DE202023103475U1 - Device for pre-reforming a feed gas stream containing hydrocarbons - Google Patents

Device for pre-reforming a feed gas stream containing hydrocarbons Download PDF

Info

Publication number
DE202023103475U1
DE202023103475U1 DE202023103475.6U DE202023103475U DE202023103475U1 DE 202023103475 U1 DE202023103475 U1 DE 202023103475U1 DE 202023103475 U DE202023103475 U DE 202023103475U DE 202023103475 U1 DE202023103475 U1 DE 202023103475U1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
stream
reformer
feed gas
hydrocarbon
recycle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE202023103475.6U
Other languages
German (de)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Priority to DE202023103475.6U priority Critical patent/DE202023103475U1/en
Publication of DE202023103475U1 publication Critical patent/DE202023103475U1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/382—Multi-step processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1258—Pre-treatment of the feed
    • C01B2203/1264—Catalytic pre-treatment of the feed
    • C01B2203/127—Catalytic desulfurisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/142—At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in series
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/148—Details of the flowsheet involving a recycle stream to the feed of the process for making hydrogen or synthesis gas

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

Vorrichtung zum Vorreformieren eines Einsatzgasstroms, aufweisend
a. einen Vorreformer, welcher zum katalytischen Vorreformieren des Einsatzgasstroms konfiguriert ist, wobei der Einsatzgasstrom durch Mittel zum Zusammenführen eines Kohlenwasserstoffstroms, eines Dampfstroms und eines Rückführstroms erzeugbar ist, und wobei der Kohlenwasserstoffstrom Kohlenwasserstoffe mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen (C2 oder höher) aufweist, und der Vorreformer so konfiguriert ist, dass die Kohlenwasserstoffe mit Dampf zumindest teilweise zu Methan umsetzbar sind, wodurch ein Vorreformer-Auslassstrom erhältlich ist;
b. einen Verdichter, welcher zum Rückführen eines Teilstroms des Vorreformer-Auslassstroms als Rückführstrom zu einem Einlass des Vorreformers konfiguriert ist.

Figure DE202023103475U1_0000
Apparatus for pre-reforming a feed gas stream comprising
a. a pre-reformer configured to catalytically pre-reform the feed gas stream, wherein the feed gas stream is producible by means for combining a hydrocarbon stream, a vapor stream and a recycle stream, and wherein the hydrocarbon stream comprises hydrocarbons having at least two carbon atoms (C 2 or higher), and the pre-reformer configured such that the hydrocarbons are at least partially convertible to methane with steam, thereby obtaining a pre-reformer outlet stream;
b. a compressor configured to recirculate a portion of the pre-reformer outlet stream as a recycle stream to an inlet of the pre-reformer.
Figure DE202023103475U1_0000

Description

Gebiet der Erfindungfield of invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vorreformieren eines kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgasstroms.The invention relates to a device for pre-reforming a feed gas stream containing hydrocarbons.

Stand der TechnikState of the art

Wasserstoff (H2) und Synthesegas, ein Gemisch aus Wasserstoff (H2) und Kohlenstoffoxiden (CO, CO2), werden im industriellen Maßstab unter anderem durch Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen aus fossilen Quellen hergestellt.Hydrogen (H 2 ) and synthesis gas, a mixture of hydrogen (H 2 ) and carbon oxides (CO, CO 2 ), are produced on an industrial scale by, among other things, steam reforming of hydrocarbons from fossil sources.

Dem primären Reformer ist dabei häufig ein Vorreformer vorgeschaltet. Der Vorreformer ist ein adiabatisch betriebener katalytischer Reaktor, in dem die im Erdgas enthaltenen höheren Kohlenwasserstoffe in Methan umgewandelt werden, wodurch die Bildung von Koks in der Vorwärmstufe und am Eingang zu den Katalysatorrohren des Primärreformers verhindert wird.A pre-reformer is often connected upstream of the primary reformer. The pre-reformer is an adiabatically operated catalytic reactor in which the higher hydrocarbons contained in natural gas are converted to methane, thereby preventing the formation of coke in the preheat stage and at the entrance to the primary reformer catalyst tubes.

