DE3631366A1 - Anlage fuer katalytische spaltung gasfoermiger kohlenwasserstoffe mit wasserdampf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage für die katalytische Spaltung gasförmiger Kohlenwasserstoffe insb. mit Wasser­ dampf zu einem Produktgas mit einem beheizten Primärre­ former mit einer Vielzahl von Spaltrohren und zugeordneten Sammlern unter einem Primärkatalysator, mit einem dem Primärreformer nachgeschalteten Sekundärreformer, in dem mindestens ein Teil des den Primärreformer verlassenden Gases unter Zufuhr von Sauerstoff verbrannt und danach zusammen mit dem Rest des Gases über ein Sekundärkataly­ satorbett geleitet wird, und einer dem Sekundärreformer nachgeschalteten Einrichtung zur Ausnutzung der in dem Produktgas vorhandenen Abhitze.

Eine solche Anlage ist aus der Zeitschrift "Hydrocarbon Processing", Juni 1982, S. 101-105, insb. Fig. 1 bekannt. Bei der bekannten Anlage weist der Primärreformer eine Vielzahl von mit dem Primärkatalysatormaterial gefüllte Spaltrohre auf, die in einem großen Abstand voneinander in einer rechteckigen Kammer angeordnet sind und die durch Deckenbrenner beheizt werden.

Die die Spaltrohre verlassenden Gase werden über Über­ gangsleitungen einem in einem getrennten Behälter ange­ ordneten Sekundärreformer zugeleitet, in dem abgestützt durch ein Zwischengewölbe ein Sekundärkatalysatorbett vorgesehen ist. Durch Zufuhr von Prozeßluft wird zumindest ein Teil des von dem Primärreformer kommenden Gases zur Aufheizung dieses Gases verbrannt. Das heiße Gas durch­ strömt das Sekundärkatalysatorbett und tritt in den Gas­ sammelraum unter dem Gewölbe ein und wird von dort einem Gaskühler zugeleitet.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Aufbau einer solchen Anlage zu vereinfachen und wärmetechnisch zu verbessern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Primärreformer und der Sekundärreformer in einem einzigen Druckbehälter angeordnet sind, und daß das den Sekundärreformer verlas­ sende Produktgas dem Primärreformer zur konvektiven Heizung des Primärreformers zuführbar ist.

Die erfindungsgemäße Anlage bietet den Vorteil, daß die Wärme des Produktgases direkt für den Betrieb des Primär­ reformers verwendet wird, d. h. die Einrichtung zur Aus­ nutzung der im Produktgas vorhandenen Abhitze ist im wesentlichen der Primärreformer. Durch die Zusammenfassung von Primärreformer und Sekundärreformer in einem Druckbe­ hälter wird erreicht, daß für den Aufbau der Apparatekom­ bination in dem Druckbehälter praktisch keine durckführen­ den und temperaturbeanspruchten Rohrleitungen vorliegen. Die Spaltrohre müssen nur die Druckdifferenz des Primär- und Sekundärkatalysators aufnehmen. Auch die innenliegen­ den Sammler mit anschließenden Leitungen sind nur mit Druckdifferenzen beaufschlagt.

Der Hauptvorteil ist also darin zu sehen, daß vor allem zwischen dem Primärreformer und dem Sekundärreformer und gegebenenfalls dem Abhitzesystem verbindende, heißgehende und gleichzeitig druckbelastete Leitungen vermieden werden.

Der gemeinsame Druckbehälter läßt sich durch eine Aus­ mauerung einfach isolieren und im Vergleich zu zwei ge­ trennten Apparaten sind wesentlich weniger Ein- und Austrittsstutzen erforderlich.

Vorzugsweise sind die Spaltrohre und der Primärkatalysator des Primärreformers im oberen Teil eines stehenden Druck­ behälters angeordnet und ist der Verbrennungsbereich des Sekundärreformers im unteren Teil des Behälters angeordnet.

Um eine besonders einfache Gasführung innerhalb des Druck­ behälters zu erreichen, ist es zweckmäßig, daß die Sekun­ därkatalysatorschüttung unterhalb der Spaltrohre und des Primärkatalysators angeordnet ist, da dann das aus dem Primärreformer austretende, in den Sekundärreformer ein­ tretende und von dort zur konvektiven Heizung der Spalt­ rohre fortgeführte Heizgas (Produktgas) nur einmal umge­ lenkt werden muß.

