DE1545444A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Dampferzeugung in einem Sekundaerreformer - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Dampferzeugung in einem Sekundaerreformer

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DE1545444A1 DE19661545444 DE1545444A DE1545444A1 DE 1545444 A1 DE1545444 A1 DE 1545444A1 DE 19661545444 DE19661545444 DE 19661545444 DE 1545444 A DE1545444 A DE 1545444A DE 1545444 A1 DE1545444 A1 DE 1545444A1
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Description

Verfahren und Vorrichtung zur Dampferzeugung in einem Sekundärreformer
Diese Erfindung bezieht sich auf Reaktoren und insbesondere auf die Ausnutzung von Eigenwärme, welche bei Produkten aus im wesentlichen adiabatischen Katalytreaktoren zur Verfügung steht, beispielsweise solchen, in welchen Kohlenwasserstoffe exotherm mit einem vergasenden Agens zur Herstellung von Gasen für Synthese— zwecke reagieren, wie z.B. bei der Herstellung von Ammoniak, oder in welchen die Zusammensetzung der Gase, welche für Synthese- oder andere Zwecke, wie z.B. Stadtgas verwendet werden, modifiziert wird. Die Benützung eines erfindungsgemäßen Reaktors erleichtert die Dampferzeugung durch Wärmeaustausch mit z.B. einem Stickstoff-Wasserstoffgemisoh aus irgendeiner exothermen Zwischenstufe, während der kontinuierlichen, katalytisohen Reformierung
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von Kohlenwasserstoffen mit Dampf und Luft bei der Herstellung von Ammoniak.
Die Erfindung wird allgemein unter Bezugnahme auf ihre Verwendung bei der Herstellung von Ammoniak beschrieben. Selbstverständlich bezieht sie sich auf die Ausnutzung der Eigenwärme von Produkten aus im wesentlichen adiabatischen, exothermen Katalytreaktoren.
Die Reformierung von Kohlenwasserstoffen in solch einem Prozess kann in zwei Verfahrensschritten herbeigeführt werden; ein erster Heformierungsabschnitt, in welchem die Kohlenwasserstoffe zusammen mit Hochdruck— dampf von hoher Temperatur durch von außen erhitzte, mit einem Katalysator gefüllte Röhren geleitet werden und ein zweiter, im wesentlichen adiabatischer, exothermer Reformierungsabschnitt, gleicherweise unter hohem Druck und unter hoher Temperatur, in welchem das Gasgemisch des ersten Abschnittes weiterhin mit zusätzlicher Luft oder sauerstoff-angereicherter Luft reagiert.
Wahlweise kann der Prozess in einem einzigen, im wesentlichen adiabatischen, exothermen Verfahrenssohritt für die katalytisohe Reaktion des Kohlenwasserstoffes mit sauerstoff-angereicherter Luft und wahlweise Dampf durchgeführt werden.
Die weitere Behandlun/r ies entstehenden. Rohsynthesegases, um das Stickstoff-Wasserstoffgemisch für die
Ammoniaksyntliese zu erhalten, enthält die Umsetzung mit Dampf von Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd mit nachfolgender Produktion von Wasserstoff, Ausscheidung von Kohlendioxyd und der letzten Spuren von Kohlenmonoxyd und irgendwelcher Schwefelverbindungen, die im Gasstrom enthalten sein können.
Das Rohgas und das Dampfgemisch verlassen normalerweise den adiabatischen Reformer bei einer Temperatur von etwa 9000C bis 10000C, während die Bearbeitungstemperatur für den Gasstrom, welcher den Verfahrensschritt der katalyti~ sehen Kohlenmonoxydumsetzung durchläuft, eine Temperatur von-etwa 35O0C bis 4000C aufweist.
Aus dem gasförmigen Reaktionsgemisch zwischen diesen zwei Verfahrensschritten muß eine beträchtliche Menge von Eigenwärme absorbiert werden; eine Methode dafür besteht im Einspritzen von Wasser in den heißen Gasstrom. Dies ist sehr wirksam und bewirkt ein Anwachsen des Verhältnisses von Dampf zu Kohlenmonoxyd, was für die gewünschte, nachfolgende Umwandlung von Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd und Wasserstoff von Vorteil sein würde. In Anbetracht der Wirksamkeit moderner Katalysatoren für diese Umwandlung, kann ein großer Betrag dieser Umwandlung in einen tiefen Temperaturbereich durchgeführt werden, welcher seinerseits die Umwandlung von Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd begünstigt; es wäre deshalb von weniger Vorteil, den Gehalt von Dampf in dem Reaktionsgemisch über den Betrag hinaus zu steigern, welcher in dem Reaktionsgemisch beim Verlassen des zweiten
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Reformers bereits vorhanden ist.