Im Gegensatz zu Erdgas und anderen leichteren Kohlenwasserstoffen verhalten sich schwerere Kohlenwasserstoffe wie LPG und Naphtha im Vorreformer exotherm. Exotherme Methanisierungsreaktionen tragen ebenfalls zu einem Temperaturanstieg im Vorreformer bei. Der Temperaturanstieg bei gemischtem Einsatzmaterial, zum Beispiel schwerem Naphtha und wasserstoffreichen Abgasen, kann im Bereich von 120-140 °C liegen. Die Temperatur am Einlass des Vorreformers muss dadurch viel niedriger als im Optimalfall gewählt werden, um die Auslasstemperatur des Vorreformers unter einem vorgegebenen zulässigen Höchstwert zu halten. Die Reaktion der Vorreformierung läuft dann nicht mit ausreichendem Umsatz ab, was zur Bildung von Koks und anderen Ablagerungen im Primärreformer führen kann.Unlike natural gas and other lighter hydrocarbons, heavier hydrocarbons such as LPG and naphtha are exothermic in the pre-reformer. Exothermic methanation reactions also contribute to a temperature rise in the pre-reformer. The temperature rise for mixed feed, e.g. heavy naphtha and hydrogen-rich off-gases, can be in the range of 120-140°C. The temperature at the inlet of the pre-reformer must therefore be chosen much lower than is optimal in order to keep the outlet temperature of the pre-reformer below a given maximum permissible value. The pre-reforming reaction then does not proceed with sufficient conversion, which can lead to the formation of coke and other deposits in the primary reformer.

Dem Vorreformer ist üblicherweise ein als Vorwärmer konfigurierter Wärmeaustauscher vorgeschaltet, in welchem entschwefelte Kohlenwasserstoffe zusammen mit Dampf vorgeheizt werden, bevor das Kohlenwasserstoff-Dampf-Gemisch in den Vorreformer eintritt. Wenn mehrere Einsatzstoffe mit zeitlich variierenden Zusammensetzungen in derselben Anlage verwendet werden sollen, kann die Menge der übertragenen Wärme im Wärmeaustauscher stark unterschiedlich sein, abhängig vom exothermen/endothermen Verhalten im Vorreformer. Der Wärmeaustauscher muss entsprechend über einen weiten Wärmeaustauschbereich ausgelegt werden.The pre-reformer is usually preceded by a heat exchanger configured as a pre-heater, in which desulfurized hydrocarbons are pre-heated together with steam before the hydrocarbon-steam mixture enters the pre-reformer. If several feedstocks with time-varying compositions are to be used in the same plant, the amount of heat transferred in the heat exchanger can vary greatly, depending on the exothermic/endothermic behavior in the pre-reformer. Accordingly, the heat exchanger must be designed over a wide heat exchange range.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Allgemein ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.In general, it is an object of the present invention to overcome the aforementioned disadvantages of the prior art.

Ein Beitrag zur mindestens teilweisen Erfüllung mindestens einer der obigen Aufgaben wird durch den unabhängigen Anspruch geleistet. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen bereit, die zur mindestens teilweisen Erfüllung mindestens einer der Aufgaben beitragen. Die Ausdrücke „aufweisend“, „umfassend“ oder „beinhaltend“ etc. schließen nicht aus, dass weitere Elemente, Inhaltsstoffe etc. enthalten sein können. Der unbestimmte Artikel „ein“ schließt nicht aus, dass eine Mehrzahl vorhanden sein kann.A contribution to at least partially fulfilling at least one of the above objects is made by the independent claim. The dependent claims provide preferred embodiments contributing to at least partially fulfilling at least one of the objects. The terms "comprising", "comprising" or "including" etc. do not exclude that further elements, ingredients etc. can be included. The indefinite article "a" does not exclude that a plural form can be present.

Die Aufgabe der Erfindung wird zumindest teilweise gelöst durch eine Vorrichtung zum Vorreformieren eines Einsatzgasstroms, aufweisend

