DE102008039014A1 - Multi-stage reactor cascade for soot-free production of systhesegas - Google Patents

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur rußfreien Herstellung von Synthesegas aus kohlenwasserstoffhaltigem Einsatzgas und sauerstoffhaltigem Gas in einer mehrstufigen Kaskade, welche mindestens eine der Stufen katalytisches autothermes Reformieren und/oder katalytische partielle Oxidation aufweist, wobei jeder Stufe der Kaskade sauerstoffhaltiges Gas und kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzgas zugeführt wird, das jeweils zu wasserstoffhaltigem Prozessgas umgesetzt wird und in Reihe die gesamte nachfolgende Kaskade durchläuft. Alternativ handelt es sich um eine zweistufige Reihenschaltung enthaltend in der ersten Stufe einen allothermen Steam-Methan-Reformer, sowie in der zweiten Stufe einen katalytischen autothermen Reformer, wobei der zweiten Stufe das wasserstoffhaltige Prozessgas der ersten Stufe zugeleitet wird und zusätzlich kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzgas, Dampf und sauerstoffhaltiges Gas zugeführt wird, wobei der bilanzierbare H2-Strom einer Vorgängerstufe unter Bezug auf die Stöchiometrie der H2O-Bildung der Folgestufe bevorzugt den O2-Bedarf dieser Folgestufe kompensiert, maximal jedoch der 2fachen Menge der Bilanzgröße entspricht, und das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas und das sauerstoffhaltige Gas getrennt voneinander über Vorrichtungen, die auf unterschiedlichen Ebenen mit unterschiedlicher Ausrichtung in die letzte katalytische autotherme Reformierungsstufe ragen, zugeleitet werden, wobei das sauerstoffhaltige Gas über mindestens eine separate Zuführung ...A method and apparatus for soot-free production of synthesis gas from hydrocarbonaceous feed gas and oxygen-containing gas in a multi-stage cascade comprising at least one of catalytic autothermal reforming and / or catalytic partial oxidation, wherein each stage of the cascade is supplied with oxygen-containing gas and hydrocarbon feed gas, respectively converted to hydrogen-containing process gas and goes through in series the entire subsequent cascade. Alternatively, it is a two-stage series circuit comprising in the first stage an allothermal steam methane reformer, and in the second stage a catalytic autothermal reformer, wherein the second stage, the hydrogen-containing process gas of the first stage is fed and additionally hydrocarbon feed gas, steam and oxygen-containing gas is supplied, wherein the balanceable H2 stream of a preceding stage with respect to the stoichiometry of H2O formation of the next stage preferably compensates for the O2 requirement of this subsequent stage, but at most equal to twice the amount of balance size, and the hydrocarbon-containing feed gas and the oxygen-containing gas separated from each other via devices that protrude at different levels with different orientation in the last catalytic autothermal reforming stage, wherein the oxygen-containing gas via at least one separate feeder ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur großtechnischen Erzeugung von Synthesegasen für die Ammoniak-, Fischer-Tropsch-, Methanol- oder anderer Synthesen mittels einer mehrstufigen Reaktorkaskade, die es erlaubt, mit einem geringen Dampf-zu-Kohlenstoff-Verhältnis zu arbeiten, ohne dass es zur Schädigung der Katalysatoren durch Rußbildung kommt. Dabei umfasst die Kaskade mindestens eine der Stufen katalytisches Autothermes Reformieren und/oder katalytische partielle Oxidation, wobei jeder Stufe der Kaskade sauerstoffhaltiges Gas und kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzgas zugeführt wird, das jeweils zu wasserstoffhaltigem Prozessgas umgesetzt wird und in Reihe die gesamte nachfolgende Kaskade durchläuft. Alternativ umfasst die Kaskade eine zweistufige Reihenschaltung enthaltend in der ersten Stufe einen allothermen Steam-Methan-Reformer, sowie in der zweiten Stufe einen katalytischen Autothermen Reformer, wobei der zweiten Stufe das wasserstoffhaltige Prozessgas der ersten Stufe zugeleitet wird und zusätzlich kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzgas, Dampf und sauerstoffhaltiges Gas zugeführt wird, wobei der bilanzierbare H2-Strom einer Vorgängerstufe unter Bezug auf die Stöchiometrie der H2O-Bildung der Folgestufe bevorzugt den O2-Bedarf dieser Folgestufe kompensiert, maximal jedoch der 2fachen Menge der Bilanzgröße entspricht, und das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas und das sauerstoffhaltige Gas getrennt voneinander über Vorrichtungen, die auf unterschiedlichen Ebenen mit unterschiedlicher Ausrichtung in die letzte katalytische Autotherme Reformierungsstufe ragen, zugeleitet werden, wobei das sauerstoffhaltige Gas über mindestens eine separate Zuführung sekantial zum Mittelpunkt des kreisförmigen Reaktors über dem Katalysatorbett eingebracht wird, und das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas bevorzugt axial am Kopf des Reaktors zugeleitet wird. Gegenstand der Erfindung ist zudem die jeweilige Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a process for the large-scale production of synthesis gases for ammonia, Fischer-Tropsch, methanol or other syntheses by means of a multi-stage reactor cascade, which allows to work with a low steam-to-carbon ratio without it to damage the catalysts by soot formation comes. The cascade comprises at least one of the stages catalytic autothermal reforming and / or catalytic partial oxidation, wherein each stage of the cascade oxygen-containing gas and hydrocarbon feed gas is supplied, which is converted to hydrogen-containing process gas and in series through the entire subsequent cascade. Alternatively, the cascade comprises a two-stage series circuit comprising in the first stage an allothermal steam methane reformer, and in the second stage a catalytic autothermal reformer, wherein the second stage, the hydrogen-containing process gas of the first stage is fed and additionally hydrocarbon feed gas, steam and oxygen-containing Gas is supplied, wherein the balanceable H 2 stream of a preceding stage with respect to the stoichiometry of H 2 O formation of the next stage preferably compensates the O 2 requirement of this subsequent stage, but at most equal to twice the amount of balance size, and the hydrocarbon-containing feed gas and the oxygen-containing gas is supplied separately from one another via devices which protrude at different levels with different orientation in the last catalytic autothermal reforming stage, wherein the oxygen-containing gas via at least one separate feed secant to the M Is introduced the first point of the circular reactor above the catalyst bed, and the hydrocarbon-containing feed gas is preferably fed axially at the top of the reactor. The invention also relates to the respective device for carrying out such a method.

Eine Möglichkeit zur Erzeugung von Synthesegas aus Erdgas ist der Einsatz von Steam-Methan-Reformern. Dies sind Brennöfen, in denen Katalysatorgefüllte Röhren systematisch angeordnet sind. Die für die endotherme Reformierungsreaktion benötigte Wärme wird durch Brenner in den Öfen erzeugt.A Possibility to produce synthesis gas from natural gas the use of steam methane reformers. These are kilns, in which catalyst-filled tubes systematically are arranged. The for the endothermic reforming reaction needed heat is through burners in the ovens generated.

Eine weitere Möglichkeit zur Synthesegaserzeugung, bei der auf eine externe Wärmezuführung verzichtet werden kann, beruht auf der autothermen Spaltung des kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases mit sauerstoffhaltigem Gas und Dampf in einem Autothermen Reformer. Dies sind katalytische Reaktoren, die die Wärme der exothermen Kohlenwasserstoffverbrennung für die nachfolgende endotherme Reformierungsreaktion nutzen, so dass beide Reaktionen in einem einzigen kompakten Reaktor ablaufen.A another way to synthesis gas production, in the on an external heat supply can be dispensed with can, based on the autothermal cleavage of the hydrocarbon Feed gas with oxygen-containing gas and steam in an autothermal Reformer. These are catalytic reactors that heat the exothermic hydrocarbon combustion for the subsequent use endothermic reforming reaction, so that both reactions drain in a single compact reactor.

Nachteil der genannten Ausführungsformen ist die Gefahr der Rußbildung unter bestimmten Voraussetzungen, auf die nachfolgend detailliert eingegangen wird. Als Ursache der Rußbildung kann bei der partiellen Verbrennung von kohlenwasserstoffhaltigem Einsatzgas unter anderem ein örtlicher Sauerstoffmangel verantwortlich gemacht werden, der eine Pyrolyse der Kohlenwasserstoffe und damit die Bildung von Ruß zur Folge hat. Sogenannte Rußvorläufer wie Acetylen müssen im Katalystorbett mit Dampf abgebaut werden.disadvantage said embodiments, the risk of soot formation under certain conditions, detailed below will be received. As the cause of soot formation can in the partial combustion of hydrocarbon-containing feed gas among other things a local lack of oxygen responsible made a pyrolysis of the hydrocarbons and thus results in the formation of soot. So-called soot precursors such as acetylene must be degraded in the catalyst bed with steam become.

Die katalytische Autotherme Reformierung kann prinzipiell in 2 Stufen eingeteilt werden. Dies ist zum Einen eine Brennkammer zur Erzeugung eines Hochtemperatureinsatzgases durch unterstöchiometrische, partielle Verbrennung eines kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases mit einem sauerstoffhaltigen Gas und zum Anderen eine mit Katalysator gefüllte Reaktionszone, in der simultan unter adiabaten Prozessbedingungen eine Spaltung nicht verbrannter Kohlenwasserstoffe mit H2O erfolgt. Außerdem findet eine CO-Konvertierung mit H2O statt:

  • CH4 + H2O ⇔ CO + 3H2 (1)
  • CnH2n+2 + nH2O ⇔ nCO + (2n + 1)H2 (2)
  • CO + H2O ⇔ CO2 + H2 (3)
  • H2O + C ⇔ CO + H2 (4)
The catalytic autothermal reforming can in principle be divided into 2 stages. On the one hand, this is a combustion chamber for producing a high-temperature feed gas by substoichiometric, partial combustion of a hydrocarbon-containing feed gas with an oxygen-containing gas and, on the other hand, a catalyst-filled reaction zone in which unbeaten hydrocarbons are simultaneously split with H 2 O under adiabatic process conditions. In addition, a CO conversion with H 2 O takes place:
  • CH 4 + H 2 O⇔CO + 3H 2 (1)
  • C n H 2n + 2 + nH 2 O ⇔nCO + (2n + 1) H 2 (2)
  • CO + H 2 O⇔CO 2 + H 2 (3)
  • H 2 O + C⇔CO + H 2 (4)

Dabei liegt die Ausgangstemperatur der Reformerstufe im Bereich zwischen 800°C und 1025°C.there the output temperature of the reformer stage is in the range between 800 ° C and 1025 ° C.

H2O hat bei den genannten Reaktionen (1) bis (4) zum Einen die Funktion, dass es als Reaktant zur Spaltung von CH4 und höherer Kohlenwasserstoffe in der Katalysationszone dient und des weiteren dient es gemäß Gleichung (4) als Moderator zur Verhinderung der Rußbildung im Katalysatorbett.H 2 O in the reactions (1) to (4) mentioned on the one hand has the function that it serves as a reactant for the cleavage of CH 4 and higher hydrocarbons in the catalyst zone and further it serves according to equation (4) as a moderator to prevent the soot formation in the catalyst bed.

Eine vermehrte H2O-Zuführung könnte nun zwar zur Rußminimierung genutzt werden, allerdings ist der Sauerstoffbedarf für die Teilverbrennung sehr stark vom Dampf-zu-Kohlenwasserstoff-Verhältnis des Einsatzgasgemisches abhängig. Um den O2-Bedarf und damit die Investitionskosten gering zu halten, ist man bestrebt, den H2O-Gehalt im Einsatzgas zu minimieren, was zudem den Vorteil der Verschiebung des Reaktionsgleichgewichts auf Seiten der Komponente CO birgt.An increased H 2 O feed could now be used to minimize soot, but is the oxygen demand for the partial combustion is very much dependent on the steam to hydrocarbon ratio of the feed gas mixture. In order to keep the O 2 requirement and thus the investment costs low, one strives to minimize the H 2 O content in the feed gas, which also has the advantage of shifting the reaction equilibrium on the part of the CO component.