Für die Anordnung der Spaltrohre und des Primärkataly­ sators kann es zum einen zweckmäßig sein, daß die Spalt­ rohre und der Primärkatalysator im Behälter stehend auf einem mit Gasdurchlässen versehenen Deckengewölbe aus keramischem Werkstoff abgestützt sind, oder zum anderen die Spaltrohre und der Primärkatalysator hängend in dem Behälter abgestützt sind.

Bei Verwendung eines Deckengewölbes aus keramischem Werk­ stoff, das die Spaltrohre und den Primärkatalysator ab­ stützt, ist die Lastabtragung dieser Gewichte auf den Druckbehälter außerordentlich günstig. Zusätzlich werden Differenzdehnungen weitgehendst reduziert. Das Deckenge­ wölbe kann freitragend sein oder mittig oder mehrfach abgestützt sein.

Sowohl bei der hängenden als auch bei der abgestützten Konstruktion ist es möglich, daß der Primärkatalysator in an sich bekannter Weise in den Spaltrohren angeordnet ist und diese von dem als konvektives Heizgas wirkenden heißen Produktgas umströmt sind. In diesem Falle könnte auch in Betracht gezogen werden, daß die Sekundärkatalysator­ schüttung zwischen die mit dem Primärkatalysator gefüllten Spaltrohre eingebracht ist, d. h. das Deckengewölbe wird auch zur Abstützung des Sekundärkatalysators herangezogen. Auf diese Weise kann ein noch kompakterer Aufbau der An­ lage erzielt werden.

Es kann jedoch in Abweichung von dem eingangs zitierten Stand der Technik auch vorgesehen sein, daß der Primär­ katalysator als Schüttung zwischen die Spaltrohre einge­ bracht wird und die Rohre von dem heißen Produktgas durch­ strömt sind.

Bei der erfindungsgemäßen Anlage können die Spaltrohre in an sich bekannter Weise als getrennte Einzelrohre ausge­ bildet sein; es könnte jedoch von Vorteil sein, wenn die Spaltrohre zu zur Behälterachse konzentrischen Flossen­ wänden zusammengefaßt sind, oder als spiralförmig ge­ wickelte gegebenenfalls miteinander verschweißte Flossen­ bretter ausgebildet sind. Die Verwendung von konzentri­ schen Flossenwänden oder spiralförmig gewendelten Rohren ist insb. dann angezeigt, wenn der Primärkatalysator als lose Schüttung zwischen die Spaltrohre eingebracht werden soll. Die Verwendung von spiralförmig gewendelten Rohren kann ein unerwünschtes Absacken (Setzen) des Katalysators behindern.

Die Spaltrohre können über ihren unteren Enden zugeordnete Sammler auf dem Deckengewölbe abgestützt sein. Für Aufbau und Betrieb der Anlage erscheint es jedoch zweckmäßiger, daß die stehenden Spaltrohre über eine Verteilerschicht aus Verteilersteinen auf dem Deckengewölbe abgestützt sind, wobei die Verteilersteine unter Umständen sogleich die Deckengewölbesteine sein können.

Um mit einer solchen Verteilerschicht, die über einen oder eine geringe Anzahl von Gaszuführungskanälen herangeführten Gase verteilen zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Verteilersteine so ausgebildet sind, daß sie bei Ne­ beneinanderanordnung ein flächiges und nach der unteren Seite der Schicht hin im wesentlichen gasdichtes und zu ihrer Oberseite hin mit Gasverteilungsöffnungen versehenes Gasverteilungsnetz aufbauen, und daß die auf der Vertei­ lerschicht aufstehenden Spaltrohre mit Gasführungsrohren durch die Verteilersteine greifen.

Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Sekundär­ katalysatorschüttung von einem mit Gasdurchlässen versehe­ nem Zwischengewölbe aus keramischem Werkstoff abgestützt ist, wie dies auch bei dem bekannten Sekundärreformer der Fall ist, und die Zuleitung und Teilverbrennung des aus dem Primärreformer austretenden Gases unterhalb des Gewöl­ bes oder oberhalb der Schüttung erfolgt.

Wenn das als konvektives Heizgas verwendete Produktgas mit Primärkatalysator gefüllte und vom Prozeßgas durchströmte Spaltrohre umströmt, kann es zur Verbesserung des Wärme­ übergangs zweckmäßig sein, daß die Spaltrohre in relativ engem Abstand jeweils von einem konzentrischen Hüllrohr umgeben sind, durch das das Heizgas strömt, während außer­ halb der Hüllrohre nicht durchströmte Toträume im Bereich des Primärreformers gebildet sind.

