DE2058867C3 - Rohrbaugruppe zur Verwendung bei katalytisch unterstützten Kohlenwasserstoffreaktionen - Google Patents

Description

_ν ι übrige, sich zum Auslaßende des Rohres erstreckende . Teil des Kerns mit chemisch neutralem Material versehen ist.

ι Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, s ' Ferner sieht die Erfindung eine aus derartigen <-^s Rohrbaugruppen bestehende Vorrichtung vor, bei der Γ-mehrere in Reihe nebeneinander angeordnete Rohr- « baugruppen eine Öfenkammer mit zwei parallelen,

einander gegenüberliegenden Wänden ,sowie einer ίο · oberen und einer unteren Wand bilden, wobei in die einander gegenüberliegenden Wände Wärmezufühjungsmittel eingebaut sind.

νϊ. Dis erfindungsgemäß ausgebildete Rohrbaugruppe ^ l"^{etet die} Vorteile, daß bei der Umwandlung von

jCohlenwasserstoffen unter Verwendung von Dampf, , zur Vermeidung von Koksbildung nicht — wie bisher — mit einem Dampfüberschuß von mindestens JOO %» gearbeitet werden muß. Vielmehr wird in der erfindungsgemäß ausgebildeten Rohrbaugruppe ein ao durch Hindernisse nicht gestörter ringförmiger Strom der an der Reaktion teilnehmenden Stoffe erzeugt und die Möglichkeit geboten, ohne Gefahr einer Koksbildung mit den theoretisch erforderlichen anteiligen Mengen von Dampf und Methan zu arbeiten. Sollte sich dennoch Koks bilden, so kann dieser von der leicht zugänglichen glatten Oberfläche des katalytisch wirkenden Kerns ohne Schwierigkeit entfernt werden, denn er setzt sich nicht in den Zwischenräumen des Katalysators fest. Zum Entfernen eines sich nach längerer Betriebszeit unter Umständen bildenden Koksansatzes ist es lediglich erforderlich, in die Rohre Dampf einzuleiten, der dann eine Entkokungswirkung ausübt, während er durch den von Hindernissen freien Ringkanal in jedem Rohr strömt.

Wenn der produzierte Wasserstoff zur direkten Reduktion von Erz verwendet werden soll, ist es erwünscht, das Aufheizen ohne weitere Reaktion fortzusetzen. Das ist der Zweck des unteren Teiles des Kerns. Die zusätzliche Wärme und die Möglichkeit, sie von der Kernverlängerung zu erhalten, sind somit sehr vorteilhaft.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Rohrbaugruppe gemäß der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine in einem Ofen angeordnete Rohrbaugruppe,

F i g. 2 einen Teilschnitt längs der Linie 2-2 in Fig.1,

F i g. 3 ähnlich wie F i g. 2, jedoch eine im Querschnitt abgeänderte Ausführungsform.

In F i g. 1 ist ein Ofen 1 dargestellt, der eine im wesentlichen rechteckige Ofenkammer umfaßt, die sich senkrecht zur Zeichenebene von F i g. 1 erstreckt. Der Ofen wird mit Hilfe mehrerer Reihen von Wärmezuführungsmitteln 2 auf die erforderliche Reaktionstemperatur erhitzt, wobei die Verbrennungsprodukte aus der Ofenkammer über einen Auslaß 3 abgeführt werden, der zu einem Kamin führt. Die Wärmezuführungsmittel 2 sind gewöhnlich Strahlungsbrenner, die gemeinsam geregelt werden. Außerdem werden die über den Auslaß 3 zum Kamin strömenden Verbrennungsprodukte in bekannter Weise zum Vorwärmen der an der Reaktion teilnehmenden Stoffe verwendet.

Die Rohre 5 sind senkrecht in einer Reihe angeordnet, die sich im wesentlichen in der Mitte zwischen den mit den Wärmezuführungsmitteln 2 versehenen Seitenwänden durch die Ofenkammer erstreckt. Die Zahl der verwendeten Rohre richtet sich nach der gewünschten Größe und Leistung de« Anlage. Jedes der Rohre? ist an seinem unteren Ende mit einer Sammelleitung 7 verbunden, und das obere Ende jedes Rohres ragt mit einem Gleitsitz durch ein in die Ofendecke eingebautes Ringteil 6. Die Sammelleitung 7 ruht auf Unterstützungen 8, die in einer Vertiefung 4 im Boden des Ofens vorgesehen sind. Jedes der Rohre 5 ist an seinem oberen Ende mit einem Flansch versehen, der mit einem Tragmittel 9 verbunden und mit einem Bügel 11 versehen ist Wenn sich ein Rohr S infolge von Temperaturänderungen ausdehnt oder zusammenzieht, werden die Bewegungen des oberen Rohrendes durch ein Seil 12 ausgeglichen, das über Umlenkrollen läuft und mit einem Gegengewicht 13 verbunden ist.

