens    zurückgelangt.



   Diese Arbeitsweise hat den Nachteil, dass in den ausserhalb des Reaktors gelegenen Wärmeaustauschern ein erhöhter Druck- und Wärmeverlust entsteht. Die Wand des Reaktors und die Rohrleitungen befinden sich auf einer hohen Temperatur und müssen daher innen isoliert oder aus hochlegierten Stählen gefertigt werden.



   Es wurde nun gefunden, dass man diese Nachteile vermeidet, wenn man die umzusetzenden Gase zunächst im oberen Teil des Reaktionsraums in einen durch den Einbau einer vertikalen, zylindrischen Katalysatorschicht gebildeten Innenhohlraum leitet, von dort horizontal von innen nach aussen durch die zylinderförmige Katalysatorschicht hindurchführt, kühlt, in dem zwischen der Wand des Reaktionsraums und der Katalysatorschicht gebildeten zylindrischen Aussenhohlraum sammelt und über Schikanen oder Prallbleche zur guten Durchmischung der Gase in die nächste Umsetzungsstufe im unteren Teil des Reaktionsraums führt.



   Ein derartiges Verfahren wahrt die Vorteile der bisher bekannten Arbeitsweise mit querdurchströmtem Katalysatorringraum, vereinfacht aber durch die Wandkühlung bei erheblich herabgesetzter Beanspruchung der Reaktorwand die Bauweise des Reaktors hinsichtlich Material und Wanddicke. Auch bei dieser Arbeitsweise ist ein rascher und vereinfachter Katalysatorwechsel möglich, indem zwischen oberer und unterer Katalysatorschicht eine Verbindung durch geeignete Ablaufvorrichtungen geschaffen wird.



   Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist in der Abbildung wiedergegeben. Die Vorrichtung besteht aus einem vertikalen, zylindrischen Reaktionsofen, in welchem der Katalysator in einer konzentrischen, vertikalen, zylindrischen Schicht angeordnet ist. Der Reaktionsraum ist ausserdem horizontal in zwei übereinanderliegende Teilräume aufgeteilt. Ein besonderes Kennzeichen dieser Vorrichtung ist ein zylindrischer Innenhohlraum 1 und ein ringförmiger Aussenhohlraum 3, die durch den Einbau der Katalysatorschicht 2 gebildet werden, wobei im oberen Teilraum A die umzusetzenden Gase vom Innenhohlraum her in horizontaler Richtung die Katalysatorschicht durchwandern müssen, bevor sie in den Aussenhohlraum gelangen und eine Kühleinrichtung 4 im oberen Teilraum A.



  durch die die Gase abgekühlt werden, bevor sie über geeignete Schikanen und Prallbleche 5, die am Boden  6 dieses Teilraums angeordnet sind, in den Aussenhohlraum des unteren Teilraums B gelangen.



   Die Kühleinrichtung bei dieser Arbeitsweise, z.B.



  Kühlschlangen, kann sowohl an der Innenwand des Reaktors als auch im Innenhohlraum 1 angeordnet sein.



  Man kann aber auch die Kühlschlangen innerhalb der Katalysatorschicht, z.B. in dem äusseren, nach dem ringförmigen Aussenhohlraum zu gelegenen Teil, anordnen. Vorteile dieser Wand- und Innenkühlung gegenüber der bisher üblichen Aussenkühlung der konvertierten bzw. teilkonvertierten Gase in einem ausserhalb des Reaktors gelegenen Zwischenwärmeaustauscher sind: Niedrige Wärme- und Druckverluste sowie vereinfachte apparative Ausgestaltung. Auch auf die bisher erforderliche   Verwendung    hochlegierter Stähle für den Bau der Reaktorwand und der Rohrleitungen bzw. die ansonsten erforderliche Innenisolierung dieser Teile kann verzichtet werden.



   Die Katalysatorschicht kann im oberen wie im unteren Teil des Reaktors in zweckmässiger Weise so angeordnet werden, dass der ringförmige Aussenhohlraum 3, in den die Gase aus der Katalysatorschicht eintreten, an seiner oberen Seite durch eine Verbreiterung der Katalysatorschicht 7 abgeschlossen wird, so dass kein Gaskurzschluss auftreten kann. Die beiden Katalysatorschichten sind gasdicht voneinander getrennt, wobei die Reaktionsgase nach der ersten Schicht, bereits gekühlt, über die am Boden 6 des oberen Teilraums angeordneten Schikanen bzw. Prallbleche, die eine gute Durchmischung und Wärmeausgleich bewirken, in den darunter gelegenen Teil des Reaktors, vorzugsweise in dessen Aussenhohlraum 3, gelangen.



