DK164276B

DK164276B - Apparat til fremstilling af syntesegas

Info

Publication number: DK164276B
Application number: DK432486A
Authority: DK
Inventors: Hans-Joachim Herbort; Hans-Dieter Marsch
Original assignee: Uhde Gmbh
Priority date: 1985-09-11
Filing date: 1986-09-10
Publication date: 1992-06-01
Also published as: IN168591B; US4741885A; ATE46680T1; MY102694A; GB2181740A; DE3532413A1; NO863359D0; CA1308256C; DK432486A; NO168698C; AU6262086A; SU1478995A3; ZA866875B; JPS6261629A; JP2664670B2; GB8621761D0; DK164276C; EP0214432B1; NO863359L; EP0214432A1

Description

DK 164276 B

i o

Opfindelsen angår et apparat til fremstilling af syntesegas under forhøjet tryk ud fra carbonhydrider, især naturgas, naphtha og/eller raffinaderigas med en katalytisk, endoterm reformerdel med en cylindrisk trykbeholder og 5 et stort antal udvendigt opvarmede, katalysatorfyldte reformerrør, hvorved en blanding af carbonhydrider og vanddamp kommer ind i de i en rørbundsplade fastholdte reformerrør, og der kommer en reformeret gas ud fra disse, og i en tilstødende partial-oxidationsdel, der har en større diameter end den ovennævnte reformerdel, i form af en trykbeholder med en lukket ende, hvori reformerrørene rager ind med de frie ender, og i hvilken reformergassen fra reformerrørene samt yderligere carbonhydrider og oxygen eller oxygenholdig gas indføres. Ved forhøjet 15 tryk skal der forstås et tryk på f.eks. 30 bar og højere.

Syntesegassen, som i det væsentlige indeholder hydrogen og carbonoxider, er udgangsmateriale for en række af vigtige stortekniske synteser, f.eks. til produktion af methanol eller ammoniak. Også hydrogen 20 alene kan produceres ved tilsvarende oparbejdning af syntesegas.

Der kendes apparater til produktion af syntesegas som anført i krav l's indledning, hvori der forløber følgende fremgangsmådetrin: 25 Katalytisk endoterm dampreformering (I) og partiel autoterm oxidation (II) og hvorved der til opvarmning af de katalysatorfyldte reformerrør anvendes de varme reaktionsgasser fra den partielle oxidation (II).

30 Således kendes der fra DE-offentliggørelsesskrift nr.

3.244.252 et apparat, hvori en første delmængde af carbonhydrider blandes med damp og underkastes en dampreformeringsreaktion i reformerrørene i nærværelse af katalysator. Produktgassen fra denne delreaktion strømmer ud fra 35 reformerrørene, der er anordnet lodret hængende i en cylindrisk udmuret beholder, til en under rørudløbsplanet

O

2

DK 164276 B

anordnet fri del af den samme beholder, i det følgende betegnet blandingskammeret. Temperaturen af gassen fra delreaktion (I) er i regelen mere end 700°C. Den anden delmængde af carbonhydrider, der ikke behøver at være af 5 samme mængde eller art som den første delmængde, føres samtidigt med en oxygenstrøm eller en oxygenholdig strøm til blandingskammeret. Der reagerer de med hinanden som delreaktion (II). I denne delreaktion (II) deltager også gasser, som i blandingskammeret danner de umiddelbare 10 omgivelser for de tilførte reaktionsdeltagere.

Temperaturen af gassen fra delreaktion (II), overvejende i området mellem 1400 og 2100°C, ligger betydeligt over temperaturen af gassen fra delreaktion (I). I blandingsrummet skal gasstrømmene fra delreaktionerne 15 (i) og (II) nu blandes fuldstændigt og antage en blandingstemperatur. Derved sker der påny ligevægtsreaktioner, delreaktionerne (III). Temperaturen, som indstiller sig herved, ligger da over 950°C, fortrinsvis ved 1100°C. Den bestemmer sammensætningen af den producerede 20 syntesegas. Denne gas strømmer i modstrøm med gasserne fra delreaktion (I) til rørfeltet i den katalytiske reformersektion og afgiver der en mærkbar mængde varme til reformerrørene til gennemførelse af delreaktion (I).

Delreaktionen (I) giver en gas med et højt rest-25 methanindhold, delreaktion (II) giver en gas, som er praktisk taget fri for methan, og delreaktion (III) giver en gas med det methanindhold, der tilstræbes og svarer til reaktionstemperaturen, f.eks. mindre end 1%, fortrinsvis mindre end 0,5%. Denne reaktionstemperatur og denne 30 gassammensætning, der kan beregnes ud fra denne, indstilles imidlertid kun, når blandingen af gasserne fra delreaktion (I) og (II) er fuldstændig, dvs. der ikke foreligger såkaldte gasstråler. Til optimal gennemførelse af fremgangsmåden er en fuldstændig sammenblanding derfor 35 ubetinget nødvendig, før syntesegassen kommer ind i kølestrækningen (reformerrørfeltet).

3

O

DK 164276 B

Apparatet ifølge DE-offentliggørelssskrift nr.

3.244.252 giver ikke en tilstrækkelig god blanding af gasstrømmene.

Fra US-Re 24.311 kendes et apparat til fremstilling 5 af syntesegas, hvorved carbonhydriderne i blanding med damp først underkastes en begrænset katalytisk endoterm dampreformering. Til dette formål er der i en cylindrisk trykbeholder anordnet reformerrør, der er delvis fyldt med katalysator. Midt i reformerrørene er der anordnet 10 oxygenledninger, således at de delvis spaltede carbonhydrider ved udløbet fra reformerrørene blandes med det opvarmede oxygen og underkastes en partial autoterm oxidation.