Die an der Reaktion teilnehmenden Stoffe werden dem oberen Ende jedes Rohres 5 von einer Verteilerleitung 15 aus über eine getrennte flexible Rohrleitung 14 zugeführt. Bei einer mit Dampf und Methan betriebenen Reformierungsvorrichtung werden Dampf und Methan dem Reformierungsrohr zugeführt und während des Erhitzens in Berührung mit einem Katalysator gebracht, der gewöhnlich aus Nickeloxid besteht. Der Katalysator 16, bei dem es sich um reduzierbares Nickeloxid handeln kann, ist auf der Oberfläche eines sich in axialer Richtung erstreckenden Kems 17 angeordnet, der an dem Tragmittel befestigt ist. Die aus dem Katalysator 16 bestehende Fläche des Kerns 17 und die Innenwand des Rohres 5 grenzen einen von Hindernissen freien Ringkanal ab, der von den an der Reaktion teilnehmenden Stoffen durchströmt wird. Bei dieser Anordnung ist nur ein relativ kurzer, sich durch den Gasstrom erstreckender radialer Wärmeübertragungsweg vorhanden, und es besteht Gewähr dafür, daß die Turbulenz des sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Gasstroms dazu führt, daß der Katalysator auf die an der Reaktion teilnehmenden Stoffe wirkt, ohne daß das Hindurchströmen dieser Stoffe durch das Rohr 5 auf irgendeine Weise behindert wird. Außerdem führt die beschriebene Konstruktion dazu, daß sie nur einen relativ geringen Druckabfall herbeiführt.

Gemäß F i g. 2 ist der Kern 17 als massiver Zylinder ausgebildet, auf dessen Umfangsfläche der Katalysator 16 in Form eines Überzugs angeordnet ist. F i g. 3 zeigt einen ähnlichen Kern 19, bei dem der aus dem Katalysator bestehende Überzug mit mehreren sich in axialer Richtung erstreckenden Vertiefungen versehen ist. Durch diese Vertiefungen wird die Oberfläche des Kerns vergrößert, ohne daß das Volumen des Kerns zunimmt. Zwar wurde festgestellt, daß der Kern 17 massiv ist und auf seiner Oberfläche einen Überzug aus dem Katalysator 16 trägt, doch sei bemerkt, daß auch der gesamte Kern aus einem Katalysatormaterial besteht oder daß der Kern rohrförmig bzw. hohl ausgebildet sein kann; in diesem Fall müssen die Enden des Kerns verschlossen sein, um zu gewährleisten, daß die an der Reaktion teilnehmenden Stoffe durch den Ringkanal strömen.

Je nach dem Volumen des zu verarbeitenden Stoffs und den angewendeten Temperaturen kann es erforderlich sein, die Katalysatorfläche des Kerns so auszubilden, daß sie sich über die ganze Länge des Rohres 5 erstreckt. Wenn dies nicht erforderlich ist, kann das untere Ende 18 des Kerns aus einem ehe-

5 ) 6

misch neutralen Material bestehen, so daß sich die ßen Reformierungsvorrichtung setzte sich der ausReaktion in dem betreffenden Teil des Ofens nicht tretende Gasstrom wie folgt zusammen:
fortsetzt, sondern daß die Reaktionsteilnehmer zu- Methan 5 0 °/o

satzlich erhitzt werden, während sie zu der Austritts- qq 1 2 %

oder Sammelleitung 7 strömen. 5 _Cq² 20*4 %

Beim Betrieb der Vorrichtung werden Methan pj 734"/O

(gewöhnlich in Form von Erdgas) und Dampf auf Dampf ........................... 0*0°/o

bekannte Weise auf etwa 480° C vorgewärmt. Der

iJamjpf und das Methan werden im gewünschten Dieses Ergebnis wurde bei einer registrierten AusMengenverhältnis gemischt und der Verteilerleitung io trittstemperatur von etwa 785° C und einer Tempe-

15 zugeführt. Von der Verteilerleitung aus strömen ratur der Rohrhaut in der Nähe von 1040° C erzielt, die Gase durch die flexiblen Rohre 14 zu den Roh- Zwar erhält man ein Gasgemisch mit der gewünschten 5 und durch diese hindurch nach unten. Die ten Zusammensetzung, doch kann die Temperatui Reaktionsprodukte werden mit Hilfe der Leitung 7 des Reaktionsproduktes niedriger sein als die gegesammelt, um dann erforderlichenfalls vor ihrer 15 wünschte Verwendungstemperatur. Man kann die Verwendung einer weiteren Behandlung zugeführt Temperatur der Reaktionsprodukte leicht dadurch zu werden. weiter erhöhen, daß man das untere Ende 18 des