Eine Alternative zum autothermen Reformieren bietet die Katalytische Partielle Oxidation von Methan, bei der ebenfalls ein katalytischer autothermer Prozess abläuft und die auch als cPOX bezeichnet wird. Dabei wird ein kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzgas und sauerstoffhaltiges Gas direkt auf einen Katalysator gegeben, auf welchem die partielle Verbrennung bei niedrigen Temperaturen, wie beispielsweise bei 850°C, stattfindet. Idealerweise geschieht dies bei Abwesenheit von Dampf, d. h. bei einem Dampf-zu-Kohlenstoff-Verhältnis von Null. Unter diesen Bedingungen dominiert als Reaktionsmechanismus das sogenannte Oxyreforming, das nach folgender Reaktionsgleichung abläuft:

  • CH4 + 0,5O2 ⇒ CO + 2H2 (5)
An alternative to autothermal reforming is provided by the catalytic partial oxidation of methane, which also undergoes a catalytic autothermal process, also known as cPOX. In this case, a hydrocarbon-containing feed gas and oxygen-containing gas is added directly to a catalyst, on which the partial combustion at low temperatures, such as at 850 ° C, takes place. Ideally, this is done in the absence of steam, ie at a zero vapor to carbon ratio. Under these conditions, the reaction mechanism dominates the so-called oxy reforming, which proceeds according to the following reaction equation:
  • CH 4 + 0.5 O 2 ⇒ CO + 2H 2 (5)

Laboruntersuchungen zur Deutung des Oxyreformings wurden sowohl mit teuren Edelmetallkatalysatoren, als auch mit preiswerteren Katalysatoren auf Ni-Basis durchgeführt. Für die Deutung des Reaktionsmechanismus gibt es zwei Modelle:

  • • In K. Heitnes et al, Catalysis Today 24 (1995) 211–216, Elsevier Science B. V. und in E. H. M. Vermeiren et al, Catalysis Today 13 (1992) 427–436, Elesevier Science B. V. wird die Totalverbrennung eines Teils des CH4 unter H2O-Bildung mit nachfolgender endothermer Reformierungsreaktion des nicht umgesetzten CH4 nach Gleichung (1) und Gleichung (3) beschrieben.
  • • In Rongchao Jin et al, Applied Catalysis A: General 201 (2000) 71–80, Elesivier Science B. V. , wird für Ni/Al2O3 Katalysatoren das Modell der ”Direkten partiellen Oxidation” vorgestellt. Dabei erfolgt nach einer Aktivierungsphase mit Temperaturanstieg unter Bildung von Metalloxid (NiO) und Verbrennung von CH4 über dem gebildeten Metalloxid eine teilweise endotherme Reduzierung des Metalloxids durch nicht umgesetztes CH4(NiO → Ni/NiO). Über den frei werdenden Ni-Oberflächen erfolgt eine CH4-Dissoziation mit H2-Abspaltung und Bildung von Kohlenstoffdeckschichten (CH4 + Ni → NiC + 2H2). Die Bildung des CO erfolgt über eine Interaktion der aktiven Zentren des NiO und des NiC. Der letzte Reaktionsschritt verläuft dabei nahezu isotherm.
Laboratory studies for the interpretation of the oxy reforming were carried out both with expensive noble metal catalysts, as well as with cheaper Ni-based catalysts. There are two models for the interpretation of the reaction mechanism:
  • • In K. Heitnes et al., Catalysis Today 24 (1995) 211-216, Elsevier Science BV and in EHM Vermeiren et al, Catalysis Today 13 (1992) 427-436, Elesevier Science BV the total combustion of a portion of the CH 4 under H 2 O formation with subsequent endothermic reforming reaction of the unreacted CH 4 according to equation (1) and equation (3) is described.
  • • In Rongchao Jin et al, Applied Catalysis A: General 201 (2000) 71-80, Elesivier Science BV , the model of "direct partial oxidation" is presented for Ni / Al 2 O 3 catalysts. In this case, after an activation phase with temperature rise to form metal oxide (NiO) and combustion of CH 4 over the metal oxide formed, a partial endothermic reduction of the metal oxide by unreacted CH 4 (NiO → Ni / NiO). Over the liberated Ni surfaces occurs a CH 4 dissociation with H 2 splitting and formation of carbon topcoats (CH 4 + Ni → NiC + 2H 2 ). The formation of CO occurs via an interaction of the active sites of NiO and NiC. The last reaction step is almost isothermal.

Die Vorteile des Prozesses liegen in der kompakten Bauweise und dem geringen Sauerstoffbedarf des Oxyreformings. Für die Realisierung der Katalytischen Partiellen Oxidation gibt es aber eine Reihe von Prozessrisiken. Neben „Hot Spots” im Katalysatorgefüge steht die Langzeitstabilität der Katalysatoren auch unter dem Aspekt der Kohlenstoffdeckschicht zur Debatte. Für großtechnische Maßstäbe wird die katalytische Autotherme Reformierung vorerst die dominierende Technologie darstellen.The Advantages of the process lie in the compact construction and the low oxygen demand of the oxy reforming. For the realization However, there are a number of catalytic partial oxidation Litigation risks. In addition to "hot spots" in the catalyst structure stands the long-term stability of the catalysts under the Aspect of the carbon topcoat for debate. For large-scale The benchmarks will be the catalytic autothermal reforming for the time being the dominant technology.

Der Stand der Technik schlägt verschiedene Lösungsmöglichkeiten vor, um die Rußbildung in einem katalytischen Autothermem Reformer zu minimieren.Of the The prior art proposes various possible solutions to prevent soot formation in a catalytic autothermem To minimize reformers.

In DE 10230149 A1 wird z. B. beschrieben, dass die Rußbildung unterhalb einer Rußbildungsgrenze bei Messwerten von λ = 0,6 einsetzt, wobei λ die Luftzahl ist und λ = 1,0 einer stöchiometrischen Verbrennung, unter Annahme der atmosphärischen CH4-Verbrennung, entspricht. Diese Ergebnisse basieren auf Versuchen mit intensiver Luft- und Brenngasvermischung in der Brennzone. Der oben angeführte Wert kann durch Verwendung von reinem O2 weiter abgesenkt werden, da die adiabate Temperatur ansteigt und somit die Verbrennungsgeschwindigkeit erhöht wird.In DE 10230149 A1 is z. For example, it is described that soot formation occurs below a soot formation limit at readings of λ = 0.6, where λ is the air ratio and λ = 1.0 corresponds to stoichiometric combustion, assuming atmospheric CH 4 combustion. These results are based on experiments with intensive mixing of air and fuel gas in the burning zone. The above value can be further lowered by using pure O 2 as the adiabatic temperature increases and thus the burning rate is increased.

Daran wird deutlich, dass die Verbrennungstemperatur im Brenner die Rußbildung maßgeblich beeinflusst. Demnach sollte auch die Temperaturverteilung in der Flamme keine lokalen Minima aufweisen. In DE 10230149 A1 werden aber auch Testergebnisse zitiert, die eine erhöhte Rußbildung bei Absenkung der Flammentemperatur durch zusätzliche Kühlung beim Oberflächenstrahlbrenner belegen. Die Erklärung dieser Effekte über die Verbrennungsgeschwindigkeit ist unter den Bedingungen einer unterstöchiometrischen Verbrennung (λ < 1) unzureichend, da im Fall einer Rußbildung der Kohlenstoff des Einsatzgases nicht vollständig verbrannt wird, der Sauerstoff dagegen aber aufgebraucht wird. Die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen verläuft, wie oben erwähnt, über die Bildung von Rußvorläufern wie Acetylen ( J. Warnatz, Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 87 (1983) 1008–1022 ). Bei niedrigeren Temperaturen sollten demnach auch unterschiedliche Verbrennungsgeschwindigkeiten der Zwischenprodukte in Betracht gezogen werden, die in einer Kette von Folgereaktionen erzeugt werden. Eines der ersten Spaltprodukte dieser Kette ist Wasserstoff, der sehr schnell verbrennt, so dass nicht auszuschließen ist, dass am Ende des Prozesses ein Großteil der stöchiometrisch nicht bilanzierbaren Kohlenwasserstoffe als Rußvorläufer und H2O vorliegen. Dabei spricht man dann von einer Selektivverbrennung von Wasserstoff unter niedrigen Temperaturen.This shows that the combustion temperature in the burner significantly influences soot formation. Accordingly, the temperature distribution in the flame should have no local minima. In DE 10230149 A1 However, test results are cited that show an increased soot formation with lowering of the flame temperature by additional cooling in the surface jet burner. The explanation of these effects on the combustion rate is insufficient under the conditions of substoichiometric combustion (λ <1), since in the case of soot formation, the carbon of the feed gas is not completely burned, but the oxygen is consumed. The combustion of hydrocarbons proceeds, as mentioned above, via the formation of soot precursors such as acetylene ( J. Warnatz, Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 87 (1983) 1008-1022 ). Accordingly, at lower temperatures, different rates of combustion of the intermediates should also be considered, which are generated in a chain of secondary reactions. One of the first fission products of this chain is hydrogen, which burns very quickly, so that it can not be ruled out that most of the stoichiometric unbalanced hydrocarbons are present as carbon black precursors and H 2 O at the end of the process. This one speaks then of a Se selective combustion of hydrogen at low temperatures.

Bei Brennern mit Diffusionsflammen kommt es entweder zu einer ausgeprägten Pyrolyse in der O2 armen Zone im Zentrum der Flamme oder in der O2-freien Zone jenseits der Flamme. Bei letzteren ist die Gefahr der Rußbildung besonders hoch, da die heißen Zonen jenseits des Ausbrandes keinen Sauerstoff erhalten, aber der intensiven Pyrolyse unter hohen Temperaturen unterliegen. Die Intensität der Rußbildung ist hierbei von der Höhe der Flammentemperatur ebenso abhängig, wie von der Oberfläche der Ausbrandzone der Flamme.In diffused flame burners, either a pronounced pyrolysis occurs in the O 2 -marm zone in the center of the flame or in the O 2 -free zone beyond the flame. In the latter, the risk of soot formation is particularly high, since the hot zones beyond the burnout receive no oxygen, but are subject to intensive pyrolysis at high temperatures. The intensity of soot formation is dependent on the height of the flame temperature as well as on the surface of the burn-out zone of the flame.

Bei der katalytischen Autothermen Reformierung ist die Verwendung hochturbulenter Drallbrenner üblich, die eine Spezialausführung der Diffusionsflamme darstellen, und eine möglichst ideale Vermischung von O2 und Brennstoff am Austritt des Brenners erzeugen. Aber gerade in der kalten Anlaufphase und bei Einsatzgasen, die höhere Kohlenwasserstoffe enthalten, sind auch diese Brenner nicht ideal. In EP 0989094 B1 wird vorgeschlagen, höhere Kohlenwasserstoffe durch Installation eines Pre-Reformers mit H2O zu CH4, CO und H2 umzusetzen, was wiederum sehr hohe Kosten mit sich bringt.In the case of catalytic autothermal reforming, the use of highly turbulent swirl burners is customary, which represent a special embodiment of the diffusion flame, and produce the most ideal possible mixing of O 2 and fuel at the outlet of the burner. But even in the cold start-up phase and with feed gases containing higher hydrocarbons, these burners are not ideal. In EP 0989094 B1 It is proposed to convert higher hydrocarbons by adding a pre-reformer with H 2 O to CH 4 , CO and H 2 , which in turn involves very high costs.

