DE2513499A1 - Mit waermekonvektion arbeitender reformierofen und mit diesem ofen versehenes system - Google Patents

Mit waermekonvektion arbeitender reformierofen und mit diesem ofen versehenes system

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DE2513499A1 DE19752513499 DE2513499A DE2513499A1 DE 2513499 A1 DE2513499 A1 DE 2513499A1 DE 19752513499 DE19752513499 DE 19752513499 DE 2513499 A DE2513499 A DE 2513499A DE 2513499 A1 DE2513499 A1 DE 2513499A1
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/062—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes being installed in a furnace
    • 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
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    • 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
    • C01B3/384—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 the catalyst being continuously externally heated
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    • Y02P20/10—Process efficiency

Description

27538
STONE & WEBSTER ENGINEERING CORPORATION Boston, Massachusetts (U· S0 Ao)
Mit Wärmekonvektion arbeitender Reformierofen und mit diesem Ofen versehenes System
Die Erfindung betrifft ein in sich geschlossenes Verfahren zum Erzeugen eines wasserstoffreichen Gases in einem Reformierofen, ferner einen Reformierofen und in diesem vorgesehene Einrichtungen· Insbesondere betrifft die Erfindung einen Reformierofen, der sowohl verfahrensseitig als auch wärmeseitig unter Druck arbeitete Die Erfindung ist mit besonderem Vorteil auf die Erzeugung eines wasserstoffreichen Gases für großtechnische Kohlevergasungsanlagen anwendbare
Seit einiger Zeit ist ein beträchtliches Interesse an der Erzeugung von zur Energieversorgung dienendem Gas durch Kohlevergasung vorhanden. Bestimmte großtechnische Kohlevergasungsanlagen verbrauchen große Mengen wasserstoffreiches Gas· Wasserstoffreiches Gas wird derzeit auch in der großtechnischen Synthese von Ammoniak in großem Maßstab verbrauchte
In großtechnischen Anlagen zum Erzeugen von Methanol aus Erdgas oder leichten Kohlenwasserstoffen werden allgemein als Synthesegas bezeichnete Gemische von Wasserstoff- und Kohlenmonoxidgas in großen Mengen verwendete
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Für die großtechnische Verwendung werden das wasserstoffreiche Gas und das Synthesegas in Reformieröfen erzeugt. Das übliche Reformierverfahren wird in einem Reformierofen durchgeführt, durch dessen mit einem Katalysator, beispielsweise Nickeloxid, gefüllten Rohre ein Strom aus Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf geführt wirdt Die Reformierreaktion wird im allgemeinen bei einer Temperatur im Bereich von 537 - 8l6 C oder unterhalb dieses Bereiches durchgeführt ο
Der übliche Ofen zum Reformieren von Kohlenwasserstoffen arbeitet mit Wärmestrahlung. Die Wärme wird durch die Verbrennung eines Kohlenwasserstoff-Brennstoffes unter Luftzufuhr und unter atmosphärischem Druck erzeugte Die derzeit bekannten Reformieröfen, die mit Wärmestrahlung arbeiten, sind sehr groß und aufwendig und haben einen sehr hohen Brennstoffverbrauchο
Es gibt auch schon Öfen, die unter Druck arbeiten,. Ein derartiger Ofen ist in der am Io Juni 1971 ausgegebenen USA-Patentschrift Nr0 3 582 296 angegebene Im Betrieb dieses Ofens soll die Druckdifferenz zwischen dem Behandlungsgutstrom und dem heißen Heizgas möglichst klein sein· Wärme wird in dem Ofen im wesentlichen durch Strahlung übertragene Das Verbrennungsgas wird in der Heizzone auf eine Temperatur erhitzt, die der theoretischen Verbrennungsflammentemperatur möglichst nahe liegto Ein weiterer unter Druck arbeitender Ofen ist der kompakte KonvektSionsreaktor, der in der am f>ο September 1972 ausgegebenen USA-Patentschrift 3 688 494 angegeben ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Reformierofens und -Verfahrens zum Erzeugen eines wasserstoffreichen Gases oder Synthesegases.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Ofens, der behandlungsgutseitig und verbrennungsseitig unter Druck arbeitet und in dem Wärme auf die Behandlungsgutseite im wesentlichen durch Konvektion übertragen wird.
Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines Ofens, der als Reformierofen in einem in sich geschlossenen System zum Reformieren eines Kohlenwasserstoff einsatzes unter Bildung von Wasserstoff verwendet werden kanne
In dem erfindungsgemäßen Ofen wird ein Erhitzen der Behandlungsrohre durch von dem Brenner des Ofens abgestrahlte Wärme vermiedene Die vorzugsweise aus einem einzigen Brenner oder aus mehreren Brennern bestehende Brenneranordnung iet in einem Brennraum am Boden des Ofens zentral angeordnet· Dieser Brennraum ist mit einer Abschirmung in Form «ines teilweise halbkugelförmigen, durchbrochenen Einsatzes versehen, durch den die heißen Verbrennungsgase aus dem Brennraum zu den Behandlungsrohren strömen können, während eine Berührung der Behandlungsrohre durch die Flamme und eine direkte Wärmeabstrahlung von dem Brenner auf die Behandlungsrohre verhindert wird. Die Behandlungsrohranordnung besitzt eine Rohrwand, die in dem Ofen auf einem relativ hohen Niveau montiert ist, sowie Behandlungsrohre, die sich von der Rohrwand weg erstrecken, und ein großes Zentralrohr, in welches die Behandlungsrohre münden» Die Behandlungsrohre haben an ihren Enden Eintritts- und Austrittsstrecken von kleinem Durchmesser und haben ferner eine sehr lange Mittelstrecke, die in dem Reformierofen mit Katalysator gefüllt ist· Die Rohrwand ist als Sandwichplatte aufgebaut«
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Der Ofen ist mit mehreren miteinander flucht end en, aneinanderlieü'enden Isolierriantelriiigen versehen. Jeder Mantelring ist im Abstand von der Innenwanduug des Ofenmantels angeordnet und bildet mit ilir einen kleinen Ringraum, durch den ein relativ kühles Spülgas geführt werden kann, das vaiter einem Druck steht, der etwas höher ist als der Druck im Innern des Ofens <,
In dem er fin dungs gern äßen Verfahx-en wird das Rauchgas des Ofens im Kreislauf geführ to Das aris dem Ofen ausgetretene Rauchgas wird sum Vorerhitzen des dem Ofen zuzuführenden Kohlenwasserstoff einsatzes verwendet ο Man kann auch einen Teil des Rauchgases nachverdichten und zu dem Ofen zurückführen Lind mit Brennstoff und Verbrennungsluft mischen ο Ein weiterer Teil des Rauchgases wird der Turbine eines Luftverdichters zugeführt" und tmterstützt den Antx-ieb dieser Turbine»
Die Erfindung schafft somit einen Reformier of en-, der behandlungsgut- und wärmeseitig unter Druck arbeitet, sowie Einrichtungen, die in dem Reformierofen besonders vorteilhaft verwendet werden können, und ein in sich geschlossenes Verfahren, in dem der Reformierofen verwendet wird» Die genannten Einrichtungen umfassen eine Rohrwand in Form einer Sandwich-Zellenplatte, einen durchbrochenen, teilweise halblcugelförmigen Einsatz zum Abschirmen eines Brennraums und eine zum Isolieren des Ofenmantels dienende Anordnung, die einen Ringraum für Spülgas begrenzt O
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläuterte In diesen zeigt
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Figo 1 ii.i Vortiizcü.schnitt einen erfinduiigs gemäß en üicii in einer besonders als iloformiGx-ofoa geeigneten. Axisfüh-
Figo 2 eine andere Axis führungs form des erfindungsgoi..äßeii Ofens,
Figo 3 in einem Sclmitt l"Ligs der Linie 3-3 i*1 Fig» 1 die Ausbildung des Korns der üohr\.Taiicl,
Fi^'o 1I in srößereni iiaßstab im Vortikalschnitt einen Teil des Ofens ^-emäß Fig· Ί mit der Brenneranordnung und der Ausbilüvin;.j- der Isoj-ienuantelringe,
Fio· 5 einen Schnitt längs der Linie 5 - 5 in Fig« ^i
Figo 6 den Ofen jeinüß Fig. 2 mit dein beim deformieren vorhandenen Temperaturgradienten und
Fig. 7 in einem Schema das mit dem Ofen versehene Gesamtsystemο
Der erfindungsgemäße Ofen ist für viele ZvrecXce geeignet ο Er 2:ann praktisch für alle katalytischen und iilclitkataiytischen ltracizverfaliren verrvendet werdeiio Nachstehend wird ein Äeforuierofen gemäß der iSi^finching besehriooen, in dem Izatalytisch gekrackt wirdo
rfie am besten aus der Fig« I hervorgeht, besteht der erfindungsgemäße lieformierofen 2 im wesentlichen aus dx-ei liauptteilen, und zwar der Ofemiiantelanordniuig 4, der Reaktionsrohranordnung ο und der Feuerung G0
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Die Gf eiiniantelanordnung 4 besteht aus dem
Außenmantel 9, den Isolieruantelringen 10 und den Spülgaskammern 12, die von der Axxßenwandung der Isoliermantelringe 10 und dei- Innenwandung des Mantels 9 gebildet werden. Wie am besten aus den Figturen 1 und 4 hervorgeht, ist jeder aus feuerfestem Material bestehende Isoliermantelring 10 zylindrisch ausgebildet oder hat er dieselbe Form wie die Innenwandung des Ofenmantels 9 und ist er am einen Ende, vorzugsweise dem oberen Ende, mit dem Ofenmantel verbundeno Der Durchmesser der Außenwandung l4 jedes Isoliermantelringes ist kleiner als der Innendurchmesser des Ofenniantels 9, so daß jeder Isolier man te Ir ing 10 einen Spülgasraum 12 begrenzt. Diesem sind Mittel zugeordnet, die den richtigen Abstand zwischen den Isoliermantelring 10 Lind der Innenwandung des Ofenmantels 9 aufrechterhalten,,. Für diesen Zweck können verschiedenartige Mittel verwendet werden, In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform bestehen diese Mittel aus einer Leiste 11, die sich in Form einer Wendel vom oberen zum unteren Ende des Spülgasraums 12 erstreckte Jeder Spülgasraum 12 endet in einer ringförmigen Öx'fnung 13, durch welche der Spülgasraum 12 mit dem Innenraum des Ofens in Verbindung steht0 Jeder Spülgasv-aum 12 ist mit einem eigenen Spülgaseintritt 20 versehen, durch den Spülgas unter einem Druck eintx~itt, der etwas höher ist als der Drucic auf der Verbremiungsgasseite des Reformierofens 2O In der Px~axis besteht das Spülgas aus gekühltem Rauchgas von dein Ofen 2β Jeder Isoliermantelring 10 ist mit einem fe^^erfesten Vorsprung 16 versehen, der eine zu starke Auslenkung der äiißersten Reaktionsrohre und eine Kanalbildung durch das Rauchgas in dem Ofen 2 verhinderto
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Die Reformierroliranordnung 6 besteht aus der Rohrwand 22, Reforuierrohren 24 und einem Zentralrohr 26„ Das Zentralrohr 26 ist in dem Reformierofen 2 axial angeordnet und erstreckt sich durch die Decke des Ofens 2 hindurch aufwärts ο Das obere Ende des Zentralrohrs 24 stellt den Austrittsteil 27 dar, durch den der reformierte Effluent den Ofen verläßtβ In der Praxis ist das Zentralrohr 26 an der oberen Öffnung 28 des Ofens 2 auf geeignete Weise befestigt, beispielsweise angeschweißt. Wie am besten aus den Figuren 1 und 3 hervorgeht, besitzt die Rohrwand 22 eine obere Platte 34, eine untere Platte ^G und einen Kern 38· Öle Rohrwand 22 ist mit einer zentral angeordneten Öffnung 30 ausgebildet, die dem Profil des Zentralrohrs 26 angepaßt und an der die obere Platte 3^ der Rohrwand durch eine Schweißnaht von hoher Festigkeit an dem Zentralrohr 26 befestigt und daher an ihm abgestützt isto Die Rohrwand 22 stützt sich ferner an der Innenwandung des Ofens ab, beispielsweise mit Hilfe eines langgestreckten Tragteils 32 β Dieser Tragteil ist ununterbrochen und ist sowohl an der Ofenwandung als auch an der Rohrwand 22 abgedichtete Es sind ferner Wärmeabschirmungen 40 vorgesehen, welche die Rohrwand 22 vor den heißen Rauchgasen schützen« Die Rohrwand 22 besitzt miteinander fluchtende Löcher 42 und 44 in der oberen Platte 34 bzw. der unteren Platte 36·
Jedes Reformierrohr 24 besitzt eine große Mittelstrecke 50, eine Eintrittsstrecke 46 und eine Austrittsstrecke 48. Die große Mittelstrecke 50 bildet den bei weitem größten Teil jedes Reformierrohrs 24 und ist die einzige mit Katalysator gefüllte Strecke· Die Eintrittsstrecken 46 führen von der Oberseite der
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oberen Platte 34 der Rohrwand 22 durch die Löcher 44 in der unteren Platte 36 der Rohrwand und sind durch eine Schweißnaht von hoher Festigkeit an der oberen Platte 34 der Rohrwand 22 befestigt» Die Eintrittsstrecke 46 des Reformierrohrs ist im Durchschnitt beträchtlich kleiner als die Mittelstrecke 50 desselben. Infolgedessen sind die Mittelstrecken 50 der Reformierrohre nahe beieinander angeordnet, so daß die Rauchgase in der Nähe des Rauchgasabzuges nur minimal gedrosselt werden und in den Eintrittestrecken 46, in denen sich kein Katalysator befindet, nur eine minimale Wärmemenge auf den Behandlungsgutstrom übertragen wird»
Die Auetrittsstrecken 48 der Reformierrohre sind ebenfalls im Durchmesser viel kleiner als die Mittelstrecken 50 der Reformierrohre. Wie am besten au« der Fig. 5 hervorgeht, erstrecken sich die Austrittestrecken annähernd wendelförmig oder schräg bis zu dem Zentralrohr 26» Durch diese schräge Anordnung der Auetrittsstrecken 48 wird eine Wärmeausdehnung der Reformierrohre 24 ermöglicht. Infolge des kleinen Durchmessers der Auetrittsstrecken 48 wird die Strömung des Rauchgases und insbesondere dessen Zutritt zu den den Katalysator enthaltenden Mittelstrecken 50 der Reaktionsrohre 24 nur minimal gedrosselt, während in den keinen Katalysator enthaltenden Austrittsstrecken 46 nur eine minimale Wärmemenge übertragen wird·
Das Zentralrohr 26 der Rohranordnung 6 ist ein im wesentlichen gerades Rohr, in dem der aus den Reaktionsrohren 24 auegetretene Effluent der Auetrittsöffnung 27 des Ofens 2 zugeführt wird. Das Zentralrohr 26 ist mit einer wärmeabschirmenden Ummantelung 29 versehen, die den unteren Teil der Mittelstrecke 26 gegenüber den heißen Verbrennungegasen abschirmt.- Dieee Ummantelung 29 erstreckt eich von dem Zentralrohr 26 abwarte bie zu einer Stelle, die oberhalb dee unteren Endes der Mittelstrecken 50 der Reaktionsrohre liegt· Im
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Innern des unteren Teils des Zentralrohrs ist ferner eine zylindrische Strömungsablenkeinrichtung 25 vorgesehen, die den Strom des aus den Austrittsstrecken 48 der Reforraierrohre 24 kommenden Effluenten abwärtslenkte Der aus den Austrittsstrecken 48 in das Zentralrohr 26 getretene Effluent bestreicht daher die Innenfläche des Bodens des Zentralrohrso Durch diese Ausbildung wird eine Beschädigung des unteren Teils des Zentralrohrs 26 durch die heißen Verbrennungsgase verhinderte