Die durch den Ringraum zwischen der Innenfläche Kerns 17 aus einem chemisch völlig neutralen Werk-

des Rohres 5 und der Außenfläche des Katalysators stoff herstellt, so daß sich an dieser Stelle keine

16 auf dem Kern 17 strömenden Reaktionsteilnehmer ao weitere Reaktion abspielt, und daß die Reaktionswerden auf eine Reaktionstemperatur von etwa produkte lediglich weiter erhitzt werden, wenn sie 785 bis etwa 895° C erhitzt, wobei die Hauttempe- den unteren Teil des Rohres 5 durchströmen.

ratur der Rohre 5 auf etwa 1040⁰C gehalten wird. Bei der beschriebenen Konstruktion können die

Da die an der Reaktion teilnehmenden Stoffe in dem Reformierungsrohre auch waagerecht angeordnet

erwähnten Ringraum eine relativ dünne Schicht bil- 25 sein. In manchen Fällen ist dies erwünscht, doch lsi

den, und da eine turbulente Strömung entsteht, sind es nicht möglich, wenn die Rohre mit dem bis jetzt

ein schnelles Erhitzen, eine innige Berührung mit gebräuchlichen Katalysator gefüllt sind,

dem Katalysator und eine Reaktion von hohem Wir- Man erkennt somit, daß die Erfindung eine Re-

kungsgrad gewährleistet. aktionsvorrichtung vorsieht, bei der die katalytische

Bei der erfindungsgemäßen Reformierungsvorrich- 30 Wirkung des Katalysators voll genutzt wird, und bei

rung, bei der der Katalysator auf neuartige Weise an- der die Rohre dem Strömen der Gase nur einen

geordnet ist und bei der die zu erhitzenden Reak- minimalen Widerstand entgegensetzen. Gleichzeitig

tionsteilnehmer sine dünne Schicht bilden, ist es ist die räumliche Anordnung derart, daß sich die

möglich, mit einem stöchiometrischen Verhältnis Geschwindigkeit des Wärmeübergangs erhöht, wäh-

zwischen Dampf und Methan zu arbeiten. Bei einer 35 rend der Druckabfall in der Vorrichtung verringerl

bestimmten Ausführungsform einer erfindungsgemä- wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. ":Ώ%.· 1 _■

   genverhäjtnis zwischen Dampf und Kohlenstoff min-5 \ Patentansprüche: destens 2:1 betragen;, das bedeutet, daß im Ver-

   ; S . ■ gleich mit dem theoretisch fur eine vollständige Re-

   C^l. Rohrbaugruppe zur Verwendung bei kataly- aktion erforderlichen Bedarf mit einem Dampfüber-

   ^^ ^ 5 :schuß von mindestens 100·/. gearbeitet werden muß,

   life mit einem langgestreckten, aus einer Le^e- damit sich in der Vorrichtung kein Koks bildet, da lung hergestellten !ohr versehen ist, mit einem diese bei Koksbildung nicht mehr einwandfrei arijßinlaß für die an der Reaktion beteiligten Stoffe Jbeitet, ,

   »nd einem Auslaß für die Reaktionsprodukte am Wenn die Reaktionsprodukte benutzt werden, um

   %irtgegengesetzten Ende, einem im Durchmesser io Metalle zu reduzieren, bilden die außer Wasserstoff "Heineren Kern als der Innendurchmesser des und Kohlenmonoxid vorhandenen Produkte, z.B. Rohres und praktisch her gleichen Länge wie das Methan, das nicht an der Reaktion teilgenommen Rohr, in dem der Kern konzentrisch eingebaut hat, Kohlendioxid und Dampf, also chemisch neuist und einen ringförmigen Durchgang läßt, da- trale Stoffe, durch die praktisch der Teddruck des durch gekennzeichnet, daß der Kern(17) 15 Wasserstoffs und des Kohlenmonoxids herabgesetzt massiv ist, über seine ganze Länge eine gleich- wird, und die außerdem in einer reduzierend wirkenmäßige zylindrische Form aufweist, ein Teil des den Reaktionsvorrichtung als Kühlmittel zur Wir-4»ch vom Einlaßende des Rohres (S) erstrecken- kung kommen. Außerdem werden die aus der Reden Kerns (17) auf seiner Oberfläche mit einem formierungsvorrichtung austretenden Stoffe häufig die Umwandlung von Kohlenwasserstoffen for- ao abgekühlt, um den Wasserdampf durch einen Kondemden Katalysator (16) und der übrige, sich densationsvorgang zu entfernen, woraufhin die Gase zum Auslaßende des Rohres (5) erstreckende erneut auf ihre Gebrauchstemperarur erhitzt werden. Teil (18) des Kerns (17) mit chemisch neutralem Aus der US-PS 29 04 502 ist eine Rohrbaugruppe