Bei geringen Temperaturen finden die unter (1) bis (3) beschriebenen Gleichgewichtsreaktionen, die eine Pyrolyse kompensieren, nur noch begrenzt statt und somit kommt es unter anderem zu einer verstärkten Acetylenbildung. Die Reaktionskette beginnt nach folgendem Schema abzulaufen:at low temperatures find those described in (1) to (3) Equilibrium reactions that compensate for pyrolysis, only limited and thus there is, inter alia, to increased acetylene formation. The reaction chain begins according to the following scheme:

  • CH4 ⇔ CH3 + H (6a)CH 4 ⇔ CH 3 + H (6a)
  • 2CH3 ⇔ C2H5 + H (6b)2CH 3 ⇔ C 2 H 5 + H (6b)
  • 2CH3 ⇒ C2H4 + H2 (6c) 2CH 3 ⇒ C 2 H 4 + H 2 (6c)

Aus der Fachliteratur ist bekannt, dass H2 wesentlich schneller verbrennt als andere Gase.From the literature it is known that H 2 burns much faster than other gases.

Tabelle 1 zeigt den Vergleich der maximalen (vmax) und stöchiometrischen (vstoe) Verbrennungsgeschwindigkeit verschiedener Brenngase mit kalter Luft (293,15 K, 1,013 bar). Brenngas Vmax [cm/sec] Vstoe [cm/sec] Literaturquelle H2 346 237 C. -J. Winter, et al. Springer-Verlag 1989 CH4 43 42 C. -J. Winter, et al. Springer-Verlag 1989 C2H4 22 (interpoliert) V. Kah, V. Auflage, Chemiewerk Leuna AG C2H2 85 (interpoliert) V. Kah, V. Auflage, Chemiewerk Leuna AG Table 1 shows the comparison of the maximum (v max ) and stoichiometric (v stoe ) combustion rates of different combustion gases with cold air (293.15 K, 1.013 bar). fuel gas V max [cm / sec] V stoe [cm / sec] literature source H 2 346 237 C. -J. Winter, et al. Springer-Verlag 1989 CH 4 43 42 C. -J. Winter, et al. Springer-Verlag 1989 C 2 H 4 22 (interpolated) V. Kah, V. Edition, Chemistry Leuna AG C 2 H 2 85 (interpolated) V. Kah, V. Edition, Chemistry Leuna AG

Die Interpretation dieser Punkte führt zu dem Schluss, dass eine Zuführung von externem H2 in die Brennkammer zur Unterdrückung der CH4-Spaltung und der Acetylenbildung führt und das zusätzlich zugeführte H2 infolge der relativ hohen Verbrennungsgeschwindigkeit weitgehend zu H2O umgesetzt wird. Dies wird in der US 6,818,198 B2 so umgesetzt, dass durch Rezirkulation von heißem H2- und H2O-reichem Synthesegas eine Reduzierung des Dampf-zu-Kohlenstoff-Verhältnisses angestrebt wird, ohne dass es zu einer erhöhten Acetylenbildung kommt.The interpretation of these points leads to the conclusion that a feed of external H 2 into the combustion chamber leads to the suppression of the CH 4 cleavage and the acetylene formation and that the additional H 2 introduced is largely converted to H 2 O due to the relatively high combustion rate. This is in the US 6,818,198 B2 implemented so that by recirculation of hot H 2 - and H 2 O-rich synthesis gas, a reduction of the steam-to-carbon ratio is aimed at, without resulting in increased acetylene.

Handelsübliche Steam-Methan-Reformer basieren auf NiO/Al2O3-Katalysatoren. Dabei dissoziiert CH4 über reduziertem NiO bei Temperaturen über 390°C und Abwesenheit von H2O gemäß:

  • CH4 + Ni° ⇒ Ni...C + 4H (7)
wobei Ni° als reduziertes feindispergiertes metallisches Ni und Ni...C als Kohlenstoffdeckschicht auf der Ni-Oberfläche verstanden wird ( R. Jin et al., Applied Catalysis A: General 201 (2000), 71–80, Elsevier Science B. V. ).Commercially available steam methane reformers are based on NiO / Al 2 O 3 catalysts. Here, CH 4 dissociates via reduced NiO at temperatures above 390 ° C and absence of H 2 O according to:
  • CH 4 + Ni ° ⇒ Ni ... C + 4H (7)
where Ni ° is understood as a reduced finely dispersed metallic Ni and Ni... C as a carbon coating layer on the Ni surface ( R. Jin et al., Applied Catalysis A: General 201 (2000), 71-80, Elsevier Science BV ).

Bei erhöhtem Dampf-zu-Kohlenwasserstoff-Verhältnis wird der Kohlenwasserstoff gemäß Gleichung (4) an der Phasengrenze ohne Schädigung des Katalysators umgesetzt. Deshalb ist es bei Steam-Methan-Reformern in der Praxis üblich, eine Rußbildung durch Zumischung von H2O zum kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgas zu verhindern.At elevated steam to hydrocarbon ratio, the hydrocarbon is reacted according to equation (4) at the phase boundary without damaging the catalyst. Therefore, it is common in steam methane reformers in practice to prevent soot formation by admixing H 2 O to the hydrocarbon-containing feed gas.

Berechnet man die stöchiometrische Verbrennung von CH4 und H2 unter Umgebungsbedingungen mit Luft, so wird die H2-Bilanz höhere adiabate Temperaturen als die CH4-Bilanz liefern:
Tabelle 2 zeigt das Ergebnis stöchiometrischer Verbrennungsrechnungen mit kalter Luft (20°C) und Brenngas (200°C) bei 1,013 bar. Gas Rechnung 1 Rechnung 2 Rechnung 3 Rechnung 4 CH4 [mol-%] 100 25 H2 [mol-%] 100 25 H2O [mol-%] 75 75 T adiabat °C 2053 2289 1646 1228
Calculating the stoichiometric combustion of CH 4 and H 2 under ambient conditions with air, the H 2 balance will yield higher adiabatic temperatures than the CH 4 balance:
Table 2 shows the result of stoichiometric combustion calculations with cold air (20 ° C) and fuel gas (200 ° C) at 1.013 bar. gas Invoice 1 Invoice 2 Invoice 3 Invoice 4 CH 4 [mol%] 100 25 H 2 [mol%] 100 25 H 2 O [mol%] 75 75 T adiabatic ° C 2053 2289 1646 1228

Diese Werte gelten allerdings nur für die Verbrennung der Einzelkomponenten.These However, values only apply to the combustion of the individual components.

Unter Berücksichtigung eines Inertgases, wie z. B. H2O-Dampf, gelten umgekehrte Verhältnisse. Dieser Effekt basiert auf der kalorischen Bilanz der Gasgemische, d. h. unter Berücksichtigung eines Inertgases verändern sich die spezifischen Wärmekapazitäten des Einsatz- und des Brenngases und bewirken dabei einen deutlich korrigierten adiabaten Temperatursprung.Taking into account an inert gas such. B. H 2 O vapor, reverse conditions apply. This effect is based on the calorific balance of the gas mixtures, ie, taking into account an inert gas, the specific heat capacities of the feed and the fuel gas change and thereby cause a significantly corrected adiabatic temperature jump.

Aus den vorherigen Punkten lässt sich schließen, dass eine zusätzliche H2-Zuführung in eine CH4-Flamme auf diese kühlende Wirkung hat. Die Gefahr einer zusätzlichen Rußbildung besteht dabei nicht, da die Absenkung der Flammentemperatur auf eine Veränderung der Konsistenz des Brennstoffes zurückzuführen ist. Infolge dieses Effekts lässt sich bei gegebener adiabater Verbrennungstemperatur, die von der Designtemperatur des Katalysators abhängig ist, über eine Erhöhung der O2-Zufuhr in die Brennkammer, wodurch der CH4-Umsatz durch zusätzliche Verbrennung steigt, indirekt die Austrittstemperatur aus dem Katalysatorbett erhöhen, indem der CH4-Umsatz durch Reformierung sinkt, was damit auch zu einer Erhöhung des Abstandes zum Boudouard-Gleichgewicht führt.From the previous points it can be concluded that an additional H 2 supply into a CH 4 flame has this cooling effect. The risk of additional soot formation does not exist because the lowering of the flame temperature is due to a change in the consistency of the fuel. As a result of this effect, at a given adiabatic combustion temperature, which is dependent on the design temperature of the catalyst, an increase in the O 2 feed into the combustion chamber, whereby the CH 4 conversion increases due to additional combustion, can indirectly increase the exit temperature from the catalyst bed. by reducing the CH 4 conversion by reforming, which also leads to an increase in the distance to the Boudouard equilibrium.

Dies macht man sich in der EP 1604948 A1 zunutze, indem durch Rezirkulation von H2- und CO-reichem Synthesegas eine Absenkung der Flammentemperatur in der Brennkammer erreicht wird, um ein günstiges Reaktionsgleichgewicht bei hohen Katalysatoraustrittstemperaturen ohne thermische Schädigung des Katalysators zu erreichen. Insbesondere ist darauf zu achten, dass der zugeführte Wasserstoff intensiv mit dem Brenngas vorgemischt wird.This one makes oneself in the EP 1604948 A1 exploiting, by recirculation of H 2 - and CO-rich synthesis gas, a lowering of the flame temperature is achieved in the combustion chamber in order to achieve a favorable reaction equilibrium at high catalyst outlet temperatures without thermal damage to the catalyst. In particular, care must be taken that the supplied hydrogen is intensively premixed with the fuel gas.

Die Zufuhr von H2 in die Brennzone eines Drallbrenners eines katalytischen Autothermen Reformers hat zunächst eine kühlende Wirkung auf die Flamme und damit auf die Eintritttemperatur in die Katalysatorzone. Infolgedessen kann in Übereinstimmung mit der Designtemperatur des Katalysators durch zusätzliche O2-Zufuhr letztendlich die adiabate Katalysatoraustrittstemperatur erhöht werden, was die Gefahr einer Kohlenstoffablagerung im Katalysatorbett reduziert. Diese Vorgehensweise ist besonders dann geeignet, wenn CO-reiche Synthesegase unter hohen Katalysatoraustrittstemperaturen, wie z. B. bei der Fischer-Tropsch-Synthese, erzeugt werden sollen. In Kompensation dieses Effektes kann das Dampf-zu-Kohlenwasserstoff-Verhältnis und somit die O2-Zufuhr reduziert werden.The supply of H 2 into the combustion zone of a swirl burner of a catalytic autothermal reformer initially has a cooling effect on the flame and thus on the inlet temperature in the catalyst zone. As a result, in accordance with the design temperature of the catalyst, additional adiabatic catalyst exit temperature can be increased by additional O 2 feed, which reduces the risk of carbon deposition in the catalyst bed. This procedure is particularly suitable when CO-rich synthesis gases under high catalyst outlet temperatures, such as. As in the Fischer-Tropsch synthesis to be produced. In compensation of this effect, the steam to hydrocarbon ratio and thus the O 2 supply can be reduced.

Beim Einsatz von O2-Brennerlanzen zum O2-Eintrag bringt die Kühlung der Flamme eine geringere Wärmeabstrahlung in die Zone jenseits des Ausbrandes mit sich und reduziert damit die Gefahr der intensiven Pyrolyse verbunden mit der Rußbildung. Dabei bewirkt eine Erhöhung der adiabaten Temperatur in der Brennkammer infolge zusätzlicher O2-Zufuhr weniger eine Erhöhung der Flammentemperatur, sondern vielmehr eine Vergrößerung der Flamme. Folglich kann hier der Umfang der Rußbildung durch Wahl einer geringeren autothermen Austrittstemperatur und höherem Dampf-zu-Kohlenwasserstoff-Verhältnis erreicht werden. Diese Methode ist daher für die Herstellung H2 reicher Synthesegase geeignet.When using O 2 -Brennerlanzen for O 2 entry, the cooling of the flame brings a lower heat radiation in the zone beyond the burn with it, thus reducing the risk of intense pyrolysis associated with the formation of soot. In this case, an increase in the adiabatic temperature in the combustion chamber due to additional O 2 supply causes less an increase in the flame temperature, but rather an increase in the flame. Thus, the extent of soot formation can be achieved by choosing a lower autothermal exit temperature and higher steam to hydrocarbon ratio. This method is therefore suitable for the production of H 2 rich synthesis gas.