Falls der Wärmeinhalt des als Heizgas verwendeten Pro­ duktgases nach Verlassen des Bereiches des Druckbehälters, in dem die Spaltrohre angeordnet sind, noch hinreichend hoch ist, können weitere Einrichtungen zur Wärmeabfuhr vorgesehen sein.

Zum einen können die Einrichtungen von gesonderten Rohr­ wicklungen an den Enden der Spaltrohre gebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, im Behälter dem Primärreformer im Abstrom des Produktgases einen gesonderten und in einem anderem Wärmeträgerkreis eingeschalteten Wärmetauscher, insb. Helix-Wärmetauscher zuzuordnen.

Vor der Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anlage wird darauf hingewiesen, daß ein Primärreformer mit konvektiven Aufheizen des Prozeßgases mit in einem Druckbehälter eingehängten Spaltrohren aus dem Prospekt der Anmelderin "Process Engineering - Steam Reformer and Intermediate Heat Exchanger for PNP or HTR-Module Concept", S. 2 bekannt ist.

Die Erfindung richtet sich schließlich auch noch auf ein Verfahren zum Betrieb von hintereinander geschalteten Primärreformer und Sekundärreformer mit Teilverbrennung. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das den Sekundärre­ former verlassende Produktgas als Heizgas für das konvek­ tive Aufheizen des Primärreformers zu diesem zurückgeführt wird.

Die Erfindung soll nun an Hand der Figuren näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Primär-Sekundärreformers, wo­ bei die Spaltrohre über Sammler auf einem kerami­ schen Deckengewölbe abgestützt sind,

Fig. 2 eine Ausführungsform der Spaltrohre,

Fig. 3a und 3b eine weitere Ausführungsform,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Primär-Sekundärre­ former mit direkt auf einer Verteilerschicht aus Keramikformsteinen abgestützten Spaltrohren,

Fig. 5 einen Teilschnitt zur Erläuterung der am oberen Ende der Spaltrohre vorgesehenen Rohrwicklungen, die vorzugsweise zu außenliegenden Sammlern führen, und zur Dehnungskompensation und gleichzeitig auch der Abwärmenutzung dienen,

Fig. 6 einen Schnitt durch mehrere zusammengesetzte Ver­ teilersteine,

Fig. 7 einen Schnitt längs der Line VII-VII in Fig. 6,

Fig. 8 einen Schnitt durch eine Verteilung abgewandelter Formen von Verteilersteinen,

Fig. 9 einen Längsschnitt durch einen Primär-Sekundärre­ former mit hängenden Spaltrohren und einer Primär­ katalysatorschüttung zwischen den Spaltrohren,

Fig. 10 einen Längsschnitt durch einen Primär-Sekundärre­ former mit hängenden Spaltrohren, die mit Primär­ katalysator gefüllt sind,

Fig. 11 einen Längsschnitt durch einen Primär-Sekundärre­ former mit auf einer Verteilerschicht abgestützten und mit Primärkatalysator gefüllten Spaltrohren, wobei der Sekundärkatalysator als Schüttung zwischen die Spaltrohre eingebracht ist, und

Fig. 12 einen Teilschnitt durch einen Primär-Sekundärre­ former vergleichbar Fig. 5, wobei oberhalb des Primärreformers eine Abhitzeheizfläche in demsel­ ben Druckbehälter angeordnet ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 besteht der in einem stehenden Druckbehälter (1) mit Isolierausmauerung (1 a) und gegebenenfalls einer oder mehrere weitere Isolier­ schichten angeordnete Primärreformer (PR) aus einer Viel­ zahl von Spaltrohren (2), die an ihren unteren Enden je­ weils gruppenweise mit Sammlern (3) und an ihrem oberen Ende mit einem Sammler (4) verbunden sind.

Die Sammler (3) ruhen auf einem sich quer durch den Behäl­ ter erstreckenden Deckengewölbe (5) aus hochfesten hoch­ temperaturbeständigen Bausteinen (6) aus einem keramischen Werkstoff, z. B. Al₂O₃ oder SiO₂.

Zwischen dem unteren Ende (4 a) des Sammlers (4) und der Oberseite (5 a) des Deckengewölbes (5) ist ein Verdränger­ hohlkörper (7) angeordnet, falls dies aus Strömungsgründen erforderlich ist. Zwischen den Spaltrohren (2) ist eine Primärkatalysatorschüttung (PK) eingebracht.