  1. a. einen Vorreformer, welcher zum katalytischen Vorreformieren des Einsatzgasstroms konfiguriert ist, wobei der Einsatzgasstrom durch Mittel zum Zusammenführen eines Kohlenwasserstoffstroms, eines Dampfstroms und eines Rückführstroms erzeugbar ist, und wobei der Kohlenwasserstoffstrom Kohlenwasserstoffe mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen (C2 oder höher) aufweist, und der Vorreformer so konfiguriert ist, dass die Kohlenwasserstoffe mit Dampf zumindest teilweise zu Methan umsetzbar sind, wodurch ein Vorreformer-Auslassstrom erhältlich ist;
  2. b. einen Verdichter, welcher zum Rückführen eines Teilstroms des Vorreformer-Auslassstroms als Rückführstrom zu einem Einlass des Vorreformers konfiguriert ist.
The object of the invention is at least partially achieved by a device for pre-reforming a feed gas stream
  1. a. a pre-reformer configured to catalytically pre-reform the feed gas stream, wherein the feed gas stream is producible by means for combining a hydrocarbon stream, a vapor stream and a recycle stream, and wherein the hydrocarbon stream comprises hydrocarbons having at least two carbon atoms (C 2 or higher), and the pre-reformer configured such that the hydrocarbons are at least partially convertible to methane with steam, thereby obtaining a pre-reformer outlet stream;
  2. b. a compressor configured to recirculate a portion of the pre-reformer outlet stream as a recycle stream to an inlet of the pre-reformer.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ein Teil des vorreformierten Gases zum Einlass des Vorreformers zurückgeführt werden, der Kohlenwasserstoffstrom und der Dampfstrom können dadurch mit vorreformiertem Gas vermischt werden. Da dieses vorreformierte Gas im Vorreformer nicht oder kaum noch (nach-)reagiert, kann die Temperaturerhöhung im Vorreformer auch bei stark exotherm reagierenden Einsatzstoffen durch Variation der Menge der Rückführgases geregelt werden. Insbesondere kann dadurch die Temperatur am Einlass des Vorreformers erhöht werden gegenüber einer Vorrichtung ohne Rückführung. Die Temperatur am Einlass des Vorreformers kann beispielsweise über einen vorgeschalteten Wärmeaustauscher eingestellt werden.By means of the device according to the invention, part of the pre-reformed gas can be returned to the inlet of the pre-reformer, the hydrocarbon stream and the steam stream can thereby be mixed with pre-reformed gas. Since this pre-reformed gas hardly or not at all reacts (post-)reacts in the pre-reformer, the temperature increase in the pre-reformer can be controlled by varying the amount of recycle gas, even in the case of strongly exothermic reacting feedstocks. In particular, this allows the temperature at the inlet of the pre-reformer to be increased compared to a device without recirculation. The temperature at the inlet of the pre-reformer can be adjusted, for example, via an upstream heat exchanger.

Bei dem Verdichter kann es sich beispielsweise um einen Kolbenverdichter oder um einen Turbokompressor handeln.The compressor can be a piston compressor or a turbo compressor, for example.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter eine Treibmittelpumpe beinhaltet, und die Treibmittelpumpe einen Saugstutzen, einen Druckstutzen, und einen Treibmedienanschluss aufweist, und wobei die Treibmittelpumpe so konfiguriert ist, dass dem Saugstutzen der Rückführstrom zuführbar ist, dem Treibmedienanschluss der Dampfstrom zuführbar ist, und ein Gemisch aus dem Rückführstrom und dem Dampfstrom über den Druckstutzen aus der Treibmittelpumpe ausleitbar ist.A preferred embodiment of the device is characterized in that the compressor includes a propellant pump, and the propellant pump has a suction connection, a pressure connection, and a propellant medium connection, and wherein the propellant pump is configured such that the suction connection can be supplied with the return stream and the propellant medium connection with the steam flow can be supplied, and a mixture of the return flow and the steam flow can be discharged from the propellant pump via the pressure connection.

Da der Druckabfall über den Vorreformer in der Regel in einem Bereich von nur 2 bis 2,5 bar liegt, kann in vorteilhafter Weise auch eine Treibmittelpumpe, welche über keine beweglichen Teile (Kolben, rotierende Läufer) verfügt, als Verdichter zum Einsatz kommen. Der sowieso für die Vorreformierung erforderliche Dampf kann dabei gleichzeitig als Treibmedium für die erforderliche Druckerhöhung verwendet werden.Since the pressure drop across the pre-reformer is generally in the range of only 2 to 2.5 bar, a propellant pump that has no moving parts (pistons, rotating rotors) can also be used as a compressor in an advantageous manner. The steam required anyway for the pre-reforming can be used at the same time as a driving medium for the required increase in pressure.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Vorreformer ein Wärmeaustauscher zum Vorwärmen des Einsatzgasstroms vorgeschaltet ist.A preferred embodiment of the device is characterized in that the pre-reformer is preceded by a heat exchanger for preheating the feed gas stream.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Einheit zur Hydrodesulfurierung (HDS-Einheit) beinhaltet, wobei die HDS-Einheit dem Wärmeaustauscher vorgeschaltet ist und zum Entschwefeln eines schwefelhaltigen Kohlenwasserstoffstroms konfiguriert ist, und die HDS-Einheit dadurch zum Bereitstellen des Kohlenwasserstoffstroms konfiguriert ist.A preferred embodiment of the apparatus is characterized in that the apparatus includes a hydrodesulfurization (HDS) unit, the HDS unit being upstream of the heat exchanger and configured to desulfurize a sulfur-containing hydrocarbon stream, and the HDS unit thereby providing the Hydrocarbon stream is configured.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückführverhältnis als Quotient aus Rückführstrom und Kohlenwasserstoffstrom definiert ist, und das Rückführverhältnis in einem Bereich von 0,2 bis 5 liegt, vorzugsweise in einem Bereich von 0,4 bis 2,5 liegt.A preferred embodiment of the device is characterized in that a recycle ratio is defined as the quotient of recycle stream and hydrocarbon stream, and the recycle ratio is in a range from 0.2 to 5, preferably in a range from 0.4 to 2.5.