Gewöhnlich besteht jedoch beträchtlicher Bedarf an Dampf für Verfahrenszwecke und auch für weitgehende Krafterfordernisse. In der modernen Verfahrenstechnik wird überflüssige Wärme zum Erzeugen von Hochdruck-Dampf dann für Verfahrenszwecke benützt, nachdem er zuerst zur Erzeugung von Kraft, z.B. in Turbinen Verwendung findet, um Gasverdichter oder Generatoren anzutreiben.
Bei einer modernen Anlage, wie sie oben beschrieben wurde, hat es sich als praktisch erwiesen, die Vorrichtung zum Erhitzen von Dampf in Form von Abgaskesseln herkömmlicher Wasserröhrenkonstruktion aufzubauen. Ein solcher Abgaskessel wird am Gasauslaß des zweiten, adiabatischen Reformers montiert. Da die Abgase des Reformers eine hohe Temperatur aufweisen (ca. 10000C) und ebenfalle einen hohen Druck (bis zu 28 kg/cm oder mehr) ist ein Abgaskessel für diese Zwecke mit einer entsprechend starken Ummantelung und passenden Stützen unvermeidbar schwer und entsprechend teuer in der Konstruktion und Aufstellung. Außerdem muß eine Verbindung zum Reformer hergestellt werden, welche ihrerseits genügend Widerstandsfähigkeit gegenüber Hitze und Druck und entsprechende Isolierung gegen Wärmeverluste haben muß.
Entsprechende Bedingungen, wenngleich weniger streng, bestehen beim Aufbau eines Abgaskessels am Auslaß der
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letzten Umwandlungskatalysatorkamner, wo Kohlenraonoxyd in Gasstrom mit Dampf zu Kohlendioxyd übergeführt wird; der Druck der Gase kann dann im selben Bereich liegen, jedoch ist die Temperatur wesentlich niedriger, d.h. etwa *fOO°C.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die Eigenwärme aus gasförmigen Produkten von im wesentlichen adiabatischen, exothermen Reaktoren durch eine einfachere und billigere Form der Ausführung zur. Hochdruckdanpferzeugung zu verwenden·
Gesäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Benützung der Eigenwärme vorgesehen, welche in den gasförmigen Produkten einer exothermen Katalytreaktion bei der Herstellung von Gas durch katalytische Reformierung von Kohlenwasserstoffen mit Luft oder mit Luft und Dampf oder dureh katalytische Modifizierung von Gas mit Dampf anfällt. Der Vorgang findet in einem Katalytgefäß, welches unter im wesentlichen adiabatischen Bedingungen arbeitet, statt. Der Prozess besteht darin, die vom Katalysator aueströmenden heißen Gase zur Dampferhitzung über Wasserröhren, welche sich innerhalb des Katalytgefäßes befinden, zu leiten, so daß die Röhren durch die Gase erhitzt und der Dampf erzeugt wird.
Die Erfindung schafft außerdem eine neue Anlage zur Ausführung des erfindungsgemäBen Verfahrens. Diese Anlage
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enthalt ein Katalytgefäß, welches mit einem Einlaß für die zuströmenden, reagierenden Gase und einem Auslaß für die Produktgase versehen ist. Das Katalytgefäß weist außerdem einen Raum für den Katalysator auf, so daß ein Katalysatorgestell dem Einlaßende des Gefäßes zugewandt ist und sich mehrere, auf den Auslaß des Katalytgefäßes ausgerichtete Wasserröhren in dem Gefäß befinden. Während des Betriebes strömen somit die heißen Gase aus dem Katalysatorgestell direkt zum Auslaß und erhitzen damit die Wasserröhren zur Erzeugung von. Dampf.
Die Erfindung enthält außerdem ein Herstellungsverfahren von Gas für die Synthese von Ammoniak durch katalytische Vergasung von Kohlenwasserstoffen. Dieses Verfahren enthält einen oder mehrere exotherme, katalytisohe Verfahrensschritte, welche im wesentlichen adiabatisch bei der Herstellung von Gas unter Verwendung von Luft oder von Luft und Dampf oder bei nachträglicher Modifizierung des Gasgemisches mit Dampf arbeiten. Wasserröhren zur Erhitzung des Dampfes befinden sich innerhalb des Gefäßes bzw. der Gefäße eines solchen exothermen, katalytischen Verfahrensschrittes, so daß die Röhren durch die vom Katalysator strömenden Gase erhitzt werden.
. Die Erfindung ist deshalb besonders verwendbar bei einem zweiten exothermen, katalytischen Verfahrensschritt bei der Herstellung von Ammoniaksynthesegas durch die Reformierung von Kohlenwasserstoffen mit Dampf.und mit Luft
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.unter hohen Druck, oder bei der exothermen, katalytischer! in einem einzigen Verfahrensschritt durchgeführten Herstellung von Ammoniaksynthesegas durch die Reaktion von Kohlenwasserstoffen »it Luft und wahlweise Dampf.