An dem Zentralrohr 26 sind Rohrführungen 3I vorgesehen, die sich von dem Zentralrohr 26 auswärts in den Bereich der Reaktionsrohre 24 erstrecken« Die Rohrführungen Jl haben eine ähnliche Aufgabe wie der Vorsprung lös Sie verhindern eine zu starke Auslenkung der Reaktionsrohre 24 und eine Kanalbildung durch die in dem Ofen erzeugten Verbrennungsgase„ Ferner sind am Außenumfang der Reaktionsrohre 24 mehrere gegeneinander versetzte, kreisringförmige Abstandhalter 75 angeschweißt, die eine zu starke Auslenkung der ileaktionsrohre und Schwingungen derselben verhindern0
Die Feuerung G des Ofens besitzt vorzugsweise einen einzigen Brenner 52, der in einem venturidüsenartigen, eine sich verjüngende und eine sich erweiternde Strecke aufweisenden Teil 54 angeordnet ist, und uehrere ortsfest angeordnete, gekrümmte Leitechaufein 5^, welche die den Brenner 52 verlassenden Verbrennungsgase längs einer wendeiförmigen Bahn führen, um die gleichmäßige Vermischung von Kraftstoff, Luft und Rauchgas zu unterstützen» Die Feuerung ü ist ferner mit einem teilweise halbkugelförmigen oder igluförmigen Einsatz $o versehen, der den Innenrauti des Ofens knapp oberhalb des Brenners 5" überspannt» Der
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Einsatz 58 besteht aus feuerfestem Material und besitzt zwischen der Ofenwandung und dem Mittelpunkt des Einsatzes mehrere Öffnungen 58, durch die hindurch heiße Verbrennungsgase direkt in den Bereich direkt unterhalb der Reforraierrohre 2k treten können» Oben auf dem Einsatz ist ein zylindrischer Teil 6k angeordnet, der ebenfalls aus feuerfestem Material besteht und dazu dient, eine direkte Beaufschlagung des unteren Endes des Zentralrohrs 26 mit den heißesten Verbrennung«gasen zu verhindern und Beschwerungselemente, beispielsweise keramische KXigeln 65» aufzunehmen, die Auftriebskräfte ausgleichen, die von heißen^Verbrennungsgasen von unten auf den Einsatz 58 ausgeübt werden. Der teilweise halbkugelförmige oder igluförmige Einsatz 58 verhindert eine Abstrahlung von Wärme von der Feuerung 8 auf die Reaktionsrohre 24. Die einzige Strahlung, die auf die Reaktionsrohre 2k gelangen kann, ist die kleine Strahlungsmenge, die von den Verbrennungsgasen selbst abgestrahlt wirdo Der untere Teil des teilweise halbkugelförmigen Einsatzes 58 kann stromlinienförmig ausgebildet sein, wie am besten aus der Figo 1 hervorgeht, damit der Druckabfall an dem Einsatz und die von den strömenden Verbrennungsgasen auf den Einsatz 58 ausgeübte Auftriebskraft herabgesetzt wirdo
Der Ofen 2 besitzt ferner einen oberen Raum, der durch die Rohrwand 22 und das Zentralrohr 26 gegenüber dem Konvelctionsrauia abgedichtet ist und als Einlaßraum für den Kohlenwasserstoffeinsatz.dient0 Dieser tritt in den oberen Raum 66 durch eine Eintrittsöffnung 68 ein und strömt direkt, in die Eintrittsstrecken k6 der Reaktionsrohre α
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Der Ofen 2 besitzt ferner einen Rauchgasaustritt 70, der knapp unterhalb der Rohrwand 22 und knapp oberhalb der den Katalysator enthaltenden Mittelstrecken 50 der Reformierrohre angeordnet ist ο
Die in Pig«, 2 gezeigte Aus führung s form ist mit der in Fig. 1 gezeigten praktisch identisch, und alle gleichen Teile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet· Der einzig· Unterschied besteht darin, daß ein Wärmeaustauscher hinzugefügt ist« Dieser ist innerhalb des Zentralrohrs 26 angeordnet und wird vorzugsweise von Bajonettrohren 7^=» einem Eintrittsteil 76 und einem Austrittsteil 78 gebildet· Xn den Rohren des Wärmeaustauschers 72 kann jedes beliebige Strömungsmittel strömen, doch werden sie vorzugsweise von Kohlenwasserstoffeinsatz für den Reformierofen durchströmte Der aus den Reformierrohren ausgetretene, aufwärt«strömendθ heiße Effluent umstreicht die Rohre 74· Das zu erhitseAd« Strömungsmittel, beispielsweise Rauchgas, Luft oder Wasser, tritt in den Eintrittsteil 76 des Wärmeaustauschers ein und strömt dann abwärts durch den konzentrischen äußeren Ringraum der Bajonettrohre 72 und aufwärts durch den konzentrischen Innenraum der Bajonettrohre 72 zu dem Austrittsteil 7Ö des Wärmeaustauschers« Dabei gibt der aus den Reformierrohren 2k ausgetretene Effluent Wärme an das im Innern der Rohre 7k strömende Strömungsmittel ab, wobei der Effluent gekühlt wird·
Xm Betrieb wird der in den Figuren 1 und 2 gezeigte Ofen mit einem Kohlenwasserstoffeinsatz gespeist, der durch die Eintritteöffnung 68 zugeführt wird und durch die Eintrittestrecken k6 der Reformierrohre in deren Mittel- «treeken 50 gelangt, in denen sich Katalysator befindet u»d in denen das eigentliche Reformieren erfolgte