Den nedre del af den cylindriske trykbeholder er udvidet til et frit reaktionsrum. Fra det frie reaktionsrum strømmer 15 reaktionsgasserne, efter retningsvending opefter, for at opvarme reformerrørene. Gennemføringen af oxygenrørene gennem de ophedede reformerrør er driftsteknisk og metallur-gisk meget problematisk, hvorfor dette apparat heller ikke har fundet nogen anvendelse. Derudover er det ikke 20 universelt anvendeligt til forskellige udgangsmaterialer og til opdeling af de anvendte carbonhydrider på to delreaktioner.

Det er formålet med den foreliggende opfindelse at tilvejebringe et apparat, hvori de nødvendige termiske 25 reaktioner forløber driftsteknisk sikkert og vidtgående fuldstændigt, og med hvilket delreaktionerne kan styres således, at der kan fås syntesegasser med forskellige sammensætninger.

Dette formål opfyldes ifølge opfindelsen med 30 den i krav 1's kendetegnende del anførte udformning af apparatet. De uselvstændige krav 2-10 angår særlige udformninger af apparatet ifølge krav 1.

De med opfindelsen opnåede fordele består i, at der i partial-oxidationsdelen, dvs. i blandingskammeret, 35 opnås entydige strømningsforhold. Den særlige tilførsel

DK 164276 B

4

O

ifølge opfindelsen af reaktionspartnerne, såsom reformeringsgas, yderligere carbonhydrider og oxygen eller oxygenholdig gas, giver i blandingskammeret en akseparallel hvirvel på en sådan måde, at der i centrum 5 af denne hvirvel dannes et undertryksområde, gennem hvilket reformeringsgassen fra reformerrørenderne, dvs. den katalytiske endoterme dampreformering, sluses til den nedre del af blandingskammeret. Derved blandes denne reformeringsgas intensivt med partial-oxidationsgas-10 sen fra tilførselsanordningerne og danner syntesegassen.

Størstedelen af blandingsgassen eller syntesegassen i det ydre område af stropstrømningen kommer ud fra partial-oxidations delen i retning mod reformeringsdelen gennem de frie områder mellem tilførselsanordningerne. Den her udstrømmende, 15 varme syntesegas strømmer derefter omkring reformerrørene og afgiver den til den endoterme reaktion nødvendige varmemængde til den i rørene strømmende blanding.

For apparatets funktionsdygtighed er det ligemeget, om reformeringsdelen er anordnet over eller under partial-20 -oxidationsdelen. Det er væsentligt, at der holdes visse randbetingelser under hensyntagen til gassen, der skal behandles. Således skal f.eks. delingen t af åbningen i reformerrørenes udløbsplan opfylde følgende betingelser: 25 t < d + 0,317 x h hvorved det undgås, at der sker uønskede gas-tilbagestrøm-ninger til rørfeltet. I den ovenfor anførte formel er d den indre reformerrørdiameter, og 30 m1 t/o d mQ Λ 0,32 35 5

DK 164276 B

O

I denne formel er m^ massestrømmen, som strømmer bort fra en åbning i reformerrørenes udløbsplan, m^ betyder massestrømmen, som indsuges af strålen m^, og $2 betyder vægtfylderne af de pågældende massestrømme, og 5 d betyder diameteren af en åbning i reformerrørenes udløbsplan.

Reynolds' tal for strømningen af enkeltstrålerne ved udløbet fra reformerrørene bør være større end 3 . 4 5 x 10 , fortrinsvis større end 5 x 10 . De deraf resulterende impulser bevirker indtrængning af disse 10 gasstrømme i hvirvlen og i det væsentlige gennem det indre af hvirvlen og ind i den nedre del af blandingskammeret.

Denne strømning giver også den i hvirvelringen iboende valseformige bevægelse, ved hjælp af hvilken gasserne ved blandingskammerets periferi i det væsentlige spiralformigt "*5 tilbagetransporteres opad.

De for tilførselsanordningerne karakteristiske

Reynolds' tal ved udløbet fra dyserne bør være større end 3 4 4 x 10J, fortrinsvis større end 4 x 10 . De fås ud fra en fiktiv udstrømningshastighed, en fiktiv diameter 20 0g <ien gennemsnitlige viskositet af de foreliggende gasser, hvorved de fiktive størrelser fås ud fra impulsligheden og volumenstrømligheden. De fiktive størrelser afhænger af den konstruktive udformning af de mod blandingskammeret vendende ender af tilførselsanordningerne. Strøm-25 ningskarakteristikaene af de tilførte medier skal til stadighed overvåges. Derved forårsager ændringer·af indløbshastighederne, som er uundgåelige ved belastningsændringer eller til styring af produktgassammensætningen, ingen ændringer af strømningsmønsteret i blandingskammeret 30 og derfor heller ingen ændring af reaktionsgennemførelsens kvalitet.

Vedrørende placeringen af tilførselsanordningerne med hensyn til deres akse i forhold til det vandrette blandingskammerplan betyder et plustegn en afvigelse i er retning af reformerrørfeltet.

DK 164276 B

6

O

Reaktionspartnerne skal opholde sig tilstrækkelig længe i blandingskammeret til, at den tilstræbte tilnærmelse til ligevægten af reaktion (III) opnås.

Dette opnås ved, at dybden af