Das Rückführverhältnis kann als Quotient aus den jeweiligen Massenströmen, Volumenströmen, oder Stoffmengenströmen berechnet werden.The recirculation ratio can be calculated as a quotient from the respective mass flows, volume flows, or mass flow rates.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenwasserstoffstrom Naphtha enthält und/oder Raffinerie-Abgas enthält.A preferred embodiment of the device is characterized in that the hydrocarbon stream contains naphtha and/or refinery off-gas.

Ausführungsbeispielexample

Die Erfindung wird im Folgenden durch zwei Ausführungsbeispiele und ein Zahlenbeispiel näher beschrieben. Die Ausführungsbeispiele werden durch die 1 und 2 illustriert. Gleiche Elemente in den Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.The invention is described in more detail below by means of two exemplary embodiments and a numerical example. The embodiments are through the 1 and 2 illustrated. Identical elements in the figures are provided with the same reference numbers.

Es zeigt

  • 1 eine schematische Fließbilddarstellung einer beispielhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 2 eine schematische Fließbilddarstellung einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
It shows
  • 1 a schematic flow chart representation of an exemplary embodiment of the device according to the invention;
  • 2 a schematic flow chart representation of a further exemplary embodiment of the device according to the invention.

1 zeigt eine als Blockfließbild dargestellte, stark vereinfachte erste beispielhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 1 shows a highly simplified first exemplary embodiment of the device according to the invention, represented as a block diagram.

Eine Kohlenwasserstoffquelle 1 stellt einen schwefelhaltigen Kohlenwasserstoffstrom 8 bereit, welcher sowohl Naphtha als auch ein Raffinerie-Abgas enthält. Der Kohlenwasserstoffstrom enthält neben Methan auch höhere Kohlenwasserstoffe mit zwei oder mehr Kohlenstoffatomen. Der schwefelhaltige Kohlenwasserstoffstrom 8 wird in einer HDS-Einheit 2 entschwefelt und als schwefelfreier Kohlenwasserstoffstrom 12 aus der HDS-Einheit ausgeleitet. Die Vorrichtung weist ferner einen Dampferzeuger 7 auf, welcher einen Dampfstrom 9 bereitstellt. Die Vorrichtung verfügt über Mittel zum Leiten der jeweiligen Ströme, beispielsweise Rohrleitungen. Durch das Zusammenführen des schwefelfreien Kohlenwasserstoffstroms und des Dampfstroms durch solche Mittel resultiert ein Kohlenwasserstoff-Dampf-Strom 13. Letzterer wird mit Hilfe weiterer Mittel mit einem Rückführstrom 10 zusammengeführt, wodurch ein Einsatzgasstrom 14 resultiert. Der Einsatzgasstrom 14 wird in einem Wärmeaustauscher 3 vorgeheizt. Der Wärmeaustauscher 3 kann beispielsweise Teil des Konvektionsbereichs eines Dampfreformers (nicht gezeigt) sein. Entsprechend erfolgt das Vorwärmen des Einsatzgasstroms 14 durch im Strahlungsraum (nicht gezeigt) des Dampfreformers erzeugte Rauchgase.A hydrocarbon source 1 provides a sulfur-containing hydrocarbon stream 8 containing both naphtha and a refinery off-gas. The hydrocarbon stream contains next Methane also higher hydrocarbons with two or more carbon atoms. The sulfur-containing hydrocarbon stream 8 is desulfurized in an HDS unit 2 and discharged from the HDS unit as a sulfur-free hydrocarbon stream 12 . The device also has a steam generator 7 which provides a flow of steam 9 . The device has means for conducting the respective flows, for example pipelines. Combining the sulfur-free hydrocarbon stream and the vapor stream by such means results in a hydrocarbon vapor stream 13. The latter is combined by other means with a recycle stream 10, whereby a feed gas stream 14 results. The feed gas stream 14 is preheated in a heat exchanger 3 . The heat exchanger 3 can, for example, be part of the convection section of a steam reformer (not shown). Accordingly, the feed gas stream 14 is preheated by flue gases generated in the radiation space (not shown) of the steam reformer.