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Nach seinem Austritt aus der in den Mittelstrecken befindlichen Katalysatormasse verweilt der reformierte Effluent kurze Zeit in den Austrittsstrecken 48, um dann zum unteren Ende des Zentralrohrs 26 zu gelangen. In diesem strömt der Effluent aufwärts zur Decke des Ofens 2, aus dem er dann zur Weiterverarbeitung austritt« Die zur Durchführung der Reformierreaktion erforderliche Wärmemenge wird teilweise durch umgewälztes Rauchgas und teilweise durch Verbrennungsgas zugeführt, das durch die Verbrennung von Brennstoff unter Luftzufuhr erzeugt wird«, Wenn das Rauchgas durch die am besten in den Figuren 1 und 7 gezeigte Leitung in die Feuerung 8 eintritt, befindet es sich auf einer Temperatur von etwa 566 C und unter einem Druck von etwa 10,9 atao Das Zurückführen des Rauchgases in den Brennraum 8 hat den Zweck, die Verbrennungstemperatur zu beeinflussen und einen Teil der Verbrennungswärme zu liefern. Durch die Leitung I05 wird dem Brenner Brennstoff zugeführt, der sich auf einer Temperatur von etwa 21 C und unter einem Druck von etwa 10,9 ata befindet und der aus einem gasförmigen Brennstoff, wie Methan, Erdgas oder einem anderen Brenngas, oder aus ■ einem leichten flüssigen Brennstoff, beispielsweise Leichtnaphtha, bestehen kanne Die zum Verbrennen des gasförmigen Brennstoffs erforderliche Luft tritt aus der Leitung 104 mit einer Temperatur von etwa 371 C und unter einem Druck von etwa 10,9 ata ein. Das von der Leitung II3 kommende, zurückgeführte Gas und die von dem Brenner 52 kommenden Verbrennungsprodukte werden dann in dem Einsatz 58 wendelförmig geführt und umstreichen nach dem Durchtritt durch den Eineatz 58 die Reformierrohre 240 Wie am besten aus der Fig. 6 hervorgeht, fällt die Temperatur von einem am unteren Ende des
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Ofens 2 vorhandenen Wert von etwa 1232 C auf den am Rauchgasaustritt vorhandenen Wert von 6^9 C0 Der Drvick des Verbrennungsgases kann zwischen 7jO lind 12,7 ata liegen und liegt Vorzugspreise zwischen 10,2 ata tind 10,9 ata« Die Praxis hat gezeigt, daß vom unteren zum oberen Ende des Ofens ein leichter Druckabfall vorhanden ist, und bei einem Druck von 10,9 ata am unteren Ende des Ofens der Drtick am oberen Ende des Ofens 10,2 ata betragen kann» Der behändlungsgutseitige Druck ist etwas höher ο Dei- Kohlenwasserstoff einsatz tritt in den Ofen 2 unter einem Dr^ ck vge. etwa 21,1 ata, vorzugsweise I7,6 ata ein. Der reformierte Effluent tritt aus dein Zentralrohr 2o unter einem Druck aus, der etwa 3t5 ata niedriger ist als der Eintrittsdruck des Kohlenwasserstoff einsatzes in den Ofen«,
In Fig β 6 ist das in dein Ofen vorhandene Temperaturgefälle dargestellt, wobei die verbrenmmgsgasseitigen Temperaturbereiche angegeben sind.
Wie am besten aus der Fig. 7 hervorgeht, werden in dem erfindungsgemäßen Systei.; in dem Ofen erzeugte ilauchgase zum Erhitzen des aus dem Kohlenwasserstoffeinsatz und Wasserdampf bestehenden Gemisches, sum Erzeugen von Dampf und zum Anti-ieb der Turbine verwendet, die zum Erzeugen der für die Verbrennung erforderlichen Druckluft diente Die llauchgasleitung 112 führt durch die heiße Seite des Würniearistauschers 80, so daß der V7asserdampf-Kohlenwasserstoff-Einsatz erhitzt wird, der in der Leitung 114 der Eintrittsöffnung des Ofens zuströmt ο Die aus dem Wärmeaustauscher uO a^^sgetretenen itauchgase gelangen zu der heißen Seite des Wärmeaustauschers 02, in dem von der Leitung I08 kommender Kohlenwasserstoff einsatz ex-hitzt wirdo Der erhitzte Kohlenwasserstoff einsatz durchströmt die kalte Seite des Wärmeaustauschers o2 und
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wird schließlich in die Leitung 114 zum Zuführen von Wasserdampf und Kohlenwasserstoff eingeleitete Nach dem Verlassen der heißen Seite des Wärmeaustauschers 82 wird der Hauchgasstrom geteilt ■> Der eine Teil wird durch die Leitung 113 dem Wärmeaustauscher 86 zugeführt und dient dort zum Erzeugen von Dampf aus dem Betriebswasser, das, die kalte Seite des Wärmeaustauschers 86 durchströmte Der andere Teil des Rauchgasstroms wird durch die Leitung 112 einem Brenner 88 zugeführt, in dem das Rauchgas mit Brennstoff und Druckluft vermischt und ein Verbrennungsgas erzeugt wird. Dieses wird zum Antrieb der Turbine des Luftverdichters 92 verwendete Von der Turbine 90 im Überschuß erzeugte Energie kann in dem mit der Turbine 90 antriebe· verbundenen Generator 7° zum Erzeugen von elektrischer Energie verwendet werden« Die von der Leitung 104 kommende Luft wird vorzugsweise in einem Hauptstufen-Luftverdichter 92 verdichtet und dann gegebenenfalls zur weiteren Verdichtung einem Hochdruck-Zusatzverdichter 96 und schließlich dem Ofenbrenner 52 zugeführt ο Die Verdichter 96 und 98 sind vorzugsweise mit der Turbine 90 antriebsverbunden, können aber auch von einem eigenen Motor oder einer anderen Antriebseinrichtung angetrieben werden0 Das von der Turbine 90 Iconaijende Rauchgas strömt zusammen mit dem anderen heißen Gas durch den Wärmeaustauscher 94, in dem zusätzlicher Dampf für das System erzeugt wird0 Danach wird das Rauchgas ins Freie abziehen gelassen»
Der aus dem Austrittstoil 27 d.es Zentralrohrs 2b des Ofens 2 ausgetretene Effluent wird durch die Leitung und die heiße Seite des Wärmeaustauschers 100 geführt0 Aus der heißen Seite des Wärmeaustaus ehers O3 ausgetretenes Rauchgas wird in dem Verdichter 9^ verdichtet und dann durch die kalte Seite des Wärmeaustauschers 100 geführt,
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in dem das Rauchgas vor seinem Eintritt in den Ofen 2
erhitzt wird» Dann kann der in der Leitung 110 geführte Effluent in dem Wärmeaustauscher 102 zum Erzeugen von Dampf verwendet werdenο
Der in dem Ofen zu verbrennende Brennstoff wird über die Leitung 105 zugeführt, die verdichtete Verbrennungsluft über' die Leitung 104.
