DE3100641C2

DE3100641C2 - Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Erzeugung von Spaltgas für die Herstellung von NH↓3↓-Synthesegas

Info

Publication number: DE3100641C2
Application number: DE3100641A
Authority: DE
Inventors: Joachim 5628 Heiligenhaus Meckel; Detlef 4300 Essen Messerschmidt; Stefan Smieskol; Dietrich Prof. Dr. Wagener; Egmar 4330 Mülheim-Selbeck Wunderlich
Original assignee: Didier Engineering GmbH
Current assignee: Didier Engineering GmbH
Priority date: 1981-01-12
Filing date: 1981-01-12
Publication date: 1985-08-01
Also published as: DE3100641A1

Abstract

Der Anmeldungsgegenstand ist ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Erzeugung von Spaltgas für die Herstellung von NH ↓3-Synthesegas aus Kokereigas, Erdgas, Raffineriegas, Flüssiggas, Naphta od.dgl. als Einsatzgas durch katalytische Spaltung mittels Wasserdampf und Luft in einem Doppelrohrreaktor, der in einem Reaktorofen sitzt und in dessen Außenrohr an einem Ende wenigstens das Einsatzgas und Dampf eingeführt und aus dessen Innenrohr an dem gleichliegenden Ende das Spaltgas herausgeführt wird, wobei Außenrohr und Innenrohr an dem der Einführungsöffnung des Außenrohres bzw. der Ausführungsöffnung des Innenrohres gegenüberliegenden Ende miteinander in Strömungsverbindung stehen sowie beide Rohre Katalysatoren enthalten, von denen vorzugsweise der Katalysator des Außenrohres eine höhere Aktivität aufweist als der Katalysator des Innenrohres, und wobei die Luft an dem letztgenannten Ende in das Innenrohr (3) eingeführt wird, an welchem das Innenrohr (3) mit dem Außenrohr (2) in Strömungsverbindung (6) steht und vorzugsweise die Luft in verschiedenen Höhen in den Gasstrom des Innenrohres (3) eingeführt wird.

Description

2. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Luft durch verschieden weit in das Innenrohr (3) hineinragende, parallel zur Achse des Innenrohres (3) angeordnete Emzelrohre (12) in verschiedenen Höhen in den Gasstrom des Innenrohres (3) eingeführt wird.

satzgas durch katalytische Spaltung mittels Wasserdampf und Luft bestimmt

Aus der DE-OS 29 48 107 ist dagegen ein derartiges Verfahren wie auch eine geeignete Vorrichtung zur

Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen mit Hilfe der genannten Doppelrohrreaktoren bekannt, in denen das Gas im Gemisch mit Luft und Wasserdampf in den Kontakt mit unterschiedlichen Katalysatoren gebracht wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich _tuf eine

in Weiterbildung des dort offenbarlcn Krütidungsgcikiiikcns. Angestrebt wird ein Verfahren, das mit geringeren Investitionskosten auskommt, einfacher und gleichmäßiger ausführbar ist und zu einem besseren Verfahrensergebnis führt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Luft an dem Ende in das Innenrohr eingeführt v/ird. an welchem das Innenrohr mit dem Außenrohr in Strömungsverbindung steht. Die für die Einbringung des notwendigen Stickstoffs für das Ammoniak-Synthesegas erforderliche Prozeßluft wird also erst am Umkehrpunkt des Spaltgases dem !nnenrohr zugeführt Die endotherme Spaltung des Einsatzgases mittels Wasserdampf erfolgt im Außenrohr. Gegenüber dem früher vorgeschlagenen Verfahren ergeben sich damit folgen-

de Vorteile: Die endothermen und die autothermenexothermen Prozeßstufen sind voneinander getrennt, und zwar liegt die ecdotherme Prozeßstufe im Außenrohr, zu welchem von außen in den Röhrenofen Wärme zugeführt werden kann, und die exotherme Prozeßstufe

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- 30 im Innenrohr. Dies hat insbesondere bei Druckanlagen kennzeichnet, daß der Luft etwas Dampf zugemischt einen günstigen Einfluß auf die Wandstärke der beiden ^w'^rc'· Rohre der Doppelrohrkonstruktion und führt zu niedri

geren Investitionskosten. Die endothermen und exothermen Prozeßstufen können über die Wärmezufuhr von Brennern oder die Dampf : Luft-Zuführung unabhängig voneinander gesteuert und beeinflußt werden.