Das oben in den Behälter (1) eintretende Prozeßgas (PZ) durchströmt die Primärkatalysatorschüttung (PK) und tritt durch in dem Deckengewölbe (5) vorgesehene Kanäle (5 b) in einen von dem Deckengewölbe überspannten Gassammelraum (9) ein. Über eine oder mehrere mit Brennern (8) versehene Leitungen (10) werden dem in den Sammelraum (9) eintreten­ den Gas mindestens Sauerstoff und evtl. zusätzlich über eine oder mehrere Zusatzleitungen (nicht gezeigt) brenn­ bare Kohlenwasserstoffe, CO₂, und/oder Dampf zugemischt und ein Teil der über die Kanäle (5 b) in den Raum (9) eintretenden Gase verbrannt.

Der Gewölberaum (9) unterhalb des Deckengewölbes (5) ist durch ein Zwischengewölbe (12) unterteilt. In dem Raum oberhalb des Zwischengewölbes, in den das Gas durch die Kanäle (5 b) eintritt, ist eine Sekundärkatalysatorschüt­ tung (SK) eingebracht. Das durch die Brennerflammen aufge­ heizte Gas durchströmt den Sekundärkatalysator (SK) und tritt durch Kanäle (12 a) in einen weiteren Gassammelraum (13) unterhalb des Zwischengewölbes (12) ein.

In dem unteren Teil des Behälters (1) ist somit ein Sekun­ därreformer (SR) ausgebildet.

Das in dem Sammelraum (13) gesammelte Produktgas (PD) wird über Leitungen (14) in die Sammler (3) eingeleitet und durchströmt die Spaltrohre (2), d. h. es dient als Heizgas für die konvektive Erwärmung der Primärkatalysatorschüt­ tung und des die Schüttung durchströmenden Prozeßgases (PZ).

Die Spaltrohre sind mit ihren oberen Enden, die im Durch­ messer kleiner sein können als die Spaltrohre selbst, so an den Sammler (4) herangeführt, daß sich die Spaltrohre (2) nach oben ausdehnen können.

Das Deckengewölbe (5) fängt sowohl die Last der Spaltrohre (2 ) als auch das Gewicht des Primärkatalysators (PK) sicher nach unten ab.

Wie aus der linken Hälfte der Fig. 1 ersichtlich ist, können die Trennwände (5 c) des Deckengewölbes (5) mit nach Innen im wesentlichen radial und sich zwischen den Gewöl­ ben (5) und (12) axial entsprechende vorspringenden Nasen (11) versehen sein, um die Zuleitungskanäle (14) vor den höheren Temperaturen zu schützen, bzw. eine Reibbewegung durch Relativdehnung im Sekundärkatalysators (SK) zu ver­ meiden. Aus Gründen der einfachen Darstellung sind die Ringssammler (3) nur über je einen Zuleitungskanal (14) mit dem Sammlerraum (13) verbunden, so daß nur eine Nase erforderlich ist.

Die Spaltrohre (2) können als von einander getrennt ge­ führte Einzelrohre ausgebildet sein; es werden jedoch die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen bevorzugt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind die einzelnen Spaltrohre (2) durch Stege (2 a) zu Rohrzylindern (RZ) miteinander verbunden, die zueinander konzentrisch ange­ ordnet sind, d. h. bei Vergleich der Fig. 2 und 1 sind jeweils drei Rohrzylinder mit einem Sammler (3) verbunden.

Die oberen Enden der Rohre des Rohrzylinders (RZ) sind in der aus der Fig. 2 ersichtlichen Weise über einen gekrümm­ ten Abschnitt (2 b) mit dem Sammler (4) verbunden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind mehrere Rohre (2) durch Stege (2 a) zu Rohrbrettern (RB) miteinander verbun­ den, die spiralig gewickelt und in entsprechender Weise mit den Sammlern (3) und (4) verbunden sind.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist der Primärkata­ lysator (PK) in die einzelnen Spaltrohre (2′) eingebracht. An ihren oberen Enden sind die Rohre (2′) mit einem Ring­ sammler (4′) verbunden, während sie an ihren unteren Enden mit im Durchmesser reduzierten Gasführungsrohren (15) ver­ bunden sind. Die Rohre (2′) und die Gasführungsrohre (15) können auch einstückig miteinander ausgebildet sein. Die Gasführungsrohre (15) durchgreifen eine auf der Oberseite (5 a) des Deckengewölbes aufliegende Schicht (16) aus Gas­ verteilersteinen (17) und das Deckengewölbe selbst.