Nachstehend wird der Betrieb des Ofens und des Systems gemäß der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschriebene Dieses betrifft das Reformieren von
Methan, doch kann man das System und den Ofen gemäß der
Erfindung auch zum katalytischen Reformieren von höheren Kohlenwasserstoffen verwenden, Z0 Bo von Propan, und von vorverdampften, normalerweise fülligen Kohlenwasserstoffen, wie Hexan, oder von vorverdampften niedrigsiedenden Erdölfraktionen, wie Naphtha«, In diesem Ausführungsbeispiel werden zwei parallel arbeitende Öfen verwendet*
9^ t/h Einsatz-CEU werden mit einer Temperatur von 38 C und unter einem Druck von 18,3 ata aus der Leitung IO8 der kalten Seite des Wärmeaustauschers o2 zugeführt. Die von zwei parallel arbeitenden Öfen .kommenden Rauchgase in einer Menge von I8OO t/h werden in der Leitung 112 geführt und zunächst in dem Wärmeaustauscher 80 gekühlt und dann durch die heiße Seite des Wärmeaustauschers 82 geführt. Die <)k t/h CH. werden auf 21^t °C erhitzt und dann in der Leitung 114 mit 379 t/h. Wasserdampf vermischte
In dem Wärmeaustauscher 80 wird das Wasserdampf-CH^-Gemisch auf 538 °C erhitzt.
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Der aus der heißen Seite des Wärmeaustauschers ausgetretene Rauchgasstrom wird in zwei Teile geteilt. In dem einen Teilstrom werden 1100 t/h Rauchgas in der Leitung 113 zu den Öfen zurückgeführt und beispielsweise zu gleichen Teilen auf diese aufgeteilte Das in der Leitung II3 auf einer Temperatur von 484 °C befindliche Rauchgas durchströmt zunächst die heiße Seite des Wärmeaustauschers 86, in dem es 93 t/h Wasserdampf von 214 °C und 14,1 ata für die Dampf-Wasser-Leitung II6 erzeugt·
Das Rauchgas tritt aus dem Wärmeaustauscher 86 mit 316 C und 9i5 ata aus, und wird in dem Verdichter 98 auf 11,3 ata verdichtet und in dem Wärmeaustauscher.100 auf 566 C erhitzt, ehe es in die Öfen eintrittβ
Der andere Teil des aus der heißen Seite des Wärmeaustauschers 82 ausgetretenen Rauchgasetroms beträgt 694 t/h und befindet sich auf einer Temperatur von 484 C und unter einem Druck von S1Q ata. Dieser Teil strömt in der Leitung 112 weiter zu dem Brenner 88, in dem er mit 15,9 t/h CH^ (Brennstoff) und 277 t/h Druckluft vermischt wirdo Die aus dem Brenner austretenden Gase treiben die Turbine 90 an« Die in die Turbine eintretenden, heißen Gase befinden sich auf einer Temperatur von 943 C und unter einem Druck von 9«8 ata<> Die aus der Turbine 90 austretenden Gase befind©®, sieh auf einer Temperatur von 510 °C und unter einem Druck von I9OS ata*
. Die aus der Tiarbiae 90 ausgetretenen Gase werden in dem Wärmeaustauscher 94 zur Erzeugung von l4y t/h Wasserdampf verwendet3 der unter einem Druck von 2I9I ata steht und über die Leitung II6 an die Leitung Ii4 abgegeben wird» Das au« dem Wärmeaustauscher 49 ausgetretene Gas wird in« Freie abziehen gelassen«
658 t/h Druckluft werden von dem Verdichter mit 35^ C und 9,8 ata an den Verdichter 96 abgegeben, der Druckluft von 371 °C und 10,9 ata abgibt. Die von dem Verdichter 96 abgegebene Druckluft wird in gleichen Teilen über die Leitungen 1θ4 den Brennern 52 der beiden parallel arbeitenden Reformieröfen zugeführte
Über die Leitung I05 wird dein Brenner 52 jedes Ofens 2 Brennstoff in Form von 1.3,8 t/h CHr von 21,1 °C und 11,3 ata zugeführt <, Der Brennstoff wird in dem Brenner mit den 329 t/h Druckliift verbrannt, die jedem Ofen über die Leitung 10^t zugeführt werden. Zusammen mit den 1100 t/h zurückgeführtem Rauchgas von 566 C (550 t/h pro Ofen) werden die Verbrenixungsgase in jedem Ofen zur Deckung des Wärmebedarfs verwendete
In dem Ofen 2 werden die ihm zugeführten 236 t/h CH.-Wasserdampf-Gemisch von 53'ύ C und I7» 6 ata an einem Nickeloxidkatalysator reformiert und durch Konvektionswänae der heißen Verbrennungsgase und des ztirückgeführten Rciuchgases auf eine Austritts temperatur von Ö93 C erhitzt ρ Der CII.-Einsatz hat einen Eintrittsdruck von 17,6 ata«, Der Austrittsdruck des Behandlungsgutes beträgt l4fc,l ata. Der Druck der Verbrennungsgase und des ztirückge führ ten Ratichgases beträgt am Brenner 0 10,9 ata und am Rauchgasaustritt 70 10,2 ataο
In dem Wärmeaustauscher 100 wird das Reformat
durch einen Wärmeaustausch mit dem zurückgeführten Rauchgas auf 599 C gekühlt. Danach wird der Effluent von beiden Reformieröfen in dem Wärmeaustauscher 102 gekühlt, in
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dem I34 t/h Dampf erzeugt wird0 Dieser Dampf wird an
die Kohlenwasserstoff-Wasserdampf-Leitung 114 abgegebene Nach dem Verlassen der heißen Seite des Wärmeaustauschers 102 wird das Reformat der Weiterverarbeitung zugeführt.