   Die einfachste und vorteilhafteste Verfahrensführung sieht vor, dass die zu konvertierenden Gase aus dem Aussenhohlraum des oberen Teilraums A ohne Umweg direkt in den Aussenhohlraum des unteren Teilraums B und von dort in den Innenhohlraum strömen. Man kann die Katalysatorschichten sowohl im oberen Teil des Reaktors als auch in dessen unteren Teil in der Strömungsrichtung in Unterschichten mit Katalysatoren verschiedener Zusammensetzung, verschiedener Korngrösse oder Formgebung unterteilen.



   Der Reaktor kann für die beiden übereinander angeordneten Katalysatorschichten mit Einrichtungen zum leichteren Füllen und Entleeren des Katalysators versehen werden, z.B. indem man die Katalysatorschichten durch zwei Rohrsysteme verbindet, von denen eines vom Boden der oberen Katalysatorschicht in die darunterliegende frei endend hineinragt, und das andere von der Decke der tieferliegenden Katalysatorschicht in die dar überliegende Katalysatorschicht frei endend hineinragt.

 

   Das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung können bei der Herstellung von Wasserstoff bei normalem oder erhöhtem Druck, z.B. bei einem Druck von 1 bis 150 at, und bei niedriger oder erhöhter Temperatur, z.B. bei 160 bis   300ob,    d.h. der sogenannten Tieftemperatur-Konvertierung, und bei Temperaturen von 300 bis 6000C, d.h. der sogenannnten Hochtemperatur-Konvertierung, angewandt werden. Auch im Hinblick auf die Herkunft der zu konvertierenden Gase ist das erfindungsgemässe Verfahren allgemein anwendbar und es gelten im übrigen die an sich für die CO-Konvertierung bekannten Bedingungen bezüglich Dampf/Gas-Verhältnisse, Druck und   Temperaturgefälle    sowie Umsatz. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   I. Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff durch Umsetzung von Kohlenmonoxyd mit Wasserdampf in Gegenwart von Katalysatoren bei normalem oder erhöhtem Druck in zwei Stufen in einem vertikalen, zylindrischen Reaktionsraum, in dem der Katalysator in einer vertikalen, ebenfalls zylindrischen Schicht angeordnet ist und der in zwei übereinanderliegende Teilräume aufgeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass man die umzusetzenden Gase zunächst im oberen Teil des Reaktionsraums in den durch den Einbau der vertikalen, zylindrischen Katalysatorschicht gebildeten Innenhohlraum leitet, von dort horizontal von innen nach aussen durch die zylinderförmige Katalysatorschicht hindurchführt, kühlt,

   in dem zwischen der Wand des Reaktionsraums und der Katalysatorschicht gebildeten zylindrischen Aussenhohlraum sammelt und über Schikanen oder Prallbleche zur guten Durchmischung der Gase in die nächste Umsetzungsstufe im unteren Teil des Reaktionsraums führt.

   II. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, bestehend aus einem vertikalen, zylindrischen Reaktionsofen, in dem die Katalysatoren in einer konzentrischen, vertikalen, zylindrischen Schicht angeordnet sind und der horizontal in zwei übereinanderliegende Teilräume aufgeteilt ist, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Innenhohlraum (1) und einen ringförmigen Aussenhohlraum (3), die durch den Einbau der Katalysatorschicht (2) gebildet werden, wobei im oberen Teilraum (A) die umzusetzenden Gase vom Innenhohlraum her in horizontaler Richtung die Katalysatorschicht durchwandern müssen, bevor sie in den Aussenhohlraum gelangen, und eine Kühleinrichtung (4) im oberen Teilraum (A), durch die die Gase abgekühlt werden, bevor sie über geeignete Schikanen (5), die am Boden (6) dieses Teilraums angeordnet sind, in den Aussenhohlraum des unteren Teilraums (B) gelangen.