Mittig durch die Gassammelräume (9) und (13) erstreckt sich eine Gasführungssäule (18) von dem Boden des Gas­ sammelraums (13) bis zur Verteilerschicht (16).

Bei dieser Ausführungsform wird das Prozeßgas (PZ) über den Verteiler (4′) auf die auf der Verteilerschicht (16) aufstehende und mit Katalysator (PK) gefüllte Rohre (2′) verteilt. Das Gas tritt über die Gasführungsrohre (15) in den Raum (9) ein, wird dort durch die Flammen der Brenner (8) erwärmt, durchströmt den Sekundärkatalysator (SK) und tritt in den Gassammelraum (13) ein. Diesen verläßt es über die Durchlässe (18 a) in der Führungssäule (18), strömt nach oben und tritt in die Gasverteilerschicht (16) ein. Durch die Gasverteilerschicht (16) wird dafür Sorge getragen, daß das heiße Produktgas (PD) gleichmäßig um die Vielzahl der Rohre (2′) herumgeführt wird, ehe es den Be­ hälter am oberen Ende verläßt.

Auch hierbei wird die Differenzdehnung der Rohre (2′) am oberen Ende aufgenommen.

Während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 innenliegende Sammler (4′) vorhanden sind, ist es auch möglich, außen­ liegende Sammler zu verwenden, wie dies an Hand der Fig. 5 beschrieben werden soll.

Bei der in der Fig. 5 dargestellten Ausführungsform sind die oberen Enden der Rohre (2′) über Helixwicklungen (19) mit einem außenliegenden Sammler (4′′) verbunden. Bei dieser Anordnung wird dem Produktgas (PD), nachdem es längs der Spaltrohre (2′) geströmt ist, durch die Helix­ wicklungen (19) noch Wärme entzogen.

An Hand der Fig. 6 bis 8 soll nun die Funktionsweise der Verteilerschicht (16) näher erläutert werden.

Bei der in Fig. 6 und 7 gezeigten Ausführungsform be­ sitzen die Verteilersteine (17) einen Standabschnitt (17 a) und einen Kopfabschnitt (17 b), die durch einen Säulenab­ schnitt (17 c) miteinander verbunden sind. Standabschnitt (17 a) und Kopfabschnitt (17 b) weisen einen hexagonalen Querschnitt auf, wobei jedoch im Falle des Kopfabschnitts (17 b) die Ecken gebrochen sind. Der Säulenabschnitt (17 c) weist einem im Durchmesser reduzierten kreisförmigen Quer­ schnitt auf.

Der Standabschnitt (17 a) ist auf seiner Unterseite mit einem Führungszapfen (17 d) versehen. Jeder Stein ist von einem an den Durchmesser der Gasleitungsrohre (15) ange­ paßten mittigen Kanal (17 e) versehen, der im Bereich des Kopfabschnitts (17 b) mit einer konischen Ausweitung (17 f) versehen ist.

Der Primärkatalysator (PK) ist im einzelnen Rohr (2′) durch ein Lochgitter (2 c) gehalten.

Auf der Oberseite (5 a) des Deckengewölbes oder in einer gesonderten Lage aus Formsteinen (20) sind an den Füh­ rungszapfen (17 d) angepaßte Ausnehmungen (21) vorgesehen. Die Formsteine (20) und die Steine des Deckengewölbes sind mit dem Kanal (17 e) entsprechenden Bohrungen (20 a) bzw. Kanälen (5 b) versehen.

Wie aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, bildet sich beim Zusammenstellen einer Vielzahl von Formsteine (17) zwischen den Säulenabschnitten (17 c) ein gitterartiger Gas­ verteilungshohlraum (22), in den das als Heizgas wirkende Produktgas (PD) aus der Gasführungssäule (18) eintreten kann. Aus diesem Gasverteilungsgitter tritt das heiße Gas durch die von den gebrochenen Kanten der Kopfabschnitte gebildeten Gasführungskanäle (23) in den Bereich des Primärreformers ein. Die Verteilersteine (17) leiten zum einen die Last der mit dem Primärkatalysator gefüllten Spaltrohre (2′) in das Deckengewölbe (5) ein und ermög­ lichen zum anderen die Verteilung des heißen Produktgases (PD). Die Steine stellen gleichzeitig die untere Führungs­ platte für die Spaltrohre dar. Damit das aus den Führungs­ rohren (15) austretende Gas auch in den Sammelraum (9) einströmt, muß eine Abdichtung zum oberen Strömungsraum erfolgen. Diese Abdichtung wird zum einen durch den Ein­ griff des Zapfens (17 d) in die Steine (20) bzw. in das Deckengewölbe (5) erreicht und zum anderen durch das Auf­ liegen des Spaltrohrbodens (2) im Bereich der konischen Aufweitung (17 f) auf dem einzelnen Verteilerstein. Zusätz­ lich stellt der enge Spalt des Führungsrohres in den Steinen (20) und/oder den Steinen des Gewölbes (5) eine sogenannte Spaltdichtung dar. Die Wirkung dieser Spalt­ dichtung könnte noch dadurch erhöht werden, daß im Bereich der Steine (20) bzw. der Steine des Deckengewölbes (5) eine Labyrinthdichtung vorgesehen wird.