Zur Reduzierung der Schadstoffe und zur Energieeinsparung wird nach dem Stand der Technik ein Steam-Methan-Reformer mit einem nach geschalteten katalytischen Autothermen Reformer kombiniert. Eine beispielhafte Entwicklung dieser Methode ist in der EP 0233076 B1 beschrieben. Hier wird ein Teilstrom des kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases am Steam-Methan-Reformer vorbeigeleitet, um direkt dem nachfolgenden katalytischen Autothermen Reformer zugeführt zu werden. Ziel dieser Schaltung ist die Erzeugung eines Synthesegases mit einer definierten stöchiometrischen Kennzahl für die Methanol-Synthese. Enthält das Einsatzgas allerdings höhere Kohlenwasserstoffe, so muss zu deren Spaltung zusätzlicher Dampf in den Steam-Methan-Reformer eingeleitet werden, was zu einer Vergrößerung der Anlage führt. Dieses Problem löst die DE 10 2006 023 248 A1 , indem das Einsatzgas vor der Aufteilung in zwei Teilströme einen Pre-Reformer durchläuft, indem es zur Spaltung höherer Kohlenwasserstoffe kommt.To reduce the pollutants and to save energy, a steam methane reformer is combined with a downstream catalytic autothermal reformer in the prior art. An exemplary development of this method is in the EP 0233076 B1 described. Here, a partial stream of the hydrocarbon-containing feed gas is conducted past the steam methane reformer to be fed directly to the subsequent catalytic autothermal reformer. The aim of this circuit is the generation of a synthesis gas with a defined stoichiometric indicator for the methanol synthesis. However, if the feed gas contains higher hydrocarbons, additional steam must be introduced into the steam methane reformer for splitting, which leads to an increase in the plant. This problem solves the problem DE 10 2006 023 248 A1 by dividing the feed gas into a pre-reformer before splitting it into two sub-streams passes through it comes to the cleavage of higher hydrocarbons.

In der EP 1927577 A1 wird die Schaltung der EP 0233076 B1 insofern weiterentwickelt, als dem Gasstrom, der dem katalytischen Autothermen Reformer zugeführt wird zusätzlich zu dem Produktstrom aus dem Steam-Methan-Reformer, der mit einem Teilstrom des kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases vermischt wird, noch ein Teilstrom des Synthesegases aus der katalytischen Autothermen Reformierung durch Rückführung zugeführt wird. Dadurch wird erreicht, dass es zu einer Reduzierung der Rußbildung im katalytischen Autothermen Reformer kommt.In the EP 1927577 A1 will the circuit of EP 0233076 B1 insofar further developed as the gas stream which is fed to the catalytic autothermal reformer in addition to the product stream from the steam-methane reformer, which is mixed with a partial stream of the hydrocarbon-containing feed gas, nor a partial stream of the synthesis gas from the catalytic autothermal reforming is fed by recycling , This ensures that there is a reduction of soot formation in the catalytic autothermal reformer.

In GB 2407819 A wird die Synthesegasproduktion mit dem Ziel, höhere Anlagenkapazitäten zu erreichen, durch die Kombination dreier verschiedener Reformertypen gelöst. Dabei wird ein adiabater Pre-Reformer in Reihe mit einem Steam-Methan-Reformer und einem Autothermen oder POX Reformer angeordnet, wobei letztere beiden parallel zueinander angeordnet sind.In GB 2407819 A Synthesis gas production is being solved by combining three different types of reformers with the aim of achieving higher plant capacities. In this case, an adiabatic pre-reformer is arranged in series with a steam methane reformer and an autothermal or POX reformer, the latter being arranged parallel to one another.

Da mit den oben genannten Lösungsversuchen, der Rußminimierung sowie der gleichzeitigen Minimierung des Dampf-zu-Kohlenwasserstoff-Verhältnisses, keine idealen Lösungen des Problems erzielt werden können, besteht nach wie vor das Bedürfnis durch Verbesserungen der bestehenden Prozesse und Anlagen eine weitere Optimierung der Reformierungsreaktion bei der Synthesegasherstellung zu bewirken, was sich die hier zu beschreibende Erfindung zur Aufgabe macht. Dabei ist es Ziel der Erfindung sowohl ein Verfahren zur Lösung der beschriebenen Aufgabe, als auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.There with the above-mentioned solution attempts, the soot minimization and simultaneously minimizing the steam to hydrocarbon ratio, no ideal solutions to the problem can be achieved There is still a need for improvements the existing processes and plants further optimize the Effect reforming reaction in syngas production what makes the invention to be described here the task. It is the object of the invention both a method for solution the described task, as well as a device for carrying out of the method.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zur rußfreien Herstellung von Synthesegas aus kohlenwasserstoffhaltigem Einsatzgas und sauerstoffhaltigem Gas in einer mehrstufigen Kaskade, welche mindestens eine der Stufen katalytisches Autothermes Reformieren und/oder katalytische partielle Oxidation aufweist, wobei jeder Stufe der Kaskade sauerstoffhaltiges Gas und kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzgas zugeführt wird, das jeweils zu wasserstoffhaltigem Prozessgas umgesetzt wird und in Reihe die gesamte nachfolgende Kaskade durchläuft.These Task is with a method for soot-free production of synthesis gas from hydrocarbon-containing feed gas and oxygen-containing Gas in a multistage cascade, which is at least one of the stages catalytic autothermal reforming and / or catalytic partial Having oxidation, wherein each stage of the cascade is oxygen-containing Gas and hydrocarbon feed gas supplied which is converted in each case to hydrogen-containing process gas and in series the entire subsequent cascade goes through.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der bilanzierbare H2-Strom einer Vorgängerstufe unter Bezug auf die Stöchiometrie der H2O-Bildung der Folgestufe bevorzugt den O2-Bedarf dieser Folgestufe kompensieren, maximal jedoch wird der bilanzierbare H2-Strom der 1,5fachen Menge der Bilanzgröße entsprechen. Diese Verfahrensauslegung erfolgt nach folgender Gleichung:

  • 2H2 + O2 ⇒ 2H2O (8)
In one embodiment of the method, the H 2 flow that can be balanced in a preceding stage, with reference to the stoichiometry of the H 2 O formation of the subsequent stage, preferably compensates for the O 2 requirement of this succeeding stage, but at most the H 2 flow that can be balanced is 1.5 times Amount of balance sheet size. This procedure is based on the following equation:
  • 2H 2 + O 2 ⇒ 2H 2 O (8)

In einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit des Verfahrens wird die erste Reformierungsstufe der Kaskade, die als katalytische Autotherme Reformierung ausgeführt wird bei einem höheren Dampf-zu-Kohlenstoff-Verhältnis realisiert, als in den Folgestufen der Kaskade. Dabei liegt das Dampf-zu-Kohlenstoff-Verhältnis dieser Reformierungsstufe in einem Bereich zwischen 1,0 und 3,0.In a further embodiment of the method becomes the first reforming stage of the cascade, called catalytic Autothermal reforming is carried out at a higher Steam-to-carbon ratio realized as in the Follow-up stages of the cascade. The vapor-to-carbon ratio is this Reforming stage in a range between 1.0 and 3.0.

Optional läuft in der ersten Reaktionssstufe der Kaskade eine katalytische partielle Oxidation ab.optional In the first stage of the reaction of the cascade a catalytic reaction takes place partial oxidation from.

Optional wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren den einzelnen Stufen der Kaskade zusätzlich Dampf zugeführt. Dieser Schritt kann bei der Durchführung einer katalytischen partiellen Oxidation entfallen.optional is the individual in the process according to the invention Steps of the cascade additionally supplied steam. This step may be useful in performing a catalytic partial oxidation omitted.

Eine weitere Möglichkeit der Verfahrensausgestaltung liegt darin, dass das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas vor Durchlaufen einer katalytischen Reaktorstufe zusammen mit Dampf einem Pre-Reformierungsschritt zu unterziehen. Alternativ kann nur das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas vor Durchlaufen der ersten katalytischen Reaktorstufe zusammen mit Dampf einem Pre-Reformierungsschritt unterzogen werden.A further possibility of the process design lies in that the hydrocarbon-containing feed gas before passing through a catalytic reactor stage together with steam a pre-reforming step to undergo. Alternatively, only the hydrocarbon-containing Feed gas before passing through the first catalytic reactor stage be subjected to a pre-reforming step together with steam.

Des Weiteren werden die oben beschriebenen Probleme, die sich aus dem Stand der Technik ergeben, dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur rußfreien Herstellung von Synthesegas aus einem kohlenwasserstoffhaltigem Einsatzgas sowie aus sauerstoffhaltigem Gas und Wasserdampf in einer zweistufigen Reihenschaltung enthaltend in der ersten Stufe einen allothermen Steam-Methan-Reformer, sowie in der zweiten Stufe einen katalytischen Autothermen Reformer, wobei der zweiten Stufe das wasserstoffhaltige Prozessgas der ersten Stufe zugeleitet wird und zusätzlich kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzgas, Dampf und sauerstoffhaltiges Gas zugeführt wird, zum Einsatz kommt. Dieses Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der bilanzierbare H2-Strom einer Vorgängerstufe unter Bezug auf die Stöchiometrie der H2O-Bildung der Folgestufe bevorzugt den O2-Bedarf dieser Folgestufe kompensiert, maximal jedoch der 2fachen Menge der Bilanzgröße entspricht und das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas und das sauerstoffhaltige Gas getrennt voneinander über Vorrichtungen, die auf unterschiedlichen Ebenen mit unterschiedlicher Ausrichtung in die letzte katalytische Autotherme Reformierungsstufe ragen, zugeleitet werden, wobei das sauerstoffhaltige Gas über mindestens eine separate Zuführung sekantial zum Mittelpunkt des kreisförmigen Reaktors über dem Katalysatorbett eingebracht wird, und das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas bevorzugt axial am Kopf des Reaktors zugeleitet wird.Furthermore, the above-described problems arising from the prior art are solved by a method for the soot-free production of synthesis gas from a hydrocarbon-containing feed gas and from oxygen-containing gas and water vapor in a two-stage series circuit comprising an allothermal steam in the first stage Methane reformer, and in the second stage, a catalytic autothermal reformer, wherein the second stage, the hydrogen-containing process gas of the first stage is fed and in addition hydrocarbon feed gas, steam and oxygen-containing gas is supplied, is used. This method is characterized in particular by the fact that the H 2 flow of a preceding stage, which can be balanced, with respect to the stoichiometry of the H 2 O formation of the subsequent stage preferably compensates for the O 2 requirement of this subsequent stage, but at most 2 times the amount of Bi lanzgröße and the hydrocarbon-containing feed gas and the oxygen-containing gas separately via devices which protrude at different levels with different orientation in the last catalytic autothermal reforming stage, wherein the oxygen-containing gas via at least one separate feed secantially to the center of the circular reactor above the Catalyst bed is introduced, and the hydrocarbon-containing feed gas is preferably fed axially at the top of the reactor.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen dieses zweistufigen Verfahrens betreffen die Einspeisung des Prozessgases aus dem Steam-Methan-Reformer in den katalytischen Autothermen Reformer. Dies kann zum Einen so geschehen, dass das Prozessgas aus dem Steam-Methan-Reformer mit kohlenwasserstoffhaltigem Einsatzgas vermischt wird und dieses Gemisch axial am Kopf des Reaktors zugeleitet wird. Zum Anderen besteht die Möglichkeit das Prozessgas aus dem Steam-Methan-Reformer mit kohlenwasserstoffhaltigem Einsatzgas zu vermischen und dieses Gemisch über mindestens eine separate Zuführung sekantial zum Mittelpunkt des kreisförmigen Reaktors über dem Katalystorbett in den katalytischen Autothermen Reformer einzubringen. Eine weitere Option ist das Prozessgas aus dem Steam-Methan-Reformer ohne vorherige Zumischung zum kohlenwasserstoffhaltigem Einsatzgas über mindestens eine separate Zuführung sekantial zum Mittelpunkt des kreisförmigen Reaktors über dem Katalystorbett in den katalytischen Autothermen Reformer einzubringen.Further advantageous embodiments of this two-stage process relate to the feed of the process gas from the steam methane reformer in the catalytic autothermal reformer. This can for one thing happen that the process gas from the steam methane reformer with hydrocarbon-containing feed gas is mixed and this mixture is fed axially at the top of the reactor. On the other hand exists the possibility of the process gas from the steam methane reformer to mix with hydrocarbon-containing feed gas and this Mixture via at least one separate feed secantially to the center of the circular reactor to introduce the catalyst bed in the catalytic autothermal reformer. Another option is the process gas from the steam methane reformer without prior admixture with the hydrocarbon feed gas over at least one separate feeder secantial to the center of the circular reactor above the catalyst bed to introduce in the catalytic autothermal reformer.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen zweistufigen Verfahrens erfolgt in der katalytischen Autothermen Reformierungsstufe eine zusätzliche separate Sauerstoffzuführung, mit der ein Pilotbrenner betrieben wird.In a further embodiment of the invention Two-stage process takes place in the catalytic autothermal Reformierungsstufe an additional separate oxygen supply, with which a pilot burner is operated.

