DE102015013103A1 - Steam reformer with catalytically effective static mixers - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Formkörperkatalysator (20), insbesondere zur Anordnung in einem Reaktorrohr (10) eines Dampfreformers (1), aufweisend: einen monolithischen Trägerkörper (21), der dazu ausgebildet ist, in einem Innenraum (I) einer Rohrleitung (10) angeordnet zu werden, so dass der Trägerkörper (21) an einer den Trägerkörper (21) umgebenden Innenseite (11) der Rohrleitung (10) anliegen kann, ein Katalysatormaterial, das auf eine Oberfläche des Trägerkörpers (21) aufgebracht ist, wobei der Trägerkörper (21) weiterhin eine Mehrzahl an strömungsbeeinflussenden Elementen (22) aufweist, die einstückig aneinander angeformt sind und dazu ausgebildet sind, eine Quervermischung eines durch den Trägerkörper (21) geleiteten Stoffstroms (E) zu bewirken.The invention relates to a shaped body catalyst (20), in particular for arrangement in a reactor tube (10) of a steam reformer (1), comprising: a monolithic carrier body (21) which is arranged in an interior space (I) of a pipeline (10) to be so that the carrier body (21) on a the carrier body (21) surrounding the inside (11) of the pipe (10) can abut, a catalyst material which is applied to a surface of the carrier body (21), wherein the carrier body (21 ) further comprises a plurality of flow-influencing elements (22), which are integrally formed on each other and are adapted to cause a cross-mixing of a through the carrier body (21) passed material stream (E).

Description

Die Erfindung betrifft einen Formkörperkatalysator, einen Dampfreformerofen, ein Verfahren zur Dampfreformierung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Form körperkatalysators.The invention relates to a molded article catalyst, a steam reforming furnace, a process for steam reforming and a method for producing a mold body catalyst.

Die Dampfreformierung ist eine stark endotherme Reaktion. Die von den Brennern bereitgestellte Wärme wird durch die jeweilige Reaktorrohrwand und die Katalysatorschüttung ins Innere des jeweiligen Reaktorrohres transportiert und steht dort zum Aufheizen des Mediums und für die Deckung der Endothermie zur Verfügung.Steam reforming is a strongly endothermic reaction. The heat provided by the burners is transported through the respective reactor tube wall and the catalyst bed into the interior of the respective reactor tube and is there for heating the medium and for covering the endothermic available.

Durch den Wärmewiderstand der Schüttung ist die Rohrwand heißer als der Reaktionsort im Inneren der Schüttung. Da die Rohrwandtemperaturen Designgrenzen sind, erlaubt ein verringerter Wärmewiderstand höhere Reaktionstemperaturen und höheren Umsatz oder erlaubt die Ausführung größerer Rohrdurchmesser. Beides verbessert die Wirtschaftlichkeit eines Reformers.Due to the thermal resistance of the bed, the pipe wall is hotter than the reaction site inside the bed. As the tube wall temperatures are design limits, reduced thermal resistance allows for higher reaction temperatures and higher conversion, or allows for larger diameter tubes. Both improve the profitability of a reformer.

Hiervon ausgehend, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Katalysator bereitzustellen, der der oben genannten Problematik entgegenwirkt.On this basis, the present invention has for its object to provide a catalyst which counteracts the above-mentioned problem.

Diese Aufgabe wird durch einen Formkörperkatalysator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den entsprechenden Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend beschrieben.This object is achieved by a shaped-body catalyst having the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the corresponding subclaims and are described below.