Da das Spaltrohr (2) nur auf dem Verteilerstein (17) auf­ liegt, ist bei Betrieb keine Kraft in radialer Richtung vorhanden. Jedoch können leichte Unsymmetrien hinsichtlich der radialen Kräfte entstehen, die dann durch ein geringes Verbiegen des Gasführungsrohres (15) im Bereich der koni­ schen Erweiterung (17 f) aufgenommen werden können. Das Gasführungsrohr (15) des einzelnen Spaltrohres (2′) kann leicht aus dem Formstein (17) herausgezogen und ausge­ tauscht werden. Die Gasführungssäule (18) wird vorzugs­ weise aus einer das Gewölbe (5) mit abstützenden Außen­ mauerung (18 b) aus den für das Gewölbe verwendeten Kera­ miksteinen und einem innenliegenden Schutzrohr (18 c) auf­ gebaut.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 sind nicht die hexa­ gonalen Ecken der Kopfabschnitte (17) gebrochen, sondern entsprechende Ausnehmungen sind am Kopfabschnitt entweder an gegenüberliegenden Seiten zweier Steine vorgesehen und bilden Kanäle (23′) (vgl. in der Fig. 8 linkes Tripel von Bausteinen (17)), oder jeweils an mindestens einer Seite eines Steines ist eine hinreichend große Ausnehmung vor­ gesehen, die zusammen mit einer nicht ausgenommenen Seite einen Gasführungskanal (23′′) bilden. (Vergleiche das rechte Tripel von Verteilersteinen in der Fig. 8.) Hin­ sichtlich Geometrie und Ausbildung wird insb. auf die Fig. 6, 7 und 8 hingewiesen. Andere Geometrien für die Ver­ teilersteine sind denkbar, z. B. quaderförmige.

Die Ausführungsformen gemäß Fig. 9 und 10 unterscheiden sich von den bisher beschriebenen Ausführungsformen da­ durch, daß die Spaltrohre (2, 2′) nicht auf einem Decken­ gewölbe abgestützt sind.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 sind die Tragrohre (2) über den Sammler (4) an einer Tragkonstruktion (24) aufgehängt, die sich ihrerseits an dem Behälter (1) ab­ stützt. Am unteren Ende des Verdrängerkörpers (7) ist eine mit Löchern (25 a) und (25 b) für das Gas bzw. für die Spalt­ rohre (25 b) versehene Bodenplatte (25) verbunden, durch die die Rohre (2) zu einem Sammler (3) hindurchgeführt sind. Die Bodenplatte trägt auch die zwischen den Rohren (2) eingeschüttete Primärkatalysatorschüttung (PK).

Das Prozeßgas (PZ) wird dem Behälter (1) von oben zuge­ führt, durchströmt die Primärkatalysatorschüttung (PK), wird erwärmt, durchströmt die von dem Zwischengewölbe (12) gehaltenen Sekundärkatalysatorschüttung (SK) und wird über den Gassammelraum (13) in den Sammler (3) eingeleitet. Bei dieser Ausführungsform sind also die Spaltrohre (2) hän­ gend gelagert und tragen gemeinsam mit dem mittigen Ver­ dränger (7) zusätzlich das Gewicht der Katalysatorschüt­ tung (PK) mit. Die Dehnungskompensation erfolgt im wesent­ lichen durch Schieben des unteren Sammlers. Auch bei dieser Ausführungsform können neben den Einzelrohren auch Flossenwandzylinder und spiralförmig gewickelte Flossen­ wände zum Einsatz kommen. Selbstverständlich kann an Stelle des einen Sammlers (3) auch eine Mehrzahl von Samm­ lern eingesetzt werden, z. B. baugleich Fig. 1.