Die Erfindung ist ebenfalls verwendbar bei dem katalytischen,exothermen Verfahrensschritt der Modifizierung des Ammoniaksynthesegasgemisches, welches durch die Reformier ung von Kohlenwasserstoffen unter hohem Druck mit Luft, oder mit Luft und Dampf hergestellt wurde. Diese Modifizierung enthält die exotherme, katalytische Überführung mit Dampf von Kohlenmonoxyd in dem Gas zu Kohlendioxyd und Wasserstoff.
Die Herstellung von Stadtgas direkt durch katalytisehe Reformierung von Kohlenwasserstoffen oder die Erzeugung eines Schwachgases, das dann angereichert als Stadtgas verwendet wird, kann ebenfalls den exothermen Verfahrensschritt einer katalytischen Umwandlung von Kohlenmonoxyd im Gas zu Kohlendioxyd beinhalten. In diesen Fällen besteht eine entsprechende Möglichkeit zur Erhitzung von Dampf durch Verwendung der Eigenwärme in dem überführten Gas, welches eine Temperatur im Bereich von 4000C,aber einen Druck aufweist, der im wesentlichen vom atmosphärischen Druck bis zu 28 kg/cm oder mehr variieren kann, was von dem verwendeten Verfahren abhängt. Die Erfindung kann somit auch bei der katalytischen Umwandlung mit Dampf von
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Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd bei der Herstellung von Stadtgas, oder von Gas, das angereichert als Stadtgas dient, Verwendung finden.
Vorzugsweise sind die Wasserröhren in Form eines U ausgebildet. Eine Anzahl solcher Röhren ist mit ihren Enden in den öffnungen einer Endplatte wie bei einer normalen Kesselanordnung befestigt; sie bilden somit eine Gruppe oder ein Röhrenbündel, das in den unteren Teil eines Katalytgefäßes unterhalb des Katalysatorgestells durch eine Öffnung in der Seitenwand des Gefäßes eingebaut wird. Die Platte dient als Abdichtung für die Öffnung und hält gleichzeitig die Röhrenenden fest. Außerhalb des Gefäßes ist die Platte mit einer Vorrichtung zum Einlassen von Wasser in ein Ende jeder der Röhren im Bündel und mit einer Vorrichtung zum Ablassen des Dampfes aus dem anderen Ende jeder Röhre versehen.
Diese Anordnung zum Erhitzen des Dampfes kann jede beliebige Anzahl von Röhrenbündeln in einem Katalytgefäß und ebenfalls eine Vorrichtung zum Ummanteln der Röhrenbündel mit feuerfest ausgekleideten Leitkanälen, um den Strom der heißen Gase über die Röhren zu leiten, aufweisen.
Der Leitkanal enthält vorteilhafterweise einen Durchgang oder mehrere, welche an allen oder einigen der Röhrenbündel vorbeileiten, um somit die Temperaturregulierung zu erleichtern. Der Kanal kann außerdem mit einem Mantel
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versehen sein, um die Gase, nachdem sie über die Röhren geleitet wurden und sich ihre Temperatur abgesenkt hat, über die Stahlträger oder andere Vorrichtungen, welche zur Lagerung des Katalysatorgestells dienen, zu leiten. Die Stahlträger oder andere Stützvorrichtungen werden auf diese Weise wirksam abgekühlt.
Ein Beispiel der Ausführungsform der Anlage gemäß der Erfindung wird in den Zeichnungen dargestellt· Die Fig. I und II sind rechtwinklige Schnitte durch einen Reformer des zweiten Verfahrensschrittes.
In den Figuren wird ait I die Außenhaut eines Reformers des zweiten Verfahrensschrittes mit dem feuerfesten Futter 2 und dem Katalysatorgestell 3 dargestellt.
unterhalb des Katalysatorgestells befinden sich, eine für jedes Röhrenbündel, Öffnungen 4 in der Außenhaut. Sie enthalten eine Anzahl von U-förmigen Röhren 5 (nur eine Röhre von jedem Röhrenbündel ist in den Figuren dargestellt), deren Enden sich in öffnungen einer Röhrenplatte 6 erstrecken. Sin Deckel 7 paßt über jede Röhrenplatte, ist mit einer Unterteilung 8, einem Einlaß 9 und einem Auslaß 10 versehen, so daß das Wasser vom Kessel in einen Bogen jeder Röhre hineingeführt und der Dampf aus dem anderen Bogen abgelassen werden kann.