Einen einfacheren Verfahrensablauf mit einem gleichmäßigen Reaktionstemperaturablauf über den Doppel-

4. Verfahren nach einem öcr Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Doppelrohrreaktor (1) ein Druck zwischen et. a I und 60 bar aufrechterhalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Außenrohr (2)

eine Reaktionstemperatur zwischen etwa 750 und 900⁰C und im Innenrohr (3) eine Reaktionstempera fjr zwischen 900 und 1100°C aufrechterhalten wird.

40

45

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Erzeugung von Spaltgas für die Herstellung von NHj-Synthesegas aus Kokereigas, Brdgas, Raffineriegas, Flüssiggas, Naphtha oder dergleichen als Einsatzgas durch katalytische Spaltung mittels Wasserdampf und Luft in einem Doppelrohrreaktor, der in einem Reaktorofen sitzt und in dessen Außenrohr an einem Ende wenigstens das Einsatzgas und Dampf eingeführt und aus dessen Innenrohr an dem gäeichliegenden Ende das Spaltgas herausgeführt wird, wobei Auß^nrohr und Innenrohr an dem der Einführungsöffnung des Außenrohres bzw. der Ausführungsöffnung des Innenrohres gegenüberliegenden Ende miteinander in Strömungsverbindung stehen und im Außenrohr ein Katalysator höherer Aktivität als im Innenrohr ist. 1,0

Aus der DIvUS 26Jl 884 und der US-PS 40 71 3J0 sind bereits Vorrichtungen /.um Dampfreformieren von Kohlenwasserstoffen mit Hilfe von K;it;ilysatorcn in Doppelrohrrcaktorcn einer Hci/kiiinmcr bekannt, jedoch sind diese Vorrichtungen zu invcstitionsaufwcndig κι und außerdem nicht zur Darstellung von Spaltgas für die Herstellung von NHj-Synihescgas aus Kokcreigas. Erdgas. Raffincriegas. Flüssiggas. Naphtha etc. als Einrohrreaktor erreicht man unter Vermeidung örtlicher Übertemperaturen, indem man erfindungsgemäß die Luft direkt in den Gasstrom des !rinenrohres einführt und den damit eingeführten Sauerstoff spontan mit dem Gas reagieren läßt sowie gleichzeitig den notwendigen Stickstoff für die Ammoniak-Synthese einbringt. Die hierdurch im Innenrohr gelenkte partielle Oxidation führt dazu, daß die Wasscrdampfspaltungim Außenrohr bei relativ geringer Reaktionstemperatur unter Wärmezufuhr durch die Außenbeheizung erfolgt, während die autotherme Reaktion im Innenrohr mit dem Ziel der Reduzierung des Melhanrestes auf ein wesentlich höheres Niveau angehoben und gleichmäßig gehalten werden kann.

Zweckmäßig wird die Luft durch verschieden weit in das Innenrohr hineinragende, parallel zur Achse des Innenrohres angeordnete Einzelrohre in verschiedenen Höhen in den Gasstrom des Innenrohres eingeführt.

Eine spontane Reaktion des Luftsauerstoffes mit dem Spaltgas aus dem Außenrohr kann dadurch gedämpft werden, daß der Prozeßluft etwas Dampf vorher ziijremiseht wird.

Der Helficbsdruck in dem Doppclrohrreaktor Ik-μι vorteilhafterweise zwischen etwa 1 undbObwr.

In dem Außenrohr sollte eine Rcaktionsicmpcralur /wischen etwa 750 und 900"C und im Innenrohr eine Reaktionstcmpcratur /wischen 900 und llOii'C aiii rcchierhaltcn werden.

Anhand der einzigen Figur, die schematise!! im Schnitt eine Vorrichtung zur Erzeugung von Spaltgas

31 OO 641

für die Herstellung von N ^-Synthesegas veranschaulicht, wird das erfindungsgemäße Verfahrensprinzip im folgenden näher erläutert.