Bei der in der Fig. 10 gezeigten Ausführungsform befindet sich der Primärkatalysator in den Spaltrohren, die einzel­ hängend an einer Tragplatte (26) befestigt sind. Die unte­ ren Enden der Spaltrohre (2′) sind mit einem Sammler (3) verbunden, dessen unteres Ende in den von dem Zwischen­ gewölbe (12) überspannten Gassammelraum (13) mündet. Die Sauerstoffzufuhr (10) erfolgt in Abweichung von der Aus­ führungsform gemäß Fig. 9 in den Gassammelraum (13), so daß das erhitzte Gas über die Durchlässe (12 a) von unten in die Sekundärkatalysatorschüttung (SK) eintritt. Das Produktgas (PD) tritt aus der Sekundärkatalysatorschüttung aus, umströmt die Spaltrohre (2′) und wird unterhalb der Platte (26) aus dem Behälter abgezogen. Wie aus der Fig. 10, linke Hälfte ersichtlich ist, können den einzelnen Spaltrohren (2′) konzentrische Hüllrohre (27) mit Abstand zugeordnet werden, die von einer unterhalb der Tragplatte (26) angeordneten Tragplatte (28) herabhängen. Die rechte Hälfte zeigt die Anordnung ohne Hüllrohr.

Bei dieser Ausführungsform erfolgt der Dehnungsausgleich durch Schieben des unteren Sammlers (3); die konvektive Beheizung kann mit oder ohne Hüllrohr erfolgen.

Die in der Fig. 11 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 4 zunächst da­ durch, daß die Beaufschlagung der Gasverteilungsschicht nicht von der Mitte her sondern vom Rand über Kanäle (5 d) in der Wand (5 c) erfolgt. Eine solche Führung kann selbstverständlich auch bei der Fig. 4 verwendet werden. Ein wesentlicher Unterschied besteht jedoch darin, daß unterhalb des Gassammlungsraums (9), in dem die Verbren­ nung stattfindet, kein weiterer Gassammlungsraum (13) vorgesehen ist, sondern daß das erhitzte Gas direkt der Verteilerschicht (16) zugeführt wird und der Sekundärkata­ lysator als Schüttung zwischen den Spaltrohren (2′) einge­ bracht ist. Für den Fall das keine Sekundärkatalysator­ schüttung erforderlich ist, die bis zum oberen Ende der Spaltrohre (2′) reicht, ist es denkbar, als Verdränger eine "DUMMY"-Katalysator-Schüttung auf die Sekundärkata­ lysatorschüttung aufzuschütten, d. h. eine katalytisch inaktive Deckschicht.

Schließlich zeigt die Fig. 12, daß es bei hinreichendem Wärmeinhalt des Heizgases, nicht nur sinnvoll sein kann, wie bei Fig. 5 vorzugehen, sondern einen vom direkten Kreislauf abgekoppelten Wärmetausch vorzunehmen. Zu diesem Zwecke wird oberhalb des Primärreformers in den Behälter noch ein Wärmetauscher (29), z. B. Helixwärmetauscher, mit Eintrittsammler (29 a), Heizflächen (29 b), Austritt­ sammler (29 c) und Verdrängerkörper (29 d) angeordnet, der mit einem Wärmeträgermedium (WM) beaufschlagt wird.

In der Fig. 1 ist der Behälter (1) zur Vereinfachung der Darstellung meistens einstückig dargestellt. Er kann aber aus mittels Flanschen verbundenen Teilen bestehen. Weiter­ hin sind Mannlöcher und evtl. vorhandene gesonderte Öff­ nungen für das Einfüllen und/oder Abziehen von Katalysa­ tormaterial aus denselben Gründen nicht dargestellt. Weiterhin können längs der Rohre noch ein oder mehrere ab­ standshaltende Führungsgitter vorgesehen sein, wie z. B. Gitter (30) in Fig. 4.

Claims (17)