Gemäß Anspruch 1 ist ein Formkörperkatalysator vorgesehen, insbesondere zur Anordnung in einem Reaktorrohr eines Dampfreformers, mit:

  • – einem monolithischen Trägerkörper, der dazu ausgebildet ist, in einem Innenraum einer Rohrleitung angeordnet zu werden, so dass insbesondere der Trägerkörper an einer den Trägerkörper umgebenden Innenseite der Rohrleitung anliegen kann,
  • – einem Katalysatormaterial, das auf eine Oberfläche des Trägerkörpers aufgebracht ist,
  • – wobei der Trägerkörper weiterhin eine Mehrzahl an strömungsbeeinflussenden Elementen aufweist, die einstückig aneinander angeformt sind und dazu ausgebildet sind, eine Quervermischung eines durch den Trägerkörper geleiteten Stoffstroms zu bewirken.
According to claim 1, a shaped-body catalyst is provided, in particular for arrangement in a reactor tube of a steam reformer, with:
  • A monolithic carrier body which is designed to be arranged in an interior space of a pipeline, so that in particular the carrier body can abut against an inner side of the pipeline surrounding the carrier body,
  • A catalyst material applied to a surface of the carrier body,
  • - Wherein the carrier body further comprises a plurality of flow-influencing elements, which are integrally formed on each other and are adapted to effect a cross-mixing of a guided through the carrier body material flow.

Die Quervermischung meint hierbei insbesondere eine Vermischung oder Verwirbelung quer zur Strömungsrichtung des Stoffstromes bzw. quer zur Längsachse des einstückigen Trägerkörpers. D. h. z. B., dass die Elemente des Trägerkörpers den Stoffstrom jeweils aufteilen und wieder zusammenführen, und/oder dass z. B. angrenzende Teilvolumina des Stoffstromes quer zur Strömungsrichtung mit einander vermischt werden. Hierdurch wird der Stoffstrom nicht nur homogenisiert, sondern auch eine Wärmeleitung quer zur Strömungsrichtung unterstützt. Insbesondere können die Elemente bzw. der Trägerkörper als statischer Mischer ausgeführt sein (hierbei können bekannte statische Mischer verwendet werden), die in bekannter Weise die besagte Quervermischung eines bzw. zweier eingangs parallel geführter Stoffströme bewirken.The transverse mixing here means, in particular, a mixing or turbulence transversely to the flow direction of the material stream or transversely to the longitudinal axis of the one-piece carrier body. Ie. z. B., that the elements of the carrier body divide the flow respectively and merge again, and / or that z. B. adjacent sub-volumes of the stream are transverse to the flow direction mixed with each other. As a result, the material flow is not only homogenized, but also supports a heat conduction transversely to the flow direction. In particular, the elements or the carrier body can be designed as a static mixer (in this case, known static mixers can be used), which effect in a known manner, the said transverse mixing of one or two at the beginning of parallel material flows.

Der erfindungsgemäße Formkörperkatalysator hat gegenüber herkömmlichen Katalysatorschüttungen erhebliche Vorteile. So sind Schüttungen gedrungener kugelähnlicher Körper dafür bekannt, dass sie quer zur Hauptströmungsrichtung nur eine mäßige Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Demgegenüber weisen statische Mischer bzw. ähnliche Strukturen mit Vorteil eine hohe Quervermischung auf, sodass die Wärmeleitfähigkeit des erfindungsgemäßen Formkörperkatalysators entsprechend verbessert ist.The novel shaped-body catalyst has considerable advantages over conventional catalyst beds. Thus, beds of squat ball-like bodies are known to have only a moderate thermal conductivity transverse to the main flow direction. In contrast, static mixers or similar structures advantageously have a high cross-mixing, so that the thermal conductivity of the shaped-body catalyst according to the invention is correspondingly improved.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Formkörperkatalysators ist vorgesehen, dass zumindest der Trägerkörper durch 3D-Drucken hergestellt ist. Hierbei können bekannte 3D-Druckverfahren, wie zum Beispiel die Stereolithographie, verwendet werden.According to a preferred embodiment of the shaped body catalyst according to the invention, it is provided that at least the carrier body is produced by 3D printing. Here, known 3D printing methods, such as stereolithography, can be used.

Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Formkörperkatalysators vorgesehen, dass der Trägerkörper (z. B. durch das 3D-Druckverfahren) aus einer Keramik hergestellt ist oder eine Keramik aufweist.Furthermore, according to a preferred embodiment of the shaped-body catalyst according to the invention, provision is made for the carrier body (for example by the 3D printing method) to be produced from a ceramic or has a ceramic.

Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Formkörperkatalysators vorgesehen, dass die besagten Elemente schrauben-, lamellen- oder gitterförmig ausgebildet sind.Furthermore, it is provided according to a preferred embodiment of the shaped-body catalyst according to the invention that the said elements are helical, lamellar or lattice-shaped.

Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Formkörperkatalysators vorgesehen, dass die Elemente des Formkörpers so zueinander angeordnet sind, dass – wenn der Formkörper bestimmungsgemäß in einem Innenraum einer Rohrleitung angeordnet ist – eine von der Wandung des Rohres ausgehende Wärmestrahlung direkt zumindest einige der Elemente beaufschlagen kann. Mit anderen Worten kann also der Trägerkörper so ausgeführt werden, dass der in einigen Anwendungen der Erfindung (z. B. Dampfreformation) wichtigen Wärmestrahlung wenig Widerstand entgegengesetzt wird, dass man also von möglichst vielen Oberflächen der besagten Elemente im Inneren der Struktur des Trägerkörpers die besagte umlaufende Innenwand der Rohrleitung sehen kann und damit direkter Strahlungsaustausch möglich ist.Furthermore, according to a preferred embodiment of the shaped-body catalyst according to the invention, it is provided that the elements of the shaped body are arranged relative to one another such that - if the Shaped body is intended to be arranged in an interior of a pipe - a heat emanating from the wall of the pipe heat radiation can act directly on at least some of the elements. In other words, therefore, the support body can be designed so that the heat radiation important in some applications of the invention (eg steam reforming) is little resisted, that is to say from as many surfaces of said elements inside the structure of the support body as possible can see circumferential inner wall of the pipeline and thus direct radiation exchange is possible.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Dampfreformerofen zur Herstellung eines Synthesegases aus einem Einsatzstoffstrom, der einen Kohlenwasserstoff und Wasserdampf aufweist, mit: zumindest einem beheizbaren Reaktorrohr zur Aufnahme des Einsatzstoffstromes, wobei in dem Reaktorrohr ein erfindungsgemäßer Formkörperkatalysator angeordnet ist, so dass ein durch das mindestens eine Reaktorrohr geleiteter Einsatzstoffstrom durch den Formkörperkatalysator führbar ist und das Katalysatormaterial dabei kontaktiert.A further aspect of the invention relates to a steam reforming furnace for producing a synthesis gas from a feedstock stream comprising a hydrocarbon and water vapor, comprising: at least one heatable reactor tube for receiving the feedstock stream, wherein in the reactor tube a shaped catalyst according to the invention is arranged, so that a through the at least a reactor tube led feed stream through the shaped body catalyst is feasible and contacted the catalyst material thereby.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dampfreformierung, wobei ein Synthesegas aus einem Einsatzstoffstrom, der einen Kohlenwasserstoff und Wasserdampf aufweist, in Gegenwart eines Katalysators erzeugt wird, wobei als Katalysator ein erfindungsgemäßer Formkörperkatalysator verwendet wird.Another aspect of the present invention relates to a process for steam reforming, wherein a synthesis gas is generated from a feedstock stream comprising a hydrocarbon and water vapor in the presence of a catalyst, using as the catalyst a molded article catalyst according to the invention.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Formkörperkatalysators, wobei der Trägerkörper mittels 3D-Drucken hergestellt wird, und wobei anschließend ein Katalysatormaterial auf eine Oberfläche des Trägerkörpers aufgebracht wird. Das 3D-Drucken kann durch bekannte 3D-Druckverfahren wie z. B. die Stereolithographie durchgeführt werden.Finally, the invention relates to a method for producing a shaped body catalyst according to the invention, wherein the carrier body is produced by means of 3D printing, and wherein subsequently a catalyst material is applied to a surface of the carrier body. 3D printing can be achieved by known 3D printing methods such as. Example, the stereolithography be performed.

Das 3D-Drucken erweist sich hier als vorteilhaft, da alle erdenklichen strömungsbeeinflussenden Elemente des Trägerkörpers einstückig mit dem Trägerkörper herstellbar sind. So können insbesondere mit Vorteil auch alle erdenklichen Hinterschnitte realisiert werden.The 3D printing proves to be advantageous here since all imaginable flow-influencing elements of the carrier body are produced in one piece with the carrier body. In this way, in particular all conceivable undercuts can be realized with advantage.