   Material versehen ist. als Teil (Fig. 2) einer Spaltanlags für flüssige Koh-
2. 2. Rohrbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch as leawasserstoffe bekannt, bei der der im Reaktionsgekennzeichnet, daß sich das Rohr (5) senkrecht rohr konzentrisch eingebaute Kern zum Durchströerstreckt und daß die Tragmittel (9) des Kerns men von im unteren Teil zugeführten Dampf rohr-(17) an seinem oberen Ende befestigt sind. förmig, mit Erweiterungen am oberen und am unte-
3. 3. Rohrbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, ren Ende ausgebildet ist. Der gegenüber den Enden dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (16) 30 im Durchmesser wesentlich kleinere mittlere Teil ein reduzierbares Nickeloxid ist. des rohrförmigen Kerns ist mit einer Katalysator-
4. 4. Rohrbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 Masse umhüllt, die körnig oder von ähnlicher Bebis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kataly- schaffenheit und zur Sicherung ihrer Lage mit Draht sator (16) auf seiner Außenfläche in axialer umwickelt ist. Die Katalysator-Masse hat naturge-Richtung verlaufende Vertiefungen aufweist. 35 maß eine unterbrochene Oberfläche.
5. 5. Vorrichtung zum Reformieren von Kohlen- Die Fig.4 der US-PS 2805229 zeigt eine spezielle Wasserstoffen, bestehend aus Jlohrbaugruppen Ausführungsform einer bei der katalytischen Oxidanach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- tion von Äthylen verwendeten Rohrbaugruppe. Sie kennzeichnet, daß mehrere in Reihe nebeneinan- besteht aus einem einzigen äußeren Stahlrohr, in dem der angeordnete Rohrbaugruppen (1) eine Ofen- 40 ein einen ringförmigen Durchgang freilassendes, den kammer mit zwei parallelen, einander gegenüber- aus einer Silberlösung bestehenden Katalysator traliegenden Wänden sowie einer oberen und einer gendes Aluminiumrohr angeordnet ist. Die Gase unteren Wand bilden, wobei in die einander ge- strömen bei dieser Anordnung durch das äußere Rohr genüberliegenden Wände Wärmezuführungsmittel und durch die öffnungen im Katalysatorrohr.

   (2) eingebaut sind. 45 Aus den F i g. 4 und 5 der US-PS 22 93 946 sind

   innen mit Katalysatonnasse beschichtete Stahlrohre bekannt. Zur Vergrößerung der Kontaktfläche und

   zur Erzeugung einer turbulenten Strömung sind bei

   der einen Ausführungsform in der Katalysatorschicht 50 gerade oder schraubenförmige Rillen vorgesehen.

   Die Erfindung betrifft eine Rohrbaugruppe zur Die US-PS 33 34 971 zeigt einen feuerfest ausVerwendung bei katalytisch unterstützten Kohlen- gekleideten Ofen zum katalytischen Reformieren von Wasserstoffreaktionen, die mit einem langgestreckten, Kohlenwasserstoff- und Dampfmischungen, bei dem aus einer Legierung hergestellten Rohr versehen ist, in der einen Wand Brenner angeordnet sind, die mit mit einem Einlaß für die an der Reaktion beteiligten 55 Methan oder Heizöl betrieben werden.
   Stoffe und einem Auslaß für die Reaktionsprodukte Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

   am entgegengesetzten Ende, einem im Durchmesser Rohrbaugruppe zur Verwendung bei katalytisch unkleineren Kern als der Innendurchmesser des Rohres terstützten Kohlenwasserstoffreaktionen vorzuschla- und praktisch der gleichen Länge wie das Rohr, in gen, die ohne Gefahr einer Koksbildung mit den dem der Kern konzentrisch eingebaut ist und einen 60 theoretisch erforderiichen anteiligen - Mengen' von ringförmigen Durchlaß läßt. Methan und Dampf arbeitet.

   Bisher ist es beim Reformieren von Kohlenwasser- Diese Aufgabe wird bei der eingangs beschriebe-

   stoffen, z. B. von Erdgas, unter Verwendung von nen Rohrbaugruppe dadurch gelöst, daß der Kern Dampf zum Erzeugen Von Wasserstoff und Kohlen- massiv ist, über seine ganze Länge eine gleichmäßige monoxid üblich, einen Katalysator in Form von Teil- 65 zylindrische Form aufweist, ein Teil des sich vom chen zu verwenden, die eine Packung bilden, welche Einlaßende des Rohres erstreckenden Kerns auf seiin einem aus einer Legierung bestehenden Rohr an- ner Oberfläche mit einem die Umwandlung von eeordnet ist. Bei dieser Arbeitsweise muß das Men- Kohlenwasserstoffen fördernden Katalysator und der