1. Anlage für die katalytische Spaltung gasförmiger Kohlenwasserstoffe insb. mit Wasserdampf zu einem Produktgas mit einem beheizten Primärreformer mit einer Vielzahl von Spaltrohren und zugeordneten Samm­ lern und einem Primärkatalysator, mit einem dem Primärreformer nachgeschalteten Sekundärreformer, in den mindestens ein Teil des den Primärreformer verlas­ senden Gases unter Zufuhr von Sauerstoff verbrannt und danach zusammen mit dem Rest des Gases über ein Sekun­ därkatalysatorbett geleitet wird, und einer dem Sekun­ därreformer nachgeschalteten Einrichtung zur Ausnutz­ ung der in dem Produktgas vorhandenen Abhitze, da­ durch gekennzeichnet, daß der Pri­ märreformer (PR) und der Sekundärreformer (SR) in einem einzigen Druckbehälter (19) angeordnet sind und daß das den Sekundärreformer (SR) verlassende Produkt­ gas (PD) dem Primärreformer (PR) zur konvektiven Heizung des Primärreformers zuführbar ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spaltrohre (2) und der Pri­ märkatalysator (PK) des Primärreformers (PR) im oberen Teil eines stehenden Druckbehälters angeordnet sind, und der Verbrennungsbereich (8, 9, 10) des Sekundäre­ formers (SR) im unteren Teil des Behälters (1) ange­ ordnet ist.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sekundärkatalysator­ schüttung (SK) unterhalb der Spaltrohre (2) und des Primärkatalysators (PK) angeordnet ist.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltrohre (2; 2′) und der Primärkatalysator (PK) im Behälter (1) stehend auf einem mit Gasdurchlässen (5 b) versehenen Deckengewölbe (5) aus einem keramischen Werkstoff ab­ gestützt sind.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltrohre (2; 2′) und der Primärkatalysator (PK) hängend in dem Be­ hälter (1) abgestützt sind.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärkatalysator (PK) in einer an sich bekannten Weise in den Spaltroh­ ren (2) angeordnet ist, und daß die Spaltrohre von dem als konvektives Heizgas wirkenden heißen Produktgas (PD) umströmt sind.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sekundärkatalysatorschüttung (SK) zwischen die mit dem Primärkatalysator (PK) ge­ füllten Spaltrohre (2′) eingebracht ist.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärkatalysator (PK) als Schüttung zwischen die Spaltrohre (2; 2′) eingebracht ist, und die Rohre von dem heißen Produkt­ gas (PD) durchströmt sind.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltrohre (2; 2′) in an sich bekannter Weise als getrennte Einzel­ rohre ausgebildet sind oder als zur Behälterachse konzentrische Flossenwände (RZ) oder als spiralförmig gewickelte und gegebenenfalls miteinander verschweißte Flossenbretter (RB) ausgebildet sind.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die stehenden Spalt­ rohre (2) über Sammler (3) auf dem Deckengewölbe (5) abgestützt sind.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die stehenden Spalt­ rohre (2) über eine Verteilerschicht (16) aus Vertei­ lersteinen (17) auf dem Deckengewölbe (5) abgestützt sind.

12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verteilersteine (17) so aus­ gebildet sind, daß sie bei Nebeneinanderanordnung ein flächiges und nach der unteren Seite der Schicht hin im wesentlichen gasdichtes und zu ihrer Oberseite hin mit Gasverteilungsöffnungen (23; 23′, 23′′) versehenes Gasverteilungsnetz aufbauen, und daß die auf dem Ver­ teilerschicht (16) aufstehenden Spaltrohre (2; 2′) mit Gasführungsrohre (15) durch die Verteilersteine (17) greifen.

13. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sekun­ därkatalysatorschüttung (SK) von einem mit Gasdurch­ lässen (12 a) versehenem Zwischengewölbe (12) aus kera­ mischen Werkstoff abgestützt ist, und die Zuleitung (10) und Teilverbrennung (8) des aus dem Primärre­ former (PR) austretenden Gases unterhalb des Gewölbes (12) oder oberhalb Schüttung (SK) erfolgt.

14. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß mit Pri­ märkatalysator (PK) gefüllte und vom Prozeßgas (PZ) durchströmte Spaltrohre (2′) in relativ engem Abstand jeweils von einem konzentrischen Hüllrohr (27) umgeben sind, durch das das heiße Produktgas (PD) strömt, während außerhalb der Hüllrohre nichtdurchströmte Tot­ räume im Bereich des Primärreformers gebildet sind.

15. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß Einrich­ tungen (19; 29) zur weiteren Wärmeabfuhr aus dem Produktgas (PD) nach dem konvektiven Erwärmen des Primärkatalysators (PK) vorgesehen sind.

16. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtungen zur weiteren Wärmeabfuhr von gesonderten Rohrwicklungen (19) an den einen Enden der Spaltrohre gebildet sind.

17. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Druckbehälter (1) dem Pri­ märreformer (PR) im Abstrom des Produktgases ein ge­ sonderter und in einem anderen Wärmeträgerkreis einge­ schalteter Wärmetauscher (29) zugeordnet ist.