Der vorgewärmte Einsatzgasstrom 15 wird in einen Vorreformer 4 eingeschleust. Im Vorreformer 4 werden höhere Kohlenwasserstoffe (C2 und höher) und Dampf im Einsatzgasstrom in einer mehrstufigen Reaktionskaskade zu Methan, Wasserstoff und Kohlendioxid umgesetzt. Ein Teilstrom des resultierenden Vorreformer-Auslassstroms 16 wird aus dem Vorreformer ausgeleitet und einer weiteren Verarbeitung unterzogen. Im gezeigten Beispiel wird der Vorreformer-Auslassstrom 16 in einem Reformer 5 (auch Hauptreformer oder primärer Reformer) zu Synthesegas umgesetzt. Der resultierende Synthesegasstrom (nicht gezeigt) enthält hauptsächlich Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlendioxid.The preheated feed gas stream 15 is introduced into a pre-reformer 4 . In the pre-reformer 4, higher hydrocarbons (C2 and higher) and steam in the feed gas stream are converted into methane, hydrogen and carbon dioxide in a multi-stage reaction cascade. A substream of the resulting pre-reformer outlet stream 16 is discharged from the pre-reformer and subjected to further processing. In the example shown, the pre-reformer outlet stream 16 is converted into synthesis gas in a reformer 5 (also main reformer or primary reformer). The resulting syngas stream (not shown) contains primarily carbon monoxide, hydrogen and carbon dioxide.

Die Vorrichtung weist ferner einen Verdichter 6 auf. Ein Teil des Vorreformer-Auslassstroms 16 wird mittels des Verdichters 6 als Rückführstrom 10, und anschließend verdichteter Rückführstrom 11, zum Einlass des Vorreformers 4 zurückgeführt. Der Verdichter erfüllt dabei in Bezug auf den Teilstrom des Stroms 16, also den Rückführstrom 10 und 11, die Funktion eines Fördermittels, und die Funktion des Rückverdichtens dieses Stroms auf das Druckniveau des Kohlenwasserstoff-DampfStroms 13. Mit anderen Worten wird über den Verdichter 6 zumindest der über den Vorreformer 4 auftretende Druckverlust kompensiert.The device also has a compressor 6 . A portion of the pre-reformer outlet stream 16 is returned to the inlet of the pre-reformer 4 by means of the compressor 6 as recycle stream 10 and subsequently compressed recycle stream 11 . In relation to the partial flow of stream 16, i.e. the return streams 10 and 11, the compressor fulfills the function of a conveying means and the function of recompressing this stream to the pressure level of the hydrocarbon vapor stream 13. In other words, the compressor 6 at least the pressure loss occurring across the pre-reformer 4 is compensated.

Beispielsweise über die Drehzahl des Verdichters 6 und entsprechende Ventile (nicht gezeigt) kann der Anteil des Rückführstroms 10 vom Vorreformer-Auslassstrom 16 eingestellt werden. Ist im Vorreformer 4 aufgrund der Zusammensetzung des Kohlenwasserstoffstroms eine hohe Exothermie der Reaktion im Vorreformer 4 zu erwarten, kann ein entsprechend hoher Anteil des Vorreformer-Auslassstroms 16 zurückgeführt werden. Durch diesen Verdünnungseffekt und die bedeutend geringere Reaktivität des bereits vorreformierten Gases wird die Exothermie der Reaktion im Vorreformer 4 entsprechend gesenkt. Dadurch kann die Temperatur am Vorreformer-Einlass durch den Wärmeaustauscher 3 höher eingestellt werden, als dies ohne Rückführung der Fall wäre. Dadurch wird der Umsatz im Vorreformer verbessert.The proportion of the recirculation flow 10 from the pre-reformer outlet flow 16 can be adjusted, for example, via the speed of the compressor 6 and corresponding valves (not shown). If a high exothermicity of the reaction in the pre-reformer 4 is to be expected in the pre-reformer 4 due to the composition of the hydrocarbon stream, a correspondingly high proportion of the pre-reformer outlet stream 16 can be recirculated. Due to this dilution effect and the significantly lower reactivity of the already pre-reformed gas, the exothermic nature of the reaction in the pre-reformer 4 is reduced accordingly. As a result, the temperature at the pre-reformer inlet can be set higher by the heat exchanger 3 than would be the case without recirculation. This improves the conversion in the pre-reformer.

Die Menge an zurückgeführtem Gasstrom 11 geteilt durch die Menge des zugeführten Kohlenwasserstoffstroms 12 wird als Rückführverhältnis bezeichnet. Je größer dieses Rückführverhältnis, desto geringer die Exothermie der Reaktion im Vorreformer 4, und damit desto geringer der Temperaturanstieg.The amount of recycle gas stream 11 divided by the amount of hydrocarbon stream 12 fed is referred to as the recycle ratio. The greater this recycle ratio, the lower the exotherm of the reaction in the pre-reformer 4, and thus the lower the temperature rise.