In einer Ausgestaltung des zweistufigen Verfahrens wird in dem Steam-Methan-Reformer ein kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzgas und Wasserdampf bei einem Verhältnis von Dampf-zu-Kohlenstoff, gerechnet als Verhältnis von Molmenge Dampf zu Molmenge reinem Kohlenstoff im Kohlenwasserstoff, von 2,0 bis 4,0, bevorzugt von 2,8, allotherm umgesetzt.In One embodiment of the two-stage process is in the steam methane reformer a hydrocarbon-containing feed gas and water vapor at a Ratio of steam to carbon, calculated as a ratio from moles of steam to moles of pure carbon in the hydrocarbon, from 2.0 to 4.0, preferably from 2.8, allothermic reacted.

Des Weiteren kann in dem zweistufigen erfindungsgemäßen Verfahren in der katalytischen autothermen Reformierungsstufe ein kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzgas sowie ein sauerstoffhaltiges Gas und Wasserdampf bei einem Verhältnis von Dampf-zu-Kohlenstoff, gerechnet als Verhältnis von Molmenge Dampf zu Molmenge reinem Kohlenstoff im Kohlenwasserstoff, von 0,0 bis 3,0, umgesetzt werden.Of Further, in the two-stage invention Process in the catalytic autothermal reforming stage hydrocarbon-containing feed gas and an oxygen-containing Gas and water vapor at a steam to carbon ratio, calculated as the ratio of molar amount of steam to molar amount pure carbon in the hydrocarbon, from 0.0 to 3.0, implemented become.

In einer weiteren Ausgestaltung des zweistufigen Verfahrens wird das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas der katalytischen Autothermen Reformierungsstufe zusammen mit Dampf vor Durchlaufen dieser Reformierungsstufe in einem Pre-Reformer erhitzt.In a further embodiment of the two-stage process is the hydrocarbon-containing feed gas of the catalytic autothermal Reforming stage together with steam before going through this reforming stage heated in a pre-reformer.

Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit des zweistufigen Verfahrens ist es dem Steam-Methan-Reformer einen Teilstrom, bestehend aus mindestens 10%, bevorzugt 25% bezogen auf das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas beider Stufen, zuzuführen.A Another embodiment of the two-stage process it is the steam methane reformer a partial flow consisting of at least 10%, preferably 25% based on the hydrocarbon-containing Feed gas of both stages to feed.

Die entsprechende Vorrichtung zur Durchführung der rußfreien Herstellung von Synthesegas in einer mehrstufigen Reformerkaskade, umfassend mindestens zwei katalytische Reaktorstufen, eine Vorrichtung zur Einleitung des kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases in die erste katalytische Reaktorstufe, eine Vorrichtung zur Einleitung von sauerstoffhaltigem Gas in die erste katalytische Reaktorstufe, und eine Vorrichtung zur Überführung des in einer Reaktorstufe erhaltenen Prozessgases in eine nachfolgende Reaktorstufe, wobei die katalytischen Reaktoren über die Prozessgasführung in Reihe geschaltet sind, eine Vorrichtung zur Zuführung von sauerstoffhaltigem Gas in die einzelnen in Reihe geschalteten katalytischen Reaktoren vorgesehen ist, und Vorrichtungen zur Zuführung von kohlenwasserstoffhaltigem Einsatzgas in die Prozessgasführung und/oder in die einzelnen in Reihe geschalteten katalytischen Reaktoren vorgesehen sind.The corresponding device for carrying out the soot-free Production of synthesis gas in a multi-stage reformer cascade, comprising at least two catalytic reactor stages, a device for the introduction of the hydrocarbon-containing feed gas in the first catalytic reactor stage, an apparatus for introduction from oxygen-containing gas to the first catalytic reactor stage, and a device for transferring the in one Reactor stage received process gas in a subsequent reactor stage, the catalytic reactors via the process gas guide are connected in series, a device for supplying oxygen-containing gas in the individual series-connected catalytic Reactors is provided, and devices for feeding of hydrocarbon-containing feed gas in the process gas guide and / or provided in the individual series-connected catalytic reactors are.

Eine Ausgestaltungsmöglichkeit der Vorrichtung betrifft die in der Kaskade vorgesehenen Reaktoren. Dabei kann die Kaskade ausschließlich aus katalytischen Autothermen Reformern bestehen oder alternativ kann die erste Stufe der Kaskade mittels eines katalytischen Partiellen-Oxidations-Elements realisiert werden.A Possibility of designing the device relates to reactors provided in the cascade. The cascade can be exclusive consist of catalytic autothermal reformers or alternatively can the first stage of the cascade by means of a catalytic partial oxidation element will be realized.

Optional kann die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgelegt sein, dass der Einlass für das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas eines katalytischen Reaktors mit dem Auslass des Gases eines Pre-Reformers verbunden ist. Alternativ kann diese Verschaltung mit einem Pre-Reformer nur für den ersten katalytischen Reaktor der Kaskade gelten.optional The device according to the invention can be designed in this way be that inlet for the hydrocarbon Feed gas of a catalytic reactor with the outlet of the gas connected to a pre-reformer. Alternatively, this interconnection with a pre-reformer just for the first catalytic Reactor of the cascade apply.

Die entsprechende Vorrichtung zur Durchführung der rußfreien Herstellung von Synthesegas in einer zweistufigen Reformerkaskade, umfassend einen Steam-Methan-Reformer, einen katalytischen Autothermen Reformer, eine Vorrichtung zur Einleitung des kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases, in den Steam-Methan-Reformer, eine Vorrichtung zur Einleitung von Wasserdampf in die Einsatzgasvorrichtung, und eine Vorrichtung zur Überführung des im Steam-Methan-Reformer erhaltenen Prozessgases in den katalytischen Autothermen Reformer, wobei jeweils mindestens eine Vorrichtung zum Gaseintrag am Reaktorkopf des katalytischen Autothermen Reformers vorgesehen ist, sowie weitere Vorrichtungen zum Gaseintrag, die sekantial auf den Mittelpunkt des kreisförmigen Reaktors ausgerichtet sind und auf unterschiedlichen Ebenen mit unterschiedlicher Ausrichtung zur Behältermittelachse in den Reaktor ragen. Dabei können die Vorrichtungen zum Gaseintrag beispielsweise Lanzen sein.The corresponding device for carrying out the soot-free Production of synthesis gas in a two-stage reformer cascade, comprising a steam methane reformer, a catalytic autothermal reformer, a device for introducing the hydrocarbon-containing feed gas, in the steam methane reformer, a device for the initiation of Water vapor in the feed gas device, and a device for transfer of the process gas obtained in the steam methane reformer in the catalytic Autothermal reformer, wherein in each case at least one device for gas entry at the reactor head of the catalytic autothermal reformer is provided, and other devices for gas entry, the secantial to the center of the circular reactor are aligned and different at different levels Orientation to the container center axis protrude into the reactor. In this case, the devices for gas entry, for example Be lances.

Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung der zweistufigen Reformerkaskade ist es, eine Vorrichtung zum Mischen des Prozessgases des jeweiligen Reformers mit kohlenwasserstoffhaltigem Einsatzgas vorzusehen.A Another possibility of the design of the two-stage Reformer cascade is a device for mixing the process gas the respective reformer with hydrocarbon-containing feed gas provided.

In einer weiteren Ausgestaltung der zweistufigen Reformerkaskade wird eine zusätzliche separate Zuführung für sauerstoffhaltiges Gas am Reaktorkopf der letzten katalytischen Autothermen Reformerstufe vorgesehen, die mit einem Pilotbrenner verbunden ist.In Another embodiment of the two-stage reformer cascade is an additional separate feeder for oxygen-containing gas at the reactor head of the last catalytic Autothermal reformer stage provided with a pilot burner connected is.

In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen zweistufigen Reformerkaskade wird der Einlass für das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas des katalytischen Autothermen Reformers mit dem Auslass des Gases eines Pre-Reformers verbunden.In an embodiment of the invention two-stage Reformer cascade becomes the inlet for the hydrocarbon Feed gas of the catalytic autothermal reformer with the outlet connected to the gas of a pre-reformer.

Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft anhand von 6 Figuren näher erläutert:The The invention will be described in more detail below by way of example with reference to FIG. 6 explains:

1: Eine erfindungsgemäße Verfahrensskizze zur rußfreien Herstellung von Synthesegas mittels einer mehrstufigen Kaskade aus katalytischen Reaktoren. 1 A method according to the invention for the soot-free production of synthesis gas by means of a multistage cascade of catalytic reactors.

2: Eine erfindungsgemäße Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur rußfreien Herstellung von Synthesegas mittels einer mehrstufigen Kaskade aus katalytischen Autothermen Reformern, denen ein Pre-Reformer vorgeschaltet ist. 2 : An inventive embodiment of the inventive method for soot-free production of synthesis gas by means of a multi-stage cascade of catalytic autothermal reformers, which is preceded by a pre-reformer.

3: Eine Verfahrensskizze zur rußfreien Herstellung von Synthesegas, in der beispielhaft die Kaskade aus einer Reihenschaltung aus einem Reaktor zur katalytischen partiellen Oxidation und einem katalytischen Autothermen Reformer mit vorgeschaltetem Pre-Reformer besteht. 3 : A process sketch for the soot-free production of synthesis gas, in which the cascade consists of a series arrangement of a reactor for catalytic partial oxidation and a catalytic autothermal reformer with upstream pre-reformer by way of example.

4: Ein Verfahrensfließbild einer zweistufigen Reihenschaltung enthaltend in der ersten Stufe einen allothermen Steam-Methan- Reformer, sowie in der zweiten Stufe einen katalytischen Autothermen Reformer, dem ein Pre-Reformer vorgeschaltet ist. 4 : A process flow diagram of a two-stage series circuit comprising in the first stage an allothermal steam methane reformer, and in the second stage a catalytic autothermal reformer, which is preceded by a pre-reformer.

5: Querschnitt eines katalytischen Autothermen Reformers, wie er in der zweistufigen Reihenschaltung aus 4 eingesetzt werden soll, mit Anordnungsbeispielen der Lanzen bezüglich des kreisförmigen Reaktors. 5 : Cross section of a catalytic autothermal reformer, as in the two-stage series circuit 4 is to be used, with arrangement examples of the lances with respect to the circular reactor.

6: Längsschnitt eines katalytischen Autothermen Reformers, wie er in der zweistufigen Reihenschaltung aus 4 eingesetzt werden soll, mit Anordnungsbeispielen der Lanzen bezüglich der unterschiedlichen Ebenen und der unterschiedlichen Ausrichtungen zur Behältermittelachse des Reaktors. 6 : Longitudinal section of a catalytic autothermal reformer, as in the two-stage series circuit 4 is to be used, with arrangement examples of the lances with respect to the different levels and the different orientations to the container center axis of the reactor.