Die erfindungsgemäßen Formkörperkatalysatoren erlauben im Ergebnis mit Vorteil eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit sowie entsprechend, bei gegebener Wandtemperatur einer umgebenden Rohrleitung, eine erhöhte mittlere Reaktionstemperatur, die höhere Umsätze bzw. einen wirtschaftlichen Betrieb der Anlage ermöglicht.As a result, the shaped-body catalysts according to the invention advantageously allow for increased thermal conductivity and, correspondingly, for a given wall temperature of a surrounding pipeline, an increased average reaction temperature which enables higher conversions or economical operation of the system.

Der erfindungsgemäße Formkörperkatalysator wurde vorliegend am Beispiel der Dampfreformation beschrieben, kann jedoch auch für alle erdenklichen anderen Reaktionssysteme verwendet werden. Ein weiteres Beispiel ist die Acetylenhydrierung in Steamcrackern.The shaped-body catalyst according to the invention has been described here using the example of steam reforming, but it can also be used for all conceivable other reaction systems. Another example is acetylene hydrogenation in steam crackers.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen bei der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figur erläutert werden. Es zeigt:Further features and advantages of the invention will be explained with reference to the figure in the following description of embodiments of the invention. It shows:

1 eine schematische ausschnitthafte Ansicht eines Dampfreformerofens mit einem erfindungsgemäßen Formkörperkatalysator. 1 a schematic sectional view of a steam reformer furnace with a molded article catalyst according to the invention.

Die 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Formkörperkatalysator 20, der hier als Beispiel in einem Dampfreformerofen 1 zum Einsatz kommt.The 1 shows a shaped body catalyst according to the invention 20 Here's an example in a steam reformer oven 1 is used.

Dieser weist einen Feuerraum 100 auf, in dem entlang der Vertikalen z erstreckte Reaktorrohre 10 angeordnet sind, die z. B. durch Brenner 101 von außen beheizt werden.This has a firebox 100 on, in the along the vertical z extended reactor tubes 10 are arranged, the z. B. by burners 101 be heated from the outside.

In den Innenraum 1 der Reaktorrohre 10 wird am oberen Ende ein vorzugsweise entschwefelter Einsatzstoffstrom E eingeleitet, der einen Kohlenwasserstoff sowie überhitzten Wasserdampf aufweist (entsprechend dem für das Reformieren notwendige Dampf/Kohlenstoff-Verhältnis). Der Einsatzstoffstrom E strömt von oben nach unten durch die Reaktorrohre 10, wobei beim Durchströmen der von außen befeuerten Reaktorrohre 10 das Kohlenwasserstoff/Dampf-Gemisch E in Gegenwart des Form körperkatalysators 20 gemäß CnHm + nH2O ⇒ nCO + ((n + m)/2)H2 (1) CH4 + H2O ⇔ CO + 3H2 (2) CO + H2O ⇔ CO2 + H2 (3) zu einem Synthesegas S enthaltend Wasserstoff und Kohlenmonoxid umgesetzt wird.In the interior 1 the reactor tubes 10 at the upper end a preferably desulfurized feed stream E is introduced, which has a hydrocarbon and superheated steam (corresponding to the steam / carbon ratio necessary for the reforming). The feed stream E flows from top to bottom through the reactor tubes 10 , wherein when flowing through the externally fired reactor tubes 10 the hydrocarbon / steam mixture E in the presence of the mold body catalyst 20 according to C n H m + nH 2 O ⇒ nCO + ((n + m) / 2) H 2 (1) CH 4 + H 2 O⇔CO + 3H 2 (2) CO + H 2 O⇔CO 2 + H 2 (3) to a synthesis gas S containing hydrogen and carbon monoxide is reacted.