In diesem Ausführungsbeispiel werden 473 t/h Synthesegas mit der folgenden Zusammensetzung erzeugt»
Bestandteil Mo 1%
CH4 1,42
C02 5,65
CO 8,75
H2 48,85
H2° 35,33
10O9OO
Wasserstoff plus CO werden in einer Menge von
1° 3
12,5 · 10 "" Nm /Tag, bezogen auf eine Normaltemperatur von 15,6 C, erzeugte
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Claims (1)

  1. Patentansprüche J
    Ii Ofen, gekennzeichnet durch eine Brenneranordnung, einen Konvektionsraum, der mit heißen Gasen unter einem Druck über 7,0 ata betrieben wird, eine Abschirmung zum Verhindern einer Wärmeabstrahlung von der Brenneranordnung in den Konvoktionsraum, eine Ströraungsmittelbehandlungeseite mit Behandlungsrohren, die in dem Konvektionsraum angeordnet sind, und ein mit den Austrittsenden der Behandlungsrohre in Verbindung stehendes, zentral angeordnetes Zentralrohr für den Sffluenten, wobei der Druck in den Behandlungsrohren und dem Zentralrohr höher ist als der Druck in dem Konvektionsraum des Ofens«
    2ο Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in den Behandlüngsrohren und dem Zentralrohr über l4,l ata beträgtβ
    3β Ofen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere miteinander fluchtende, aneinanderliegende Isoliermantelringe, die am einen Ende mit dem Ofenmantel verbunden sind und mit diesem ringförmige Spülgasräume begrenzen, die mit je einem Spülgaseintritt versehen sind, mit den Innenräumen des Ofens in Verbindung stehen und unter einem Druck betrieben werden, der über dem Druck im Konvektionsraum des Ofens liegt·
    4β Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung von einem teilweise halbkugelförmigen Sin«atζ gebildet wird, der rwischen der Brenneranordnung und dem Konvektioneteil quer angeordnet ist und im Bereich des Ofenmantels Ausnehmungen besitzt, durch welche daa von dem Brenner kommende Verbrennung«gas in den Konvektioneraum eintreten kanne
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    5· Ofen nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsrohre an der oberen Platte einer Rohrwand aufgehängt sind, die eine obere und eine untere Platte und einen Kern besitzt, daß die obere und die untere Platte sowie der Kern mit miteinander fluchtenden Durchlässen ausgebildet sind, durch welche sich Rohre erstrecken, und daß ein Einsatz-Eintrittsraum vorgesehen ist, der auf der einen Seite von der oberen Platte der Rohrwand begrenzt ist·
    6e Ofen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die dazu dient, eine zu starke Auslenkung der Behandlungsrohre und eine Kanalbildung durch das Rauchgas in dem Konvektionsraum des Ofens zu verhindern.
    7β Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die dazu dient, eine zu starke Auslenkung der Behandlungerohre und eine Kanalbildung durch das Rauchgas in dem Konvektionsraum zu verhindern, von einem Vorsprung an der Innenwandung des Ofens und von Rohrführungen gebildet wird, die sich von dem Zentralrohr weg erstrecken»
    8. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsrohre mit Austrittsrohrstrecken versehen sind, die im Durchmesser kleiner sind als die Behandlungsrohre und die sich schräg, annähernd wendelförmig, von den Behandlungsrohren zu dem Zentralrohr erstrecken·
    9« Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmeabschirmung jenen Teil des Zentralrohrs umgibt, der sich von einer zwischen dessen Enden befindlichen Stelle bis zu dessen unterem Ende erstreckt.
    nmmw,
    10ο Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zentralrohr an dessen unterem Ende ein strömungsumlenkendes Element angeordnet ist, das die von den Behandlungsrohren kommende Strömung zum Boden des Zentralrohrs hin umlenkt ο
    11ο Ofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich von dem teilweise halbkugelförmigen Einsatz ein zylindrischer Teil aufwärts erstreckt, der mit den Zentralrohr konzentrisch ist und dessen Boden abschirmt.
    12. Ofen nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die einer auf den teilweise halbkugelförmigen Einsatz ausgeübten, aufwärtsgerichteten Kraft entgegenwirkt.
    13 ο Ofen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die einer auf den teilweise halbkugelförmigen Einsatz ausgeübten, aufwärtsgerichteten Kraft entgegenwirkt, von Kugeln gebildet wird, die aus dichten keramischem Material bestehen und in dem zylindrischen Teil angeordnet sind, der sich von dem teilweise halbkugelförmigen Einsatz aufwärts erstreckt.
    l%o Ofen nach Anspruch 51 dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwand mit dem Ofenmantel tind einen zentral angeordneten Zentralrohr dicht verbunden ist«
    15 β Ofen nach Ansprtich 14, dadvirch gekennzeichnet, daß die obere Platte der Rohrwand mit dem Ofenmantel und einem zentral angeordneten Zentralrohr dicht verbunden ist0
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    Id0 Ofen nach Ansprtich 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des teilweise halbkugelförmigen Einsatzes profiliert ist.
