DK162935B - Apparat til fremstilling af produktgas med indhold af hydrogen og carbonoxider - Google Patents

Description

DK 162935 B

i

Opfindelsen angår et apparat til fremstilling af produktgas med indhold af hydrogen og carbonoxider ud fra en anvendelsesgas, der indeholder carbonhydrid, især naturgas, og vanddamp, ved katalytisk endoterm spaltning af an-5 vendelsesgassen i katalysatorfyldte reaktionsrør til spaltgas og en delvis forbrænding af spaltgassen, der forlader reaktionsrørene med oxygen og/eller oxygenholdig gas. Produktgas af den nævnte art tjener til videreforarbejdning til syntesegas, f.eks. til fremstilling af methanol eller ammoniak.

10 Fremstillingen af produktgassen sker derved i en reaktor, der ved hjælp af en skillevæg er delt i to dele, nemlig et øvre kammer, der er forsynet med et indløb for anvendelsesgassen, og et nedre kammer med et efterfølgende frit rum, hvorved reaktoren indeholder reaktionsrør fyldt 15 med katalysator, der er fastgjort gastæt i skillevæggen og strækker sig fra kammeret ind i det frie rum.

I et apparat til katalytisk endoterm spaltning af anvendelsesgassen er det nødvendigt at frembringe den til reaktionen nødvendige varmemængde og overføre denne via 20 reaktionsrørene til den i disse strømmende anvendelsesgas.

Til dette formål anordnes de katalysatorfyldte reaktionsrør på kendt måde lodret og rækkevis i et stort antal i en såkaldt primær-reformerovn og opvarmes via et stort antal gas- eller oliefyrede brændere i ovnvæggene. Primær-refor-25 merovnen drives ved atmosfæretryk på varmgassiden, og de varme gasser forlader ovnen med en temperatur på ca. 950°C og kommer ud i røggasskorstenen efter yderligere varmeveksling med andre proces- eller hjælpestofstrømme til en temperatur på 120-160°C.

30 Ved den efterfølgende delvise forbrænding, dvs.

ved yderligere reduktion af CH4~indholdet og eventuelt tilførsel af nitrogen til en syntesegas til fremstilling af ammoniak, er det nødvendigt at tilføre oxygen og/eller en oxygenholdig gas, f.eks. luft, til spaltgassen. Dette sker 35 i en såkaldt sekundær-reformer. Sekundær-reformeren indeholder anordninger til tilførsel af oxygen eller luft og et 2

DK 162935 B

katalysatorlag til yderligere katalytisk omsætning af uønskede gaskomponenter i spaltgassen.

Til den kendte teknik hører apparater til gennemførelse af damp-reforming-metoden, der omhandler en indirekte 5 opvarmning af reaktionsrørene med forbrændingsgasser, der er produceret under tryk, hvorved de stadig varme forbrændingsgasser efter at have forladt primær-reformeren afspændes i en gasturbine, jf. f.eks. DE patentskrift nr. 1.792.229 og 2.055.439. Forbrændingsgasserne er røggasser, der efter 10 afspænding og afkøling udledes i atmosfæren og dermed bidrager til belastning af miljøet med visse sporstofforureninger. Endvidere kan det udnyttelige "nedre·' varmeindhold i forbrændingsgasserne eller røggasserne kun udnyttes økonomisk med et betydeligt opbud af kostbar varmevekslerflade.

15 Fra US-E-24.311 kendes et apparat til fremstilling af hydrogen og carbonmonoxid ud fra gasformige carbonhydrider under tilsætning af gasformigt oxygen. Tilsætningen af gasformigt oxygen og forvarmningen af dette sker ved hjælp af et centralrør i et delvis med katalysator fyldt reformerrør 20 ved dettes dyseformigt udformede ende. Opbygningen af dette apparat på den anviste måde indebærer en høj grad af driftsmæssig risiko med hensyn til forvarmningen af oxygen mellem 260 og 871°C ved hjælp af en brændbar gas og med hensyn til reaktionszonen placeret i dysen ved reformerrørenden.

25 Fra US patentskrift nr. 2.529.630 kendes en frem gangsmåde og et apparat til fremstilling af syntesegas, hvorved apparatet består af en reformer med et stort antal opvarmelige reformerrør, fra hvilken spaltgassen via en ledning føres til forbrændingskammeret. Fra forbrændingskam-30 meret føres den ca. 1200°C varme produktgas via en ledning tilbage til reformeren for her at opvarme reformerrørene. Reformeren, det separate forbrændingskammer og de forbindende rørledninger indebærer et umådelig stort konstruktivt opbud og en høj grad af driftsmæssig risiko.

3

DK 162935 B

Det er formålet med opfindelsen at forenkle et apparat til produktion af produktgasser med indhold af hydrogen og carbonoxider og udforme det mere driftsikkert.

Dette formål opfyldes ifølge opfindelsen ved, at 5 den nedre kammervæg og/eller bunden af det nedre kammer i en reaktor til fremstilling af produktgas indeholder dyserør og gennemtrængelige porøse keramiske plader mod det frie rum til tilførsel af yderligere reaktionsmidler til det frie rum.

10 Et eksempel på en udførelsesform for opfindelsen er vist på tegningen og beskrives nærmere i det følgende.

Fig. 1 viser et strømningsdiagram med apparatet ifølge opfindelsen for en proces med naturgas som anvendelsesråstof til anvendelse af den producerede produktgas til 15 en methanolsyntese.

Fig. 2 viser et apparat ifølge opfindelsen til gennemførelse af processen vist i fig. 1.