Da die Wärmebilanz für die Hauptreaktionen (1)–(3) endotherm ist, muss die benötigte Wärme durch externe Feuerung zugeführt werden. Die besagten Brenner 101 für diese Befeuerung sind dazu z. B. an einer Decke des Feuerraumes 100 zwischen den Reaktorrohren 10 angeordnet und feuern vertikal nach unten. Als Brenngas B kann z. B. ein Restgas aus einer Druckwechseladsorptionsanlage sowie Heizgas von der Anlagengrenze verwendet werden, das in Gegenwart eines ebenfalls zugeführten Oxidationsmittels O mittels der Brenner 101 verbrannt wird.Since the heat balance for the main reactions (1) - (3) is endothermic, the required heat must be supplied by external firing. The said burners 101 for this firing are z. B. on a ceiling of the furnace 100 between the reactor tubes 10 arranged and firing vertically downwards. As a fuel gas B z. B. a residual gas from a pressure swing adsorption plant and heating gas can be used by the plant boundary, in the presence of a likewise supplied oxidant O by means of the burner 101 is burned.

Die jeweils in den Innenraumen I der Reaktorrohre 10 angeordneten Formkörperkatalysatoren 20 füllen den jeweiligen Innenraum I im Querschnitt vorzugsweise voll aus, d. h., der jeweilige monolithische Trägerkörper 21 liegt bevorzugt an einer Innenseite 11 des jeweiligen Reaktorrohres 10 bzw. einer Isolierung des Reaktorrohres 10, die zum Reaktorrohr gezählt wird, an.Each in the interior I of the reactor tubes 10 arranged molding catalysts 20 Preferably fill the respective interior I in cross section fully, ie, the respective monolithic carrier body 21 is preferably on an inner side 11 of the respective reactor tube 10 or an insulation of the reactor tube 10 , which is counted to the reactor tube to.

Die Trägerkörper 21 sind vorzugsweise durch 3D-Drucken aus einem keramischen Material gefertigt und weisen auf ihrer Oberseite ein für die Dampfreformation geeignetes Katalysatormaterial auf, so dass der Einsatzstoffstrom E beim Durchströmen der Reaktorrohre 10 dieses kontaktieren kann.The carrier body 21 are preferably made by 3D printing from a ceramic material and have on its top a suitable for steam reforming catalyst material, so that the feed stream E as it flows through the reactor tubes 10 this can contact.

Um eine möglichst gute Wärmeübertragung quer zur vertikalen Strömungsrichtung des Stoffstromes E zu erhalten, weisen die Trägerkörper 21 jeweils eine Mehrzahl an strömungsbeeinflussenden Elementen 22 auf, von denen pro Reaktorrohr 10 jeweils eines exemplarisch in der 1 gezeigt ist.In order to obtain the best possible heat transfer transversely to the vertical flow direction of the stream E, have the carrier body 21 in each case a plurality of flow-influencing elements 22 on, of which per reactor tube 10 each one exemplary in the 1 is shown.

Diese Elemente 22 können wie die Mischelemente bekannter statischer Mischer ausgebildet sein und können beispielsweise als Schrauben-, Lamellen, oder Gitterelemente ausgebildet sein.These elements 22 may be formed as the mixing elements of known static mixer and may be formed, for example, as a screw, slats, or grid elements.

Die Elemente 22 sind bevorzugt unter Ausbildung des jeweiligen Trägerkörpers 21 einstückig aneinander angeformt und dazu ausgebildet, eine Quervermischung benachbarter Teilvolumina des durch den jeweiligen Trägerkörper 21 geleiteten Einsatzstoffstroms E zu bewirken. Dies erlaubt eine Homogenisierung des Einsatzstoffstromes E und verbessert die Wärmeleitung bzw. -Übertragung quer zur Strömungsrichtung des Einsatzstoffstromes E.The Elements 22 are preferred to form the respective carrier body 21 formed integrally with each other and adapted to a cross-mixing of adjacent sub-volumes of the respective carrier body 21 directed feed stream E to effect. This allows a homogenization of the feed stream E and improves the heat conduction or transfer transversely to the flow direction of the feed stream E.