    17» Ofen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in dem Zentralrohr angeordneten Wärmeaustauscher0
    IS ο Reformierofen ι gekennzeichnet durch eine Brenneranordnung, einen Konvektionsraum, der mit heißen Gasen unter einem Druck über 7,0 ata betrieben wird, eine Abschirmung zum Verhindern einer Wärmeabstrahlung von der Brenneranordnung in den Konvektionsraum, eine Strömungsmittelbehandlungsseite mit Behandlungsrohren, die in dem Konvektionsraum angeordnet und mit Katalysator gefüllt sind, und ein mit den Austrittsenden der Behandlungsrohre in Verbindung stehendes, zentral angeordnetes Zentralrohr für den Effluenten, wobei die Behandlungsrohre und das Zentralrohr unter Drücken zwischen 14,1 und 21,1 ata betrieben werdeno
    19 ο Reformierofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Konvektionsraum unter einem Druck von 7|0 - 12,7 ata betrieben wird0
    2Oo Roformierofen nach Anspruch I9» dadurch gekennzeichnet, daß der Konvektionsraum unter einem Druck von 10,2 - 10,9 ata betrieben wird»
    2Ι» Ofen nach Anspruch l8, gekennzeichnet c^trch mehrere miteinander fluchtende, aneinanderliegende Isolierinantelringe, die mit dem Außenmantel des
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    Ofens ringförmige Spülgasräume begrenzen, die mit je einem Spülgaseintritt versehen sind, mit den Innenräumen des Ofens in Verbindung stehen und unter einorr höheren Druck betrieben werden als der Konvektionsraum des Ofens, durch eine Rohrwand mit einer oberen Platte, einer unteren Platte und einem Kern, wobei die obere und die untere Platte und der Kern miteinander fluchtende Durchlässe besitzen, durch die sich Rohre erstrecken, die Behandlungsrohre an den genannten Durchlässen in der oberen Platte der Rohrwand an dieser oberen Platte befestigt sind und die Abschirmung von einem teilweise halbkugelförmigen Einsatz gebildet wird, der zwischen der Brenneranordnung und dem Konvektionsraum quer angeordnet und im Bereich des Ofenmantels mit Durchlässen versehen ist, durch die von der Brenneranordnung kommendes Verbrennungsgas in den Konvektionsraum eintreten kann·
    22β Ofen nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe in der oberen und der unteren Platte der Rohrwand im Durchmesser kleiner sind als die Behandlungsrohre und diese mit Eintrittsrohrstrecken versehen sind, welche denselben Durchmesser haben wie die Durchlässe in der oberen und der unteren Platte der Rohrwand·
    23· Ofen nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsrohrstrecken an je einem Durchlaß in der oberen Platte der Rohrwand an dieser oberen Platte befestigt sind·
    24. Ofen mit Behandlungsrohren, gekennzeichnet durch mehrere miteinander fluchtende, aneinanderliegende Isoliermantelringe, die mit dem Außenmantel des Ofens ringförmige Spülgasräume begrenzen, die mit Spülgaeeintritten versehen sind,
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    mit den Innenräumen des Ofens in Verbindung stehen und unter einem höheren Druck betrieben werden als der Konvektionsraum des Ofens 0
    250 Ofen mit einer Brenneranordnung und einem Konvektionsraum, gekennzeichnet durch einen teilweise halbkugeligen Einsatz, der zwischen der Brenneranordnung und dem mit heißem Gas betriebenen Konvektionsraum quer angeordnet und im Bereich des Ofenmantels mit Durchlässen versehen ist, durch die von dem Brenner kommendes Verbrennungsgas in den Konvektionsraum eintreten kann«
    260 Ofen mit Behandlungsrohren, gekennzeichnet durch eine Rohrwand mit einer oberen und einer unteren Platte und einem Kern, wobei die obere und die untere Platte und der Kern mit miteinander fluchtenden Durchlässen ausgebildet sind, durch die sich Rohre erstrecken, und die Behandlungsrohre an den Durchlässen in der oberen Platte der Rohrwand an dieser oberen Platte befestigt eind.
    27«. Ofen nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch eine Anordnung von Behandlungsrohren und ein großes Zentralrohr, in das die Behandlungsrohre münden, wobei die Rohrwand an dem Zentralrohr und dem Ofenmantel dicht befestigt ist»
    (281 Verfahren zum Erzeugen von Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, daß (a) ein Gemisch aus Kohlenwasserstoff einsatz und Wasserdampf unter einem Druck
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    von l4,l - 21,1 ata durch Katalysator enthaltende Reformierrohre geführt wird, daß das Gemisch in den Reformierrohren durch Konvektionswärrae auf eine Temperatur im Bereich von 537 - 844 °C erhitzt wird, daß das Gemisch in den Reformierrohren gegen von dem Brennraum des Ofens abgestrahlte Wärme abgeschirmt wird, und daß in dem Konvektionsraum des Ofens ein Druck von. 7j° - 12,7 ata aufrechterhalten •wird.
    29· Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Konvektionsraum des Ofens ein Druck von 10,2 - 10,9 ata aufrechterhalten wirdo
    30. Verfahren nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch von Kohlenwasserstoffeinsatz und Wasserdampf durch einen Wärmeaustausch mit Rauchgas des Ofens vorerhitzt wird, daß durch einen Wärmeaustausch zwischen Wasser und Raxichgas des Ofens Wasserdampf für das Gemisch von Kohleiiwasserstof feinsatz und Wasserdampf erzeugt wird, daß Rauchgas des Ofens und heiße Verbrennungsgase durch die Turbinenseite eines Turbo-Luftverdichters geführt werden tind dadurch Druckluft erzeugt wird, und daß Rauchgas des Ofens und heiße Verbrennungsgase durch die Turbinenseite eines mit einem Generator antriebsverbundenen Turbo-Luftverdichters geführt werden und dadurch elektrische Energie erzeugt wirdo
    3I· Verfahren nach Anspruch 3°i dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenwasserstoffeinsatz vor seinem Vermischen mit dem Wasserdampf durch einen Wärmeaustausch mit dem Rauchgas vorerhitzt wirdo
    S0SI44/0727
    32o Verfahren nach Anspruch 30» dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Wärmeaustausch zwischen Wasser und aus dem Ofen ausgetretenem Reformat Wasserdampf erzeugt wird.
    33" Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet ι daß durch einen Wärmeaustausch zwischen Wasser und aus der Turbine ausgetretenem Gas Wasserdampf erzeugt wirdo
    34. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen der Konvektionswärme für den Ofen Rauchgas zu dem Ofen zurückgeführt und dort mit heißen Verbrennungsgasen vermischt wirdo
    35„ Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das z^irückzuf ühr ende Rauchgas vor dem Wiedereintritt in den Ofen durch einen Wärmeaustausch mit dem reformierten Effluenten erhitzt wird»
    Ι0«·44/·727
    Leerseite v
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