Die Ausführungsform gemäß 2 unterscheidet sich vom Beispiel gemäß 1 hauptsächlich durch die Wahl des Kompressors. Gemäß 2 kommt zum Verdichten des Rückführstroms 10 eine Treibmittelpumpe 18 zum Einsatz. Die Treibmittelpumpe 18 kann auch als Dampfejektor bezeichnet werden. Als druckerhöhendes Medium dient der Dampfstrom 21, welcher einen ausreichend hohen Druck aufweist. Dieser wird der Treibmittelpumpe 18 über einen Treibmedienanschluss 21 zugeführt. Der Treibmittelpumpe 18 wird ferner der (noch nicht verdichtete) Rückführstrom 10 über einen Saugstutzen 20 zugeführt. Ein Gemisch aus Rückführstrom und Dampfstrom 17 wird aus der Treibmittelpumpe 18 über deren Druckstutzen 19 ausgeleitet. Der Druck des über den Treibmedienanschluss 21 zugeführten Dampfstroms 9 ist dabei höher als der Druck des über den Druckstutzen ausgeleiteten Gemischs 17, dessen Druck wiederum höher ist als der Druck des über den Saugstutzen 20 zugeführten Rückführstroms 10.The embodiment according to 2 differs from the example according to 1 mainly by the choice of compressor. According to 2 a propellant pump 18 is used to compress the recycle stream 10 . The propellant pump 18 can also be referred to as a steam ejector. The steam flow 21, which has a sufficiently high pressure, serves as the pressure-increasing medium. This is fed to the propellant pump 18 via a propellant media connection 21 . The (not yet compressed) return stream 10 is also fed to the propellant pump 18 via a suction port 20 . A mixture of recycle flow and steam flow 17 is discharged from the propellant pump 18 via its pressure port 19 . The pressure of the steam flow 9 supplied via the motive media connection 21 is higher than the pressure of the mixture 17 discharged via the pressure connection, the pressure of which is in turn higher than the pressure of the return flow 10 supplied via the suction connection 20.

Die folgende Tabelle zeigt Simulationsdaten, umfassend ein Vergleichsbeispiel ohne erfindungsgemäße Rückführung und zwei erfindungsgemäße Beispiele mit Rückführverhältnissen von 0,5 und 2,0. Der Kohlenwasserstoffstrom besteht aus Naphtha und Raffinerie-Abgas. Die entsprechende Anlage produziert Wasserstoff mit einer Rate von 65000 Nm3/h, welcher nach der Synthesegaserzeugung im Primärreformer 5 durch Wassergas-Shift Reaktion mit anschließender absorptiver oder kryogener Abtrennung des Kohlendioxids erzeugt wird. Die Auslasstemperatur des Vorreformers 4 ist auf 513 °C festgelegt, damit bei festgelegter Konfiguration im Primärreformer eine Temperatur von 905 °C eingestellt werden kann. Ohne erfindungsgemäße Rückführung von vorreformiertem Gas muss die Einlasstemperatur am Vorreformer 4 bei der zu erwartenden Exothermie 390 °C betragen. Dies kann eine für die Vorreformierung zu niedrige Temperatur sein, wodurch die Umsetzung im Vorreformer 4 nicht ausreichend ist. Um diese niedrigen Temperaturen im Vorreformer zu vermeiden, werden gemäß den beiden Beispielen entsprechende Mengen an vorreformiertem Gas zum Eingang des Vorreformers 4 zurückgeführt. Bei einem Rückführverhältnis von 0,5 kann die Temperatur am Vorreformer-Einlass auf 426 °C erhöht werden, durch ein Rückführverhältnis von 2,0 auf eine Temperatur von 464 °C. Parameter Vergleich Beispiel 1 Beispiel 2 Wasserstoff-Produktionsrate (Nm3/h) 65000 Rückführverhältnis n/a 0,5 2,0 Vorreformer Einlasstemperatur (°C) 390 426 464 Vorreformer Auslasstemperatur (°C) 513 Dampf Export (kg/h) 21734 22102 22912 Temperatur Primärreformer (°C) 905 Dampf/Kohlenstoff-Verhältnis 2,8 Kohlenwasserstoffstrom (Naphtha) (kg/h) 9212 Kohlenwasserstoffstrom (Raffinerie-Abgas) (Nm3/h) 17543 Brennstoff-Strom (Erdgas) (Nm3/h) 1166 1171 1175 The following table shows simulation data comprising a comparative example without inventive recycle and two inventive examples with recycle ratios of 0.5 and 2.0. The hydrocarbon stream consists of naphtha and refinery off-gas. The corresponding plant produces hydrogen at a rate of 65,000 Nm 3 /h, which is generated after synthesis gas generation in the primary reformer 5 by a water gas shift reaction with subsequent absorptive or cryogenic separation of the carbon dioxide. The outlet temperature of the pre-reformer 4 is fixed at 513 °C so that a temperature of 905 °C can be set in the primary reformer with a fixed configuration. Without recirculation of pre-reformed gas according to the invention, the inlet temperature at the pre-reformer 4 must be 390° C. for the expected exothermicity. This can be too low a temperature for pre-reforming be, whereby the implementation in the pre-reformer 4 is not sufficient. In order to avoid these low temperatures in the pre-reformer, corresponding amounts of pre-reformed gas are returned to the inlet of the pre-reformer 4 according to the two examples. With a recycle ratio of 0.5, the temperature at the pre-reformer inlet can be increased to 426°C, with a recycle ratio of 2.0 to a temperature of 464°C. parameter Comparison example 1 example 2 Hydrogen production rate (Nm 3 /h) 65000 feedback ratio n / A 0.5 2.0 Pre-reformer inlet temperature (°C) 390 426 464 Pre-reformer outlet temperature (°C) 513 Steam export (kg/h) 21734 22102 22912 Primary reformer temperature (°C) 905 Steam/Carbon Ratio 2.8 Hydrocarbon Flow (Naphtha) (kg/h) 9212 Hydrocarbon Flow (Refinery Off-gas) (Nm 3 /h) 17543 Fuel flow (natural gas) (Nm 3 /h) 1166 1171 1175