1 zeigt eine Kaskade enthaltend beispielhaft vier katalytische Reaktoren 1a, 1b, 1c, 1d, die über die Prozessgasführung 5a, 5b, 5c in Reihe geschaltet sind. Dabei sind alle katalytischen Reaktoren 1a, 1b, 1c, 1d mit Zuleitungen für kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzgas 4b, 4c, 4d, 4e, sauerstoffhaltiges Gas 2a, 2b, 2c, 2d und optional für Dampf 3a, 3b, 3c, 3d ausgestattet. Wird einer der katalytischen Reaktoren als katalytisches Partielles-Oxidations-Element ausgeführt, so kann auf die Dampfzufuhr verzichtet werden. Das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas 4b, das den ersten katalytischen Reaktor 1a durchläuft, wird dort optional mittels Dampf 3a und sauerstoffhaltigem Gas 2a in ein Prozessgas 5a umgesetzt, dass über eine Leitung in den zweiten katalytischen Reaktor 1b geführt wird, indem es mit dem kohlenwasserstoffhaltigem Einsatzgas 4c vermischt wird. Optional kann das so erhaltene Einsatzgasgemisch 6a weiter mit Dampf 3b angereichert werden. Das in der Prozessstufe 1b gewonnene Prozessgas 5b wird dann in das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas 4d geleitet und ergibt das Einsatzgasgemisch 6b, das wiederum mit Dampf 3c angereichert werden kann und anschließend in den dritten katalytischen Reaktor 1c geleitet wird. Dort wird das Prozessgas 5c generiert, das mit dem kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgas 4e vermischt wird und das Einsatzgasgemisch 6c bildet, das mit Dampf 3d angereichert werden kann und durch den sich anschließenden Reaktor 1d geschickt wird. Die Kaskade kann solange weitergeführt werden, bis ein Synthesegas 9 mit gewünschten Eigenschaften und Qualität erhalten wurde. Das Endprodukt kann beispielsweise zur Ammoniak- oder Methanolherstellung weiterverwendet werden. 1 shows a cascade containing by way of example four catalytic reactors 1a . 1b . 1c . 1d that about the process gas guidance 5a . 5b . 5c are connected in series. All are catalytic reactors 1a . 1b . 1c . 1d with feed lines for hydrocarbon-containing feed gas 4b . 4c . 4d . 4e , oxygen-containing gas 2a . 2 B . 2c . 2d and optional for steam 3a . 3b . 3c . 3d fitted. If one of the catalytic reactors is designed as a catalytic partial oxidation element, the steam supply can be dispensed with. The hydrocarbon-containing feed gas 4b , which is the first catalytic reactor 1a goes through there is optional by means of steam 3a and oxygen-containing gas 2a in a process gas 5a implemented that via a conduit into the second catalytic reactor 1b by passing it with the hydrocarbon feed gas 4c is mixed. Optionally, the feed gas mixture thus obtained 6a continue with steam 3b be enriched. That in the process stage 1b recovered process gas 5b then enters the hydrocarbon feed gas 4d passed and gives the feed gas mixture 6b , in turn, with steam 3c can be enriched and then into the third catalytic reactor 1c is directed. There is the process gas 5c generated that with the hydrocarbon-containing feed gas 4e is mixed and the feed gas mixture 6c that forms with steam 3d can be enriched and through the subsequent reactor 1d is sent. The cascade can be continued until a synthesis gas 9 obtained with desired properties and quality. The final product can be used, for example, for ammonia or methanol production.

In der Praxis wird die Umsetzung der im Einsatzgas 4a enthaltenen Kohlenwasserstoffe vorrangig in einem initialen katalytischen Autothermen Reaktor erfolgen. Die nachfolgenden Reaktoren dienen dann hauptsächlich zur Optimierung der Qualität des gewonnenen Synthesegases 9.In practice, the implementation of the feed gas 4a hydrocarbons contained primarily in an initial catalytic autothermal reactor. The subsequent reactors are then mainly used to optimize the quality of the recovered synthesis gas 9 ,

2 unterscheidet sich von 1 dadurch, dass die Kaskade zwei katalytische Autotherme Reformer 7a, 7b umfasst und zusätzlich die Einlässe für das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas der katalytischen Autothermen Reformer 7a, 7b mit dem Auslass des Gases eines Pre-Reformer 8 verbunden sind. Dies kann nötig werden, wenn höhere Kohlenwasserstoffe gespalten werden müssen. Dabei wird in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel dem kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgas 4f Dampf 3e zugeleitet und beide Gase werden als Gemisch in den Pre-Reformer 8a geleitet. Nach Durchlaufen des Pre-Reformers 8a wird das resultierende kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas 4g geteilt. Dem ersten Teilstrom 4h wird Dampf 3f beigemischt und die Mischung durchläuft den ersten katalytischen Autothermen Reformer 7a, der über eine separate Zuleitung für sauerstoffhaltiges Gas 2e verfügt. Das den ersten katalytischen Autothermen Reformer 7a verlassende Prozessgas 5d wird dem kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgas 4g, das den Pre-Reformer 8a durchlaufen hat, zugeführt und als Einsatzgasgemisch 6d in den zweiten katalytischen Autothermen Reformer 7b geleitet. Auch dieser ist mit einer separaten Zuleitung für sauerstoffhaltiges Gas 2f ausgestattet. Optional kann es zur Zumischung von Dampf 3g kommen. 2 differs from 1 in that the cascade two catalytic autothermal reformer 7a . 7b includes and additionally the inlets for the hydrocarbonaceous feed gas of the catalytic autothermal reformer 7a . 7b with the outlet of the gas of a pre-reformer 8th are connected. This may be necessary when higher hydrocarbons have to be split. It is in the in 2 embodiment shown the hydrocarbon-containing feed gas 4f steam 3e fed and both gases are used as a mixture in the pre-reformer 8a directed. After passing through the pre-reformer 8a becomes the resulting hydrocarbonaceous feed gas 4g divided. The first partial flow 4h becomes steam 3f added and the mixture passes through the first catalytic autothermal reformer 7a , which has a separate supply line for oxygen-containing gas 2e features. The first catalytic autothermal reformer 7a leaving process gas 5d becomes the hydrocarbon-containing feed gas 4g that the pre-reformer 8a has passed through, fed and as feed gas mixture 6d in the second catalytic autothermal reformer 7b directed. Also this one is with a separate supply line for oxygen-containing gas 2f fitted. Optionally, it can be used to add steam 3g come.

Bei den Ausführungsbeispiel in 2 wird der Prozess beispielhaft so ausgeführt, dass in dem ersten katalytischen Autothermen Reformer 7a ein kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzgas 4h sowie ein sauerstoffhaltiges Gas 2e und Dampf 3f bei einem Verhältnis von Dampf-zu-Kohlenstoff, gerechnet als Verhältnis von Molmenge Dampf zu Molmenge reinem Kohlenstoff im Kohlenwasserstoff, von 1,3 bis 3,0, umgesetzt werden. Dagegen soll in dem nachfolgendem katalytischen Autothermem Reformer 7b mindestens aber im letzten katalytischen Autothermen Reformer einer Reformerkaskade ein kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzgas 6d sowie ein sauerstoffhaltiges Gas 2f und Dampf bei einem Verhältnis von Dampf-zu-Kohlenstoff, gerechnet als Verhältnis von Molmenge Dampf zu Molmenge reinem Kohlenstoff im Kohlenwasserstoff, von 0,0 bis 2,5, umgesetzt werden.In the embodiment in 2 For example, the process is carried out in such a way that in the first catalytic autothermal reformer 7a a hydrocarbon-containing feed gas 4h and an oxygen-containing gas 2e and steam 3f at a ratio of steam to carbon, calculated as the ratio of moles of steam to moles of pure carbon in the hydrocarbon, from 1.3 to 3.0. In contrast, in the subsequent catalytic autothermal reformer 7b but at least in the last catalytic autothermal reformer of a reformer cascade a hydrocarbon-containing feed gas 6d and an oxygen-containing gas 2f and steam at a ratio of steam to carbon, calculated as the ratio of moles of steam to moles of pure carbon in the hydrocarbon, from 0.0 to 2.5.

In der Ausführungsform in 3 wird der erste katalytische Autotherme Reformer 7a aus 2 durch einen Reaktor zur katalytischen Partiellen Oxidation 10 ersetzt. Das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas 4i wird geteilt und ein erster Teilstrom 4j wird mit Dampf 3h versetzt und durchläuft einen Pre-Reformer 8b. Der zweite Teilstrom 4k wird in den Reaktor zur katalytischen Partiellen Oxidation 10 geleitet und wird nur optional mit Dampf 3i versetzt. Andernfalls wird der Reaktor 10 bei einem Dampf-zu-Kohlenstoff-Verhältnis gleich Null betrieben. Das bei der katalytischen partiellen Oxidation entstehende Prozessgas 5e wird vor Durchlaufen des katalytischen Autothermen Reformers 7c dem aus dem Pre-Reformer 8b kommenden kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgas 4l beigemischt. Dieses Einsatzgasgemisch 6e durchläuft dann den zweiten katalytischen Autothermen Reformer 7c. Auch dieser Reformierungsstufe kann wieder optional je nach Bedarf Dampf 3j zugeführt werden. Beide Reformer der Kaskade besitzen separate Zuleitungen für sauerstoffhaltiges Gas 2g, 2h.In the embodiment in FIG 3 becomes the first catalytic autothermal reformer 7a out 2 through a catalytic partial oxidation reactor 10 replaced. The hydrocarbon-containing feed gas 4i is shared and a first partial flow 4y gets steamed 3h staggered and goes through a pre-reformer 8b , The second partial flow 4k enters the reactor for catalytic partial oxidation 10 and is only optional with steam 3i added. Otherwise, the reactor becomes 10 operated at zero at a steam to carbon ratio. The process gas generated in the catalytic partial oxidation 5e is before passing through the catalytic autothermal reformer 7c from the pre-reformer 8b coming hydrocarbon feed gas 4l added. This feed gas mixture 6e then goes through the second catalytic autothermal reformer 7c , Again, this reforming stage can optionally steam as needed 3y be supplied. Both reformers of the cascade have separate supply lines for oxygen-containing gas 2g . 2h ,

Wird bei dem Reformer zur katalytischen partiellen Oxidation 10 ein geeignetes Katalysatormaterial verwendet, so kann der Schritt des Vorreformierens in einem Pre-Reformer entfallen.Used in the reformer for catalytic partial oxidation 10 used a suitable catalyst material, the step of pre-reforming can be omitted in a pre-reformer.

Beispielsweise soll bei der Durchführung der jeweiligen Vorgängerstufe ein geringer Teilstrom des kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases zugeführt werden, der in allen Ausführungsbeispielen in 1 bis 3 mindestens 10%, bevorzugt aber 25% bezogen auf das Gesamtprozessgas beträgt. Der Betriebsdruck der Reformierungsstufen wird bei der Durchführung des Prozesses zwischen 20 und 60 bar eingestellt. Beispielhaft wird die Austrittstemperatur der ersten katalytischen Reaktorstufe 10 in 3 bei 850°C eingestellt und ohne Dampf betrieben, während die Austrittstemperatur des katalytischen Autothermen Reformers 7c des Ausführungsbeispiels auf eine Temperatur um 900°C eingestellt wird. Außerdem wird als sauerstoffhaltiges Gas technisch reiner Sauerstoff verwendet.For example, a small partial flow of the hydrocarbon-containing feed gas should be supplied in carrying out the respective preceding stage, which in all embodiments in 1 to 3 at least 10%, but preferably 25% based on the total process gas. The operating pressure of the reforming stages is set in the implementation of the process between 20 and 60 bar. By way of example, the outlet temperature of the first catalytic reactor stage 10 in 3 set at 850 ° C and operated without steam, while the outlet temperature of the catalytic autothermal reformer 7c of the embodiment is set to a temperature around 900 ° C. In addition, technically pure oxygen is used as the oxygen-containing gas.