Der Doppelrohrreaktor besteht aus einem Außenrohr 2 und einem Innenrohr3 geringeren Querschnittes, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, so daß ein Ringspalt zwischen Auüenrohr 2 und Innenrohr 3 frei bleibt. Das Innenrohr 3 ragt am oberen Ende aus dem Außenrohr 2 heraus und endet am unteren Ende mit geschlossenem Boden in einem bestimmten Abstand vor dem unteren Ende des Außenrohres 2 und stützt sich über eine Feder auf der Innenfläche des Bodens des Außenrohres 2 ab. Der Doppelrohrreaktor 1 ist in einem Reaktorofen 7 gehalten, wobei das Außenrohr 2 im oberen Bereich in einer Reaktorofendecke 11 festgehalten ist und am unteren Ende durch einen Reaktorofenboden 8 verschieblich hindurchgeführt ist Das herausragende Ende des Außenrohres ist über Federn an der Außenfläche des Reaktorbodens 8 aufgehängt Auf diese Weise können thermische Ausdehnungen berücksichtigt werden. Das Gemisch aus Einsatzgas, z. B. Koksofengas, und Dampf wird über eine Einführungsöffnung 4 in das aus der Reaktorofendecke 11 herausragende obere Ende des Außenrohres 2 in den Doppelrohrreaktor 1 mittels einer Leitung eingeführt Von dort aus strömt das Reaktionsgasgemisch durch den Ringraum zwischen Außenrohr 2 und Innenrohr 3 von oben nach unten, in welchem ein hochaktiver Reaktionskatalysator, z. B. Nickelkatalysator, angefüllt ist Am unteren Ende weist das Innenrohr eine Strömungsverbindung 6 in Gestalt von Löchern in dem Mantel des Innenrohres 3 mit dem Außenrohr 2 auf. Durch die Strömungsverbindung 6 tritt das Gas in das Innenrohr 3 ein, welches mit einem weniger aktiven Reaktionskatalysator, z. B.

Nickelkatalysator, beschickt ist Von unten ragen Einzelrohre 12 verschieden weit in das Innenrohr 3 hinein. Über die Einzelrohre 12 wird die erforderliche Prozeli luft, gegebenenfalls mit einer geringen Zugabe von •j Dampf, am unteren Ende des Innenrohres 3 in verschiedenen Höhen eingeführt. Das Spaltgas verläßt eins Innenrohr am oberen Ende über eine Austriiisörfnung 5. In der Reaktorofendecke 11 sind Brenner 9 austauschbar eingesetzt, die dem im Außenrohr 2 ablaufenden endothermen Prozeß die erforderliche Wärme von außen zuführen.

Das Einsatzgas wird zunächst mit Dampf gemischt und auf etwa 400 bis 600⁰C vorgewärmt Mit dieser Temperatur gelangt es in das Außenrohr 2. Im Außenrohr 2 findet dann die endotherme Reaktion der Kohlenwasserstoffe mit Wasserdampf statt Die dafür erforderliche Wärme wird von außen mit Hilfe der Brenner 9 zugeführt Nach der Umlenkung des Gasgemisches in das Innenrohr, das mit einem weniger aktiven Katalysator gefüllt is2, findet in diesem die spontane Reaktion des Gasgemisches mit dem Sauerstoff de. viort eingeführten Luft statt. Gleichzeitig wird dort der erfor. !erliche Stickstoff in das Gasgemisch eingeführt und die Reaktionstemperatur mit dem Ziel der Reduzierung des Methan- restes angehoben. Typische Reaktionstemperaturen liegen für Wasserdampfspaltung im Außenrohr zwischen etwa 750 bis 850⁰C und für die autotherme Reaktion im Innenrohr zwischen etwa 900 und 1050⁰C. Um örtliche Übertemperaturen im Innenrohr 3 zu verhindern, wird die Luft in mehreren Stufen in das Katalysatorbett des Innenrohres 3 eingeführt. Die spontane Reaktion des Luftsauerstoffes mit dem Spaltgas aus dem Außenrohr 2 kann gedämpft werden, wenn der Prozeßluft etwas Dampf vorher zugemischt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

31 OO Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Erzeugung von Spaltgas für die Herstellung von NH3-Synthesegas aus Kokereigas, Erdgas, Raffineriegas, Flüssiggas, Naphtha oder dergleichen als Einsatzgas durch katalytische Spaltung mittels Wasserdampf und Luft in einem Doppelrohrreaktor, der in einem Reaktorofen sitz; und in dessen Außenrohr an einem Ende wenigstens das Einsatzgas und Dampf eingeführt und aus dessen Innenrohr an dem gleichliegenden Ende das Spaltgas herausgeführt wird, wobei Außenrohr und Innenrohr an dem der Einführungsöffnung des Außenrohres bzw. der Ausführungsföffnung des Innenrohrs gegenüberliegenden Ende miteinander in Strömungsverbindung stehen und im Außenrohr ein Katalysator höherer Aktivität als im Innenrohr ist, dadurch gekennzeichnet, daß ri.^:<: Luft an dem Ende in das Irrnenrohr (3) eingeführt sird. an welchem das Innenrohr (3) mit dem Außenrohr (2) in Strömungsverbindung (6) steh L