BezugszeichenlisteReference List

11
Kohlenwasserstoffquelle (schwefelhaltig)Hydrocarbon source (sulphurous)
22
HDS-EinheitHDS unit
33
Wärmeaustauscherheat exchanger
44
Vorreformerpre-reformer
55
Reformerreformer
66
Verdichtercompressor
77
Dampferzeugersteam generator
88th
Kohlenwasserstoffstrom (schwefelhaltig)Hydrocarbon Stream (Sulphurous)
99
Dampfstromsteam flow
1010
Rückführstromreturn current
1111
Rückführstrom (verdichtet)return flow (compressed)
1212
Kohlenwasserstoffstrom (schwefelfrei)Hydrocarbon Stream (sulphur-free)
1313
Kohlenwasserstoff-Dampf-StromHydrocarbon Vapor Stream
1414
Einsatzgasstromfeed gas flow
1515
Einsatzgasstrom (vorgewärmt)Feed Gas Flow (Preheated)
1616
Vorreformer-Auslassstrompre-reformer outlet stream
1717
Gemisch aus Rückführstrom und DampfstromMixture of recycle stream and vapor stream
1818
Treibmittelpumpepropellant pump
1919
Druckstutzenpressure port
2020
Saugstutzensuction port
2121
Treibmedienanschlussmotive media connection

Claims (6)

Vorrichtung zum Vorreformieren eines Einsatzgasstroms, aufweisend a. einen Vorreformer, welcher zum katalytischen Vorreformieren des Einsatzgasstroms konfiguriert ist, wobei der Einsatzgasstrom durch Mittel zum Zusammenführen eines Kohlenwasserstoffstroms, eines Dampfstroms und eines Rückführstroms erzeugbar ist, und wobei der Kohlenwasserstoffstrom Kohlenwasserstoffe mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen (C2 oder höher) aufweist, und der Vorreformer so konfiguriert ist, dass die Kohlenwasserstoffe mit Dampf zumindest teilweise zu Methan umsetzbar sind, wodurch ein Vorreformer-Auslassstrom erhältlich ist; b. einen Verdichter, welcher zum Rückführen eines Teilstroms des Vorreformer-Auslassstroms als Rückführstrom zu einem Einlass des Vorreformers konfiguriert ist.Apparatus for pre-reforming a feed gas stream, comprising a. a pre-reformer configured to catalytically pre-reform the feed gas stream, wherein the feed gas stream is producible by means for combining a hydrocarbon stream, a vapor stream and a recycle stream, and wherein the hydrocarbon stream comprises hydrocarbons having at least two carbon atoms (C 2 or higher), and the pre-reformer configured such that the hydrocarbons are at least partially convertible to methane with steam, thereby obtaining a pre-reformer outlet stream; b. a compressor configured to recirculate a portion of the pre-reformer outlet stream as a recycle stream to an inlet of the pre-reformer. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter eine Treibmittelpumpe beinhaltet, und die Treibmittelpumpe einen Saugstutzen, einen Druckstutzen, und einen Treibmedienanschluss aufweist, und wobei die Treibmittelpumpe so konfiguriert ist, dass dem Saugstutzen der Rückführstrom zuführbar ist, dem Treibmedienanschluss der Dampfstrom zuführbar ist, und ein Gemisch aus dem Rückführstrom und dem Dampfstrom über den Druckstutzen aus der Treibmittelpumpe ausleitbar ist.device after claim 1 , characterized in that the compressor includes a propellant pump, and the propellant pump has a suction port, a pressure port, and a propellant medium connection, and wherein the propellant pump is configured such that the suction port can be supplied with the return stream, the propellant medium port with the steam stream can be supplied, and a Mixture of the return flow and the steam flow can be discharged via the pressure connection from the propellant pump. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Vorreformer ein Wärmeaustauscher zum Vorwärmen des Einsatzgasstroms vorgeschaltet ist.device after claim 1 or 2 , characterized in that the pre-reformer is preceded by a heat exchanger for preheating the feed gas stream. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Einheit zur Hydrodesulfurierung (HDS-Einheit) beinhaltet, wobei die HDS-Einheit dem Wärmeaustauscher vorgeschaltet ist und zum Entschwefeln eines schwefelhaltigen Kohlenwasserstoffstroms konfiguriert ist, und die HDS-Einheit dadurch zum Bereitstellen des Kohlenwasserstoffstroms konfiguriert ist.Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that the apparatus includes a hydrodesulfurization (HDS) unit, the HDS unit being upstream of the heat exchanger and configured to desulfurize a sulfur-containing hydrocarbon stream, and the HDS unit thereby providing of the hydrocarbon stream is configured. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückführverhältnis als Quotient aus Rückführstrom und Kohlenwasserstoffstrom definiert ist, und das Rückführverhältnis in einem Bereich von 0,2 bis 5 liegt, vorzugsweise in einem Bereich von 0,4 bis 2,5 liegt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a recycle ratio is defined as the quotient of recycle stream and hydrocarbon flow, and the recycle ratio is in a range from 0.2 to 5, preferably in a range from 0.4 to 2.5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenwasserstoffstrom Naphtha enthält und/oder Raffinerie-Abgas enthält.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the hydrocarbon stream contains naphtha and/or refinery off-gas.
DE202023103475.6U 2023-06-22 2023-06-22 Device for pre-reforming a feed gas stream containing hydrocarbons Active DE202023103475U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202023103475.6U DE202023103475U1 (en) 2023-06-22 2023-06-22 Device for pre-reforming a feed gas stream containing hydrocarbons