I fig. 1 kommer anvendelsesproduktet som en naturgas /damp-blanding ind i en reaktor 2 ved 1. I et Øvre kam-20 mer 3 fordeles den i katalysatorfyldte reaktionsrør 4 og gennemstrømmer disse under varmeoptagelse og omdannelse til en forkonditioneret spaltgas. Den forkonditionerede spaltgas forlader reaktionsrørene 4 ved rørender 5, blander sig i et frit rum 6 med det dér via en ledning 7 ligeledes tilførte 25 oxidationsmiddel, oxygen i eksemplet, og eventuelt naturgas og kredsløbsgas tilført via ledninger 8 og 9 og reagerer videre under forhøjelse af temperaturen. Den ved denne reaktion opnåede varmetoning tjener nu til opvarmning af reaktionsrørene 4. Den varme produktgas strømmer som antydet 30 med en pil 10 i det frie rum på kappesiden i modstrøm med strømningsretningen i reaktionsrørene 4 og forlader reaktoren 2 ved et udløb 11.

Derefter kommer den ind i en kølestrækning 12, hvori især vanddampen kondenseres og fjernes via en ledning 35 13. Den ved afkølingen frigjorte varme kan udnyttes på for skellig vis, især til forvarmning og overhedning af anvend- 4

DK 162935 B

elsesstofferne naturgas og damp, der føres til kølestrækningen 12 via en ledning 14.

Til slutafkøling anvendes et vilkårligt kølemiddel tilført via en ledning 15, f.eks. vand eller også oxygen, 5 hvis en opvarmning fra lav temperatur er nødvendig.

Den næsten vandfrie trykgas kan nu omsættes i et synteseanlæg, til methanol i eksemplet. Da enhver produktgas indeholder indifferente bestanddele, skal en bestemt gasmængde med indifferente andele fjernes fra syntesekreds-10 løbet via en ledning 17. En anden del, der betegnes kredsløbsgas, føres via ledningen 9 tilbage til reaktoren 2.

Mængden af tilbageført kredsløbsgas er afhængig af sammensætningen af anvendelsesgassen i reaktoren 2 og de indstillede reaktionsbetingelser i det frie rum 6. Desuden kan 15 kredsløbsgassen efter behov i det mindste delvis føres til anvendelsesblandingen via en ledning 18. Råmethanolen forlader syntesen via en ledning 19.

Ved den konventionelle fremgangsmåde ligger varmeforbruget ved ca. 33,1 GJ/t methanol. Ved den her omhand-20 lede fremgangsmåde ligger varmeforbruget under 29,7 GJ/t methanol.

Fig. 2 viser et apparat ifølge opfindelsen til gennemførelse af den med henvisning til fig. 1 beskrevne fremgangsmåde. Reaktoren 2 indeholder et stort antal 25 aktionsrør 4, der er fyldt med katalysator 20. Reaktionsrørene 4 er forbundet tæt med en skillevæg 21. Deres øvre ende 22 er åben og står i forbindelse med det øvre kammer 3, medens deres nedre ende 23 ligeledes er åben og står i forbindelse med et nedre kammer 24. Dermed er systemet af 30 skillevæggen 21 og reaktionsrørene 4 trykaflastet. Reaktionsrørene 4 er i deres øvre del forsynet med chikaner 25, der er udformet som kapperør, således at de videreopvarmede spaltgasser føres i ringspalter. Disse varme gasser, der er identiske med produktgassen, forlader reaktoren 2 gennem 35 en studs 26. Det nedre kammer 24 i reaktoren 2 inklusive undersiden af skillevæggen er på grund af de høje tempera- 5 turer forsynet med en varmedæmpende isolering eller udmuring 27 på indersiden. Til forøgelse af varmeovergangen på varmgas-siden kan der om fornødent også være indbygget andre egnede chikaner 25, vist som kapperør i eksemplet, 5 mellem reaktionsrørene. Disse chikaner skal være således forbundet med reaktionsrørene og/eller skillevæggen, at de kan monteres og afmonteres sammen med reaktionsrørene. I væggene, der afgrænser det frie rum 6, er der anordnet tilførselsanordninger for oxidationsmiddel og carbonhydrid, 10 idet der både er anordnet simple dyserør 28, især til tilførsel af carbonhydrider, og gennemtrængelige porøse keramiske plader 29, især til tilførsel af oxidationsmidler. Dyserøret 28 er samtidig udformet således, at reaktoren kan varmes op og sættes i drift under tilførsel af oxidations-15 midler.

De med opfindelsen opnåede fordele består især i, at apparatet til produktion af produktgas er udformet på en enklere måde og med hensyn til oxygentilførslen er udformet på en mere driftssikker måde.

20 25 30 35

Claims (1)

1. DK 162935 B Patentkrav. Apparat til fremstilling af en produktgas med indhold af hydrogen og carbonoxider ud fra en anvendelsesgas, 5 der indeholder carbonhydrid, især naturgas, og vanddamp, ved a) katalytisk endoterm spaltning af denne anvendelsesgas i katalysatorfyldte reaktionsrør (4) til spaltgas, og b) delvis forbrænding af spaltgassen, der forlader reaktionsrørene (4), med oxygen og/eller oxygenholdig gas, 10. en reaktor (2) , der ved hjælp af en skillevæg (21) er delt i to dele, nemlig i et øvre kammer (3), der er forsynet med et indløb for anvendelsesgas, og et nedre kammer (24) med et efterfølgende frit rum (6) , hvorved reaktoren indeholder reaktionsrør (4) fyldt med katalysator, der er 15 fastgjort gastæt i skillevæggen (21) og strækker sig fra kammeret (3) ind i det frie rum (6), kendetegnet ved, at den nedre kammervæg og/eller bunden af det nedre kammer indeholder dyserør (28) og gennemtrængelige porøse keramiske plader (29) mod det frie rum til tilførsel af 20 yderligere reaktionsmidler til det frie rum. 25 30 35