Die Elemente 21 sind insbesondere so zueinander angeordnet, dass Wärmestrahlung, die von den Innenseiten 11 der Reaktorrohre 10 aufgrund der äußeren Befeuerung durch die Brenner 101 ausgeht, einzelne Elemente 21 bevorzugt direkt beaufschlagen kann, um die Wärmeleitung durch Wärmestrahlung quer zur Strömungsrichtung des Einsatzstoffstromes E zusätzlich zu verbessern.The Elements 21 are in particular arranged to each other so that heat radiation from the insides 11 the reactor tubes 10 due to external firing by the burners 101 goes out, individual elements 21 preferably can act directly to the heat conduction by heat radiation transverse to the flow direction of the feed stream E in addition to improve.

Mit anderen Worten sind also zwischen einzelnen Elementen 21 Freiräume vorhanden, derart, dass nicht nur der Stoffstrom E von Element 21 zu Element 21 geführt werden kann, sondern auch von außen Wärmestrahlung zu den Elementen 21 bzw. dem entlang der Elemente 21 geführten Einsatzstoffstrom E gelangen kann. Bezugszeichen 1 Dampfreformerofen 10 Rohrleitung bzw. Reaktorrohr 11 Innenseite 20 Formkörperkatalysator 21 Trägerkörper 22 Element zur Quervermischung bzw. statischen Mischung 100 Feuerraum 101 Brenner B Brennstoff E Einsatzstoffstrom O Oxidationsmittel S Synthesegas I Innenraum Z Vertikale In other words, between individual elements 21 Free spaces available, such that not only the stream E of element 21 to element 21 can be guided, but also from the outside heat radiation to the elements 21 or along the elements 21 Guided feed stream E can get. reference numeral 1 Steam reformer furnace 10 Pipeline or reactor tube 11 inside 20 Moldings catalyst 21 support body 22 Element for cross-mixing or static mixing 100 firebox 101 burner B fuel e Feed stream O oxidant S synthesis gas I inner space Z vertical

Claims (8)