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202023103475.6U DE202023103475U1 (en) 2023-06-22 2023-06-22 Device for pre-reforming a feed gas stream containing hydrocarbons

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE202023103475U1 true DE202023103475U1 (en) 2023-07-05

Family

ID=87312456

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE202023103475.6U Active DE202023103475U1 (en) 2023-06-22 2023-06-22 Device for pre-reforming a feed gas stream containing hydrocarbons

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE202023103475U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006023248C5 (en) Process and plant for the production of synthesis gas
DE69924200T2 (en) A process for the autothermal steam reforming of a hydrocarbon feed containing higher hydrocarbons
DE2758395A1 (en) METHOD FOR PRODUCING SYNTHESIS GAS
EP3828132A1 (en) Method and system for producing pure hydrogen
DE102019214812A1 (en) Process and plant for the production of synthesis gas
EP3219697B1 (en) The synthesis of methanol from synthesis gases with hydrogen mangle
DE3032123A1 (en) METHOD FOR PRODUCING A METHANE-REPLACING NATURAL GAS
DE3133764A1 (en) METHOD FOR THE PRODUCTION OF HYDROGEN AND NITROGEN GASES
DE202023103475U1 (en) Device for pre-reforming a feed gas stream containing hydrocarbons
DE69927976T2 (en) METHOD FOR STEAM REFORMING A HYDROCARBON
DE102016002728A1 (en) Process for the production of synthesis gas
EP0326661B1 (en) Process for producing synthesis gas from a hydrocarbon-containing feedstock
DE3518362A1 (en) Process for the preparation of methanol
DE1442991A1 (en) Naphtha reforming process
EP3075706A1 (en) Method and a plant for the production of synthesis gas
DE102016107455A1 (en) Method and apparatus for producing a mixed feed stream for a steam reforming plant
EP3330220B1 (en) Method of manufacturing a feed flow for a steam reforming installation
DE102007018311A1 (en) Two-stage reformer and procedure for running a reformer
DE102015117574A1 (en) Process and plant for the production of synthesis gas with variable composition
DE10041712A1 (en) Reforming device used for producing a hydrogen-rich gas from a mixture containing hydrocarbons comprises a high temperature shift reaction unit, a low temperature shift reaction unit and a heat exchanger contained in a converter
EP0326662A1 (en) Multi-step process for the production of synthesis gases containing hydrogen and carbon monoxide
DE3206514C2 (en) Process for the production of ammonia synthesis gas
WO2023025407A1 (en) Use of off-gases rich in carbon monoxide as feedstocks in steam reformers
DE102022125987A1 (en) Process and device for generating hydrogen from hydrocarbon-containing gas mixtures
EP4197967A1 (en) Method and installation for producing methanol and carbon monoxide

Legal Events

Date Code Title Description
R207 Utility model specification