4 stellt eine zweistufige Kaskade aus Steam-Methan-Reformer 11 und katalytischem Autothermem Reformer 7d dar. Dabei wird das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas 4m mit Dampf 3k gemischt und ein Teilstrom dieses Dampf/Einsatzgasgemisches 12a durchläuft den Steam-Methan-Reformer 11, dem zusätzlich nochmals separat Dampf 3l zugeleitet werden kann. Der zweite Teilstrom des Einsatzgas-Dampf-Gemisches 12b durchläuft einen Pre-Reformer 8c. Der Prozessgasstrom 5f der im Steam-Methan-Reformer 11 erhalten wird, wird so aufgeteilt, dass ein erster Teilstrom 5g in das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas 4n, das den Pre-Reformer 8c durchlaufen hat, geleitet wird und ein Einsatzgasgemisch 6e bildet, während ein zweiter Teilstrom 5h des Prozessgases aus dem Steam-Methan-Reformer 11 direkt in den nachfolgenden katalytischen Autothermen Reformer 7d sekantial zum Mittelpunkt des kreisförmigen Reaktors 7d über dem Katalysatorbett eingeleitet wird. Das Einsatzgasgemisch 6e wird ebenfalls aufgeteilt, um einen ersten Teilstrom 6f am Reaktorkopf des katalytischen Autothermen Reformers 7d axial einzubringen und einen zweiten Teilstrom 6g über mindestens eine Zuführung sekantial zum Mittelpunkt des kreisförmigen Reaktors 7d über dem Katalysatorbett einzubringen. Die Zuleitungen für das sauerstoffhaltige Gas 2i des katalytischen Autothermen Reformers 7d erlauben dabei ebenfalls eine Einbringung des Gases, die sekantial zum Mittelpunkt des kreisförmigen Reaktors 7d über dem Katalysatorbett erfolgt. 4 represents a two-stage cascade of steam methane reformer 11 and catalytic autothermal reformer 7d This is the hydrocarbon-containing feed gas 4m with steam 3k mixed and a partial stream of this steam / feed gas mixture 12a goes through the steam methane reformer 11 to which additionally separately steam 3l can be forwarded. The second part of the feed gas-steam mixture 12b goes through a pre-reformer 8c , The process gas flow 5f in the steam methane reformer 11 is obtained is split so that a first partial flow 5g into the hydrocarbon-containing feed gas 4n that the pre-reformer 8c has passed through, is passed and a feed gas mixture 6e forms while a second partial flow 5h the process gas from the steam methane reformer 11 directly in the subsequent catalytic autothermal reformer 7d secantial to the center of the circular reactor 7d is introduced above the catalyst bed. The feed gas mixture 6e is also split to a first partial flow 6f at the reactor head of the catalytic autothermal reformer 7d axially introduce and a second partial flow 6g via at least one feed secantially to the center of the circular reactor 7d above the catalyst bed. The supply lines for the oxygen-containing gas 2i of the catalytic autothermal reformer 7d allow also a contribution of the gas, the secantial to the center of the circular reactor 7d takes place over the catalyst bed.

5 bildet einen Querschnitt eines katalytischen Autothermen Reformers 7d ab, wie er in der zweitstufigen Reihenschaltung aus 4, enthaltend einen Steam-Methan-Reformer und einen katalytischen Autothermen Reformer, eingesetzt werden soll. Dabei sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Lanzenanordnungen zur Zuleitung von kohlenwasserstoffhaltigem Einsatzgas und/oder Prozessgas und sauerstoffhaltigem Gas gezeigt. Dabei stellt die linke Ausführungsform zwei Lanzen 13a, 13b zum sekantialen Eintrag bezogen auf den Mittelpunkt 16 des kreisförmigen Reaktors 7d von sauerstoffhaltigem Gas über das Katalysatorbett dar. Diese Art der Einleitung des sauerstoffhaltigen Gases kann mit der Zufuhr des Einsatz und/oder Prozessgases 14a, 14b so kombiniert werden, dass die Lanzen 13a und 14a, sowie 13b und 14b jeweils überkreuz angeordnet werden, wie in der mittleren Grafik dargestellt. Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in der rechten Abbildung dargestellt. Hier werden sämtliche Lanzen 13a, 13b, 14a, 14b in gleichem Abstand zueinander in den katalytischen Autothermen Reformer 7d eingeführt. Die Ausrichtung der Lanzen 13, 14 kann dabei bezogen auf den Mittelpunkt 16 des kreisförmigen Reaktors einschließlich der beiden extremen Ausrichtungsformen von tangential bis zu einem 90° Winkel, alle dazwischen liegenden Winkelmaße aufweisen, was dann als sekantial bezeichnet wird. Diese Optionen können dazu verwendet werden ganz gezielt Drallimpulse zu erzeugen, und somit die Rußerzeugung zu minimieren. 5 forms a cross section of a catalytic autothermal reformer 7d off, as in the second-stage series circuit 4 containing a steam methane reformer and a catalytic autothermal reformer to be used. In this case, various embodiments of the lance arrangements for the supply of hydrocarbon-containing feed gas and / or process gas and oxygen-containing gas are shown. In this case, the left embodiment provides two lances 13a . 13b to the semantic entry related to the center 16 of the circular reactor 7d of oxygen-containing gas over the catalyst bed. This type of introduction of the oxygen-containing gas may be accompanied by the supply of the feed and / or process gas 14a . 14b be combined so that the lances 13a and 14a , such as 13b and 14b are arranged crosswise, as shown in the middle graph. Another embodiment is shown in the right figure. Here are all lances 13a . 13b . 14a . 14b equidistant from each other in the catalytic autothermal reformer 7d introduced. The alignment of the lances 13 . 14 can be related to the midpoint 16 of the circular reactor, including the two extreme orientations from tangential to a 90 ° angle, have all the angular dimensions therebetween, which is then referred to as secantial. These options can be used to create swirl impulses in a targeted manner, thus minimizing the generation of soot.

In 6 ist ein Längsschnitt des katalytischen Autothermen Reformers 7d aus 4 gezeigt. Hier wird deutlich, dass die Lanzen 15a, 15b zum Gaseintrag auf unterschiedlichen Ebenen an der Reaktorwand angebracht sein können. Zudem zeigt die Abbildung, dass die Lanzen 15a, 15b unterschiedliche Ausrichtungen zur Behältermittelachse 17 des Reaktors 7d aufweisen können. In diesem Ausführungsbeispiel zeigt die Lanze 15a einen 90° Winkel zur Behältermittelachse 17 des Reaktors und die Lanze 15b weist einen spitzen Winkel zur Behältermittelachse 17 des Reaktors 7b auf. Dabei sollen die Lanzen bevorzugt nach unten zum Katalysatorbett hin ausgerichtet sein, so dass sich der spitze Winkel der Lanzenausrichtung zur Behälterachse zwischen 90° und 45° bewegt.In 6 is a longitudinal section of the catalytic autothermal reformer 7d out 4 shown. Here it becomes clear that the lances 15a . 15b may be attached to the gas inlet at different levels on the reactor wall. In addition, the figure shows that the lances 15a . 15b different orientations to the container center axis 17 of the reactor 7d can have. In this embodiment, the lance shows 15a a 90 ° angle to the container center axis 17 of the reactor and the lance 15b has an acute angle to the container central axis 17 of the reactor 7b on. In this case, the lances should preferably be oriented downwards toward the catalyst bed, so that the acute angle of the lance alignment to the container axis moves between 90 ° and 45 °.

Vorteile, die sich aus der Erfindung ergeben:

  • • Minimierung der Rußbildung, womit eine verlängerte Betriebszeit der Katalysatorenbetten erreicht wird.
  • • Minimierung der Dampf-zu-Kohlenwasserstoff-Verhältnisse bei der Reformierung, was mit einem reduzierten O2-Verbrauch verknüpft ist.
  • • geringere Investitionskosten
Advantages resulting from the invention:
  • • Minimization of soot formation, thus achieving extended catalyst bed service life.
  • • Minimization of steam to hydrocarbon ratios in reforming, which is associated with reduced O 2 consumption.
  • • lower investment costs

1a, 1b, 1c, 1d1a, 1b, 1c, 1d
katalytischer Reaktorcatalytic reactor
2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2h, 2i2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2h, 2i
sauerstoffhaltiges Gasoxygenated gas
3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i, 3j, 3k, 3l, 3m3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3i, 3j, 3k, 3l, 3m
Dampfsteam
4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 4l, 4n, 4n4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 4l, 4n, 4n
kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzgashydrocarbonaceous feed gas
5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h
Prozessgasprocess gas
6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g
EinsatzgasgemischFeed gas mixture
7a, 7b, 7c, 7d7a, 7b, 7c, 7d
katalytischer Autothermer Reformercatalytic Autothermal reformer
8a, 8b, 8c8a, 8b, 8c
Pre-ReformerPre-reformer
99
Synthesegassynthesis gas
1010
Reaktor zur katalytischen partiellen Oxidationreactor for catalytic partial oxidation
1111
Steam-Methan-ReformerSteam methane reformer
12a, 12b12a, 12b
Dampf/EinsatzgasgemischSteam / feed gas mixture
1313
Lanzen zum Eintrag sauerstoffhaltigem Gaseslances to the entry of oxygen-containing gas
1414
Lanzen zum Eintrag von Einsatz und/oder Prozessgaslances for entry of input and / or process gas
1515
Lanzenlances
1616
Mittelpunkt des kreisförmigen Reaktors 7d Center of the circular reactor 7d
1717
Behältermittelachse des kreisförmigen Reaktors 7d Container centerline of the circular reactor 7d

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Claims (25)