Formkörperkatalysator (20), insbesondere zur Anordnung in einem Reaktorrohr (10) eines Dampfreformerofens (1), aufweisend: – einen monolithischen Trägerkörper (21), der dazu ausgebildet ist, in einem Innenraum (I) einer Rohrleitung (10) angeordnet zu werden, so dass vorzugsweise der Trägerkörper (21) an einer den Trägerkörper (21) umgebenden Innenseite (11) der Rohrleitung (10) anliegen kann, – ein Katalysatormaterial, das auf eine Oberfläche des Trägerkörpers (21) aufgebracht ist, – wobei der Trägerkörper (21) weiterhin eine Mehrzahl an strömungsbeeinflussenden Elementen (22) aufweist, die einstückig aneinander angeformt sind und dazu ausgebildet sind, eine Quervermischung eines durch den Trägerkörper (21) geleiteten Stoffstroms (E) zu bewirken.Shaped catalyst ( 20 ), in particular for arrangement in a reactor tube ( 10 ) of a steam reformer furnace ( 1 ), comprising: - a monolithic carrier body ( 21 ), which is designed to be in an interior (I) of a pipeline ( 10 ), so that preferably the support body ( 21 ) on one of the carrier body ( 21 ) surrounding inside ( 11 ) of the pipeline ( 10 ), - a catalyst material which is deposited on a surface of the carrier body ( 21 ) is applied, - wherein the carrier body ( 21 ) further comprises a plurality of flow-influencing elements ( 22 ), which are formed integrally with each other and are adapted to cross-mixing of a through the support body ( 21 ) to effect passed stream (E). Formkörperkatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Trägerkörper (21) durch 3D-Drucken hergestellt ist.Shaped body catalyst according to claim 1, characterized in that at least the carrier body ( 21 ) is produced by 3D printing. Formkörperkatalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (21) aus einer Keramik hergestellt ist oder eine Keramik aufweist.Shaped body catalyst according to claim 1 or 2, characterized in that the carrier body ( 21 ) is made of a ceramic or has a ceramic. Formkörperkatalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Elemente (22) schrauben-, lamellen- oder gitterförmig ausgebildet sind.Shaped body catalyst according to one of the preceding claims, characterized in that the said elements ( 22 ) are screw, lamellar or lattice-shaped. Formkörperkatalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (22) des Trägerkörpers (21) so zueinander angeordnet sind, dass – wenn der Trägerkörper (21) bestimmungsgemäß in einem Innenraum (I) einer Rohrleitung (10) angeordnet ist – eine von der Innenseite (11) der Rohrleitung (10) ausgehende Wärmestrahlung zumindest einige der Elemente (22) oder einen entlang dieser Elemente (22) geführten Stoffstrom (E) direkt beaufschlagen kann.Shaped body catalyst according to one of the preceding claims, characterized in that the elements ( 22 ) of the carrier body ( 21 ) are arranged to one another such that - when the carrier body ( 21 ) as intended in an interior (I) of a pipeline ( 10 ) - one from the inside ( 11 ) of the pipeline ( 10 ) outgoing thermal radiation at least some of the elements ( 22 ) or one along these elements ( 22 ) can be applied directly guided material flow (E). Dampfreformerofen zur Herstellung eines Synthesegases (S) aus einem Einsatzstoffstrom (E) aufweisend einen Kohlenwasserstoff und Wasserdampf, mit: zumindest einem beheizbaren Reaktorrohr (10) zur Aufnahme des Einsatzstoffstromes (E), wobei in dem Reaktorrohr (10) ein Formkörperkatalysator (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet ist, so dass ein durch das mindestens eine Reaktorrohr (10) geleiteter Einsatzstoffstrom (E) durch den Formkörperkatalysator (20) führbar ist und das Katalysatormaterial dabei kontaktiert.Steam reforming furnace for producing a synthesis gas (S) from a feedstock stream (E) comprising a hydrocarbon and water vapor, comprising: at least one heatable reactor tube ( 10 ) for receiving the feed stream (E), wherein in the reactor tube ( 10 ) a shaped body catalyst ( 20 ) according to one of the preceding claims, so that a through the at least one reactor tube ( 10 ) fed feed stream (E) through the shaped body catalyst ( 20 ) Is feasible and contacted the catalyst material thereby. Verfahren zur Dampfreformierung, wobei ein Synthesegas (S) aus einem Einsatzstoffstrom (E) aufweisend einen Kohlenwasserstoff und Wasserdampf in Gegenwart eines Katalysators erzeugt wird, wobei als Katalysator ein Formkörperkatalysator (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 verwendet wird.A process for steam reforming, wherein a synthesis gas (S) is produced from a feedstock stream (E) comprising a hydrocarbon and water vapor in the presence of a catalyst, using as catalyst a shaped catalyst ( 20 ) is used according to one of claims 1 to 5. Verfahren zur Herstellung eines Formkörperkatalysators (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Trägerkörper (21) mittels 3D-Drucken hergestellt wird, und wobei anschließend ein Katalysatormaterial auf eine Oberfläche des Trägerkörpers (21) aufgebracht wird.Process for the preparation of a shaped catalyst ( 20 ) according to one of claims 1 to 5, wherein the carrier body ( 21 ) is produced by means of 3D printing, and in which case a catalyst material is applied to a surface of the carrier body ( 21 ) is applied.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112058284A (en) * 2020-09-18 2020-12-11 北京化工大学 Preparation method of alkane oxidation catalyst capable of being magnetically separated and product thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10138970A1 (en) * 2001-08-08 2003-02-20 Bayer Ag Tubular reactor based on a laminate
WO2009047141A1 (en) * 2007-10-08 2009-04-16 Basf Se Use of moulded bodies with catalytic properties as reactor fittings

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10138970A1 (en) * 2001-08-08 2003-02-20 Bayer Ag Tubular reactor based on a laminate
WO2009047141A1 (en) * 2007-10-08 2009-04-16 Basf Se Use of moulded bodies with catalytic properties as reactor fittings

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112058284A (en) * 2020-09-18 2020-12-11 北京化工大学 Preparation method of alkane oxidation catalyst capable of being magnetically separated and product thereof
CN112058284B (en) * 2020-09-18 2021-03-26 北京化工大学 Preparation method of alkane oxidation catalyst capable of being magnetically separated and product thereof

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