Die ganze Anordnung wird durch Bolzen an den Flanschen 909885/0S79
fest- und dichtgehalten.
Um den Strom der heißen Gase von der durchlöcherten Platte 12 über die Röhrenbündel zu steuern und zu leiten, ist ein mit feuerfestem Material ausgekleideter Leitkanal 13 und zusätzlich eine Abstützvorrichtung für die Röhrenbündel in Form von Stützträgern lh beispielsweise vorgesehen.
An den Leitkanal ist vorzugsweise eine Leitung 15 angeschlossen. Durch diese kann ein Teil des Heißgasstromes, bevor er über einige der Eöhrenbündel streicht, abgeleitet werden. Der Leitkanal ist auch mit einem Mantel 16 umhüllt, so daß Gase, welche über die Röhrenbündel geleitet und dabei in der Temperatur von i000°C auf 40Q0C herabgekühlt wurden, über die Stahlträger 17 zurückgeleitet werden. Die Stahlträger 17 tragen den feuerfesten Boden 18, auf welchem das Katalysatorgestell aufgebaut ist. Nachdem die Gase Über die Stahlträger 17 geleitet werden, verlassen sie die Kammer durch den Auslaß 19·
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Claims (1)

  1. Patentaimeldung: Verfahren und Vorrichtung zur Dampferzeugung in einem Sekundärreformer
    Patentansprüche
    / il Verfahren zur Benützung der Eigenwärme von gasförmigen Produkten bei exothermer, katalytischer Umsetzung während der Herstellung von Gas durch katalytische Reformierung von Kohlenwasserstoffen mit Luft, oder Luft und Dampf oder durch katalytische Modifizierung von Gas mit Dampf, wobei die Umsetzung in einem Gefäß, welches ein Katalysatorgestell aufweist und unter im wesentlichen adiabatischen Bedingungen arbeitet, vor sich geht und die heißen, von dem Katalysatorgestell ausströmenden Gase über eine Vorrichtung zur Dampferzeugung geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Dampferzeugung aus Wasserröhren besteht, welche innerhalb des Gefäßes so angeordnet sind, daß sie durch die Gase erhitzt werden und somit der Dampf erzeugt wird.
    it
    2. Verfahren zur Erzeugung von Gas für die Aamoniaksynthese durch katalytisch^ Vergasung von Kohlenwasserstoffen aus einem oder mehreren exothermen, katalytischen Verfahrensschritten, welche im wesentlichen adiabatisch hei der Erzeugung von Gas unter Benutzung von Luft oder Luft und Dampf oder hei der nachfolgenden Modifizierung des Gasgemisches unter Benutzung von Dampf arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserrohren zur Dampferzeugung innerhalb des Gefäßes oder der Gefäße eines solchen exothermen, katalytischen Verfahrensschrittes angeordnet sind, so daß die Röhren durch die Gase erhitzt werden, welche von dem Katalysator ausströmen.
    3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens von Anspruch 1 oder 2 aus einem Gefäß, welches mit einem Einlaß für die zugeführten, reagierenden Gase und einem Auslaß für die Produktgase und einem Raum für den Katalysator ausgestattet ist, so daß während des Betriebes ein Katalysatorgestell auf das Einlaßende des Gefäßes ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Auslaßende der Außenhaut (l) Wasserröhren (5) angeordnet sind, wodurch, während des Betriebes die zum Auslaß strömenden .heißen Gase aus dem Katalysatorgestell (3) direkt die Wasserröhren zur Erzeugung von Dampf erhitzen.
    k. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserröhren (5) U-Form aufweisen.
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    5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserrohren (5) bündelweise angeordnet sind, daß jedes Bündel aus einer Anzahl von Wasserröhren besteht, welche mit ihren Enden in Löchern einer Endplatte (6) befestigt sind, daß sie mit einer Vorrichtung zum Zuleiten von Wasser in ein Ende jeder Wasserröhre (9) und einer Vorrichtung zum Ableiten von Dampf aus dem anderen Ende jeder Röhre (1O) verbunden sind.
    6. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 3-5» dadurch gekennzeichnet, daß ebenfalls eine Vorrichtung vorgesehen ist, welche die Bündel der Röhren (5) mit feuerfest ausgekleideten Leitkanälen (13) umgibt, um den Strom der heißen Gase über die Röhren zu leiten.
    7* Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkanäle (13) eine oder mehrere Leitungen (15)> welche an allen oder einigen der Wasserröhren (5) vorbeileiten, enthalten, um die Temperatursteuerung zu unterstützen.
    S* Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Mantel (16) die Gase, nachdem sie über die Wasserröhren (5) geleitet wurden, weiter über die Stützvorrichtung (17, 18) des Katalysatorgestells, um diese zu kühlen, geführt werden»
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