Verfahren zur rußfreien Herstellung von Synthesegas aus kohlenwasserstoffhaltigem Einsatzgas und sauerstoffhaltigem Gas in einer mehrstufigen Kaskade, welche mindestens eine der Stufen • katalytisches Autothermes Reformieren, • katalytische partielle Oxidation aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stufe der Kaskade sauerstoffhaltiges Gas und kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzgas zugeführt wird, das jeweils zu wasserstoffhaltigem Prozessgas umgesetzt wird und in Reihe die gesamte nachfolgende Kaskade durchläuft.A process for the soot-free production of synthesis gas from hydrocarbon-containing feed gas and oxygen-containing gas in a multi-stage cascade, which has at least one of the following stages: catalytic autothermal reforming, catalytic partial oxidation, characterized in that oxygen-containing gas and hydrocarbon-containing feed gas are fed to each stage of the cascade is converted to hydrogen-containing process gas and in series through the entire subsequent cascade. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bilanzierbare H2-Strom einer Vorgängerstufe unter Bezug auf die Stöchiometrie der H2O-Bildung der Folgestufe maximal den O2-Bedarf dieser Folgestufe kompensiert, maximal jedoch der 1,5fachen Menge der Bilanzgröße entspricht.A method according to claim 1, characterized in that the balanceable H 2 stream of a preceding stage with respect to the stoichiometry of the H 2 O formation of the next level compensated for the O 2 requirement of this subsequent stage maximum, but at most equal to 1.5 times the amount of the balance size , Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Reformierungsstufe der Kaskade, die als katalytischer Autothermer Reformer betrieben wird, ein höheres Dampf-zu-Kohlenstoff-Verhältnis realisiert wird, als in den Folgestufen der Kaskade.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that in the first stage of reforming the cascade, which operated as a catalytic autothermal reformer will, a higher steam-to-carbon ratio is realized, than in the subsequent stages of the cascade. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Stufe der Kaskade eine katalytische partielle Oxidation abläuft.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the first stage of the cascade a catalytic partial oxidation takes place. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass den einzelnen Stufen der Kaskade zusätzlich Dampf zugeführt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the individual stages of the cascade additionally steam is supplied. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas vor Durchlaufen einer katalytischen Reaktorsstufe zusammen mit Dampf einem Pre-Reformierungsschritt unterzogen wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the hydrocarbon-containing feed gas before passing through a catalytic reactor stage together with steam subjected to a pre-reforming step. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas vor Durchlaufen der ersten katalytischen Reaktorsstufe zusammen mit Dampf einem Pre-Reformierungsschritt unterzogen wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the hydrocarbon-containing feed gas before passing through the first catalytic reactor stage together is subjected to a pre-reforming step with steam. Verfahren zur rußfreien Herstellung von Synthesegas aus einem kohlenwasserstoffhaltigem Einsatzgas sowie aus sauerstoffhaltigem Gas und Wasserdampf in einer zweistufigen Reihenschaltung enthaltend in der ersten Stufe einen allothermen Steam-Methan-Reformer, sowie in der zweiten Stufe einen katalytischen Autothermen Reformer, wobei der zweiten Stufe das wasserstoffhaltige Prozessgas der ersten Stufe zugeleitet wird und zusätzlich kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzgas, Dampf und sauerstoffhaltiges Gas zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass • der bilanzierbare H2-Strom einer Vorgängerstufe unter Bezug auf die Stöchiometrie der H2O-Bildung der Folgestufe bevorzugt den O2-Bedarf dieser Folgestufe kompensiert, maximal jedoch der 2fachen Menge der Bilanzgröße entspricht, und • das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas und das sauerstoffhaltige Gas getrennt voneinander über Vorrichtungen, die auf unterschiedlichen Ebenen mit unterschiedlicher Ausrichtung in die letzte katalytische Autotherme Reformierungsstufe ragen, zugeleitet werden, wobei das sauerstoffhaltige Gas über mindestens eine separate Zuführung sekantial zum Mittelpunkt des kreisförmigen Reaktors über dem Katalysatorbett eingebracht wird, und das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas bevorzugt axial am Kopf des Reaktors zugeleitet wird.Process for the soot-free production of synthesis gas from a hydrocarbon-containing feed gas and from oxygen-containing gas and water vapor in a two-stage series circuit comprising in the first stage an allothermal steam methane reformer, and in the second stage a catalytic autothermal reformer, wherein the second stage, the hydrogen-containing process gas is fed to the first stage and in addition hydrocarbon-containing feed gas, steam and oxygen-containing gas is supplied, characterized in that • the H 2 stream which can be balanced in a preceding stage, with reference to the stoichiometry of the H 2 O formation of the subsequent stage, preferably the O 2 requirement of this Compensated, but at most equal to twice the amount of balance size, and • the hydrocarbon-containing feed gas and the oxygen-containing gas separated from each other via devices that are on different levels with different orientation in the last kata lytic autothermal reforming stage, the oxygen-containing gas is introduced via at least one separate feed secantially to the center of the circular reactor above the catalyst bed, and the hydrocarbon-containing feed gas is preferably fed axially at the top of the reactor. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas aus dem Steam-Methan-Reformer mit kohlenwasserstoffhaltigem Einsatzgas vermischt wird und dieses Gemisch axial am Kopf des Reaktors zugeleitet wird.Method according to claim 8, characterized in that that the process gas from the steam methane reformer with hydrocarbon Feed gas is mixed and this mixture axially at the top of the reactor is forwarded. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas aus dem Steam-Methan-Reformer mit kohlenwasserstoffhaltigem Einsatzgas vermischt wird und dieses Gemisch über mindestens eine separate Zuführung sekantial zum Mittelpunkt des kreisförmigen Reaktors über dem Katalystorbett in den katalytischen Autothermen Reformer eingebracht wird.Method according to one of claims 8 or 9, characterized in that the process gas from the steam methane reformer is mixed with hydrocarbon-containing feed gas and this Mixture via at least one separate feed secantially to the center of the circular reactor introduced the Katalystorbett in the catalytic autothermal reformer becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas aus dem Steam-Methan-Reformer über mindestens eine separate Zuführung sekantial zum Mittelpunkt des kreisförmigen Reaktors über dem Katalystorbett in den katalytischen Autothermen Reformer eingebracht wird.Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that the process gas from the steam methane reformer via at least one separate feeder secantial to the center of the circular reactor above the catalyst bed is introduced into the catalytic autothermal reformer. Verfahren einem der nach Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der katalytischen Autothermen Reformierungsstufe eine zusätzliche separate Sauerstoffzufuhr erfolgt, mit der ein Pilotbrenner betrieben wird.Method one of claims 8 to 11, characterized in that in the catalytic autothermal Reformierungsstufe an additional separate oxygen supply takes place, with which a pilot burner is operated. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steam-Methan-Reformer ein kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzgas und Wasserdampf bei einem Verhältnis von Dampf-zu-Kohlenstoff, gerechnet als Verhältnis von Molmenge Dampf zu Molmenge reinem Kohlenstoff im Kohlenwasserstoff, von 2,0 bis 4,0, bevorzugt von 2,8, allotherm umgesetzt werden.Method according to one of claims 8 to 12, characterized in that in the steam-methane reformer a hydrocarbon feed gas and water vapor at a ratio of steam-to-carbon, calculated as a ratio of Molar amount of steam to molar amount of pure carbon in the hydrocarbon, from 2.0 to 4.0, preferably from 2.8, are reacted allothermically. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der katalytischen Autothermen Reformierungsstufe ein kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzgas sowie ein sauerstoffhaltiges Gas und Wasserdampf bei einem Verhältnis von Dampf-zu-Kohlenstoff, gerechnet als Verhältnis von Molmenge Dampf zu Molmenge reinem Kohlenstoff im Kohlenwasserstoff, von 0,0 bis 3,0, umgesetzt werden.Method according to one of claims 8 to 13, characterized in that in the catalytic autothermal Reformierungsstufe a hydrocarbon-containing feed gas as well an oxygen-containing gas and water vapor at a ratio of steam-to-carbon, calculated as a ratio of Molar amount of steam to molar amount of pure carbon in the hydrocarbon, from 0.0 to 3.0. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas der katalytischen Autothermen Reformierungsstufe zusammen mit Dampf vor Durchlaufen dieser Reformierungsstufe in einem Pre-Reformer erhitzt wird.Method according to one of claims 8 to 14, characterized in that the hydrocarbon-containing feed gas the catalytic autothermal reforming stage together with steam before going through this reforming stage in a pre-reformer is heated. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass dem Steam-Methan-Reformer ein Teilstrom, bestehend aus mindestens 10%, bevorzugt 25% bezogen auf das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas beider Stufen zugeführt wird.Method according to one of claims 8 to 15, characterized in that the steam methane reformer a partial flow, consisting of at least 10%, preferably 25% based on the hydrocarbon-containing Feed gas is supplied to both stages. Vorrichtung zur Durchführung der rußfreien Herstellung von Synthesegas in einer mehrstufigen Reaktorkaskade entsprechend Anspruch 1, enthaltend • mindestens zwei katalytische Reaktorstufen, • eine Vorrichtung zur Einleitung des kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases in die erste katalytische Reaktorstufe, • eine Vorrichtung zur Einleitung von sauerstoffhaltigem Gas in die erste katalytische Reaktorstufe, • eine Vorrichtung zur Überführung des in einer Reaktorstufe erhaltenen Prozessgases in eine nachfolgende Reaktorstufe, dadurch gekennzeichnet, dass • die katalytischen Reaktoren über die Prozessgasführung in Reihe geschaltet sind, • eine Vorrichtung zur Zuführung von sauerstoffhaltigem Gas in die einzelnen in Reihe geschalteten katalytischen Reaktoren vorgesehen ist, und • Vorrichtungen zur Zuführung von kohlenwasserstoffhaltigem Einsatzgas in die Prozessgasführung und/oder in die einzelnen in Reihe geschalteten katalytischen Reaktoren vorgesehen sind.Apparatus for carrying out soot-free Production of synthesis gas in a multi-stage reactor cascade according to claim 1, containing • at least two catalytic reactor stages, • a device for Introduction of the hydrocarbon-containing feed gas into the first catalytic reactor stage, • a device for Introduction of oxygen-containing gas into the first catalytic Reactor stage, • a device for transfer of the process gas obtained in a reactor stage into a subsequent reactor stage, thereby marked that • the catalytic reactors over the process gas guide are connected in series, • one Apparatus for supplying oxygen-containing gas in the individual series-connected catalytic reactors provided is and • Devices for feeding hydrocarbon-containing feed gas in the process gas guide and / or in the individual series-connected catalytic reactors are provided. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaskade aus katalytischen Autothermen Reformern besteht.Device according to claim 17, characterized in that that the cascade consists of catalytic autothermal reformers. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stufe der Kaskade aus einem katalytischen Partiellen-Oxidations-Element besteht.Device according to claim 17, characterized in that that the first stage of the cascade consists of a catalytic partial oxidation element consists. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass für das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas eines katalytischen Reaktors mit dem Auslass des Gases eines Pre-Reformers verbunden ist.Device according to one of claims 17 19, characterized in that the inlet for the hydrocarbon-containing Feed gas of a catalytic reactor with the outlet of the gas connected to a pre-reformer. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass für das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzgas des ersten katalytischen Reaktors der Kaskade mit dem Auslass des Gases eines Pre-Reformers verbunden ist.Device according to one of claims 17 to 20, characterized in that the inlet for the hydrocarbon-containing Feed gas of the first catalytic reactor of the cascade with the Outlet of the gas of a pre-reformer is connected. Vorrichtung zur Durchführung der rußfreien Herstellung von Synthesegas in einer zweistufigen Reformerkaskade entsprechend Anspruch 8, enthaltend • einen Steam-Methan-Reformer, • einen katalytischen Autothermen Reformer, • eine Vorrichtung zur Einleitung des kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases, in den Steam-Methan-Reformer, • eine Vorrichtung zur Einleitung von Wasserdampf in die Einsatzgasvorrichtung, und • eine Vorrichtung zur Überführung des im Steam-Methan-Reformer erhaltenen Prozessgases in den katalytischen Autothermen Reformer, dadurch gekennzeichnet, dass • jeweils mindestens eine Vorrichtung zum Gaseintrag am Reaktorkopf des katalytischen Autothermen Reformers vorgesehen ist, sowie weitere Vorrichtungen zum Gaseintrag, die sekantial auf den Mittelpunkt des kreisförmigen Reaktors ausgerichtet sind und auf unterschiedlichen Ebenen mit unterschiedlicher Ausrichtung zur Behältermittelachse in den Reaktor ragen.Apparatus for carrying out the soot-free production of synthesis gas in a two-stage reformer cascade according to claim 8, comprising • a steam-methane reformer, • a catalytic autothermal reformer, • a device for introducing the hydrocarbon-containing feed gas, in the steam-methane reformer, • a Device for introducing steam into the feed gas device, and • a device for transferring the process gas obtained in the steam methane reformer in the catalytic autothermal reformer, characterized in that • at least one device for gas entry at the reactor head of the catalytic autothermal Refor Mers is provided, as well as other devices for gas entry, which are aligned secantially to the center of the circular reactor and protrude at different levels with different orientation to the container central axis in the reactor. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zum Mischen des Prozessgases des jeweiligen Reformers mit kohlenwasserstoffhaltigem Einsatzgas vorgesehen ist.Device according to claim 22, characterized in that in that a device for mixing the process gas of the respective Reformers is provided with hydrocarbon-containing feed gas. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche separate Zuführung für sauerstoffhaltiges Gas am Reaktorkopf der letzten katalytischen Autothermen Reformerstufe vorgesehen ist, die mit einem Pilotbrenner verbunden ist.Device according to one of claims 22 or 23, characterized in that an additional separate feed for oxygen-containing gas at the reactor head of the last catalytic autothermal reformer stage is provided, which is connected to a pilot burner. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass für das kohlenwasserstoffhaltige des katalytischen Autothermen Reformers mit dem Auslass des Gases eines Pre-Reformers verbunden ist.Device according to one of claims 22 to 24, characterized in that the inlet for the hydrocarbon-containing of the catalytic autothermal reformer with the outlet of the gas connected to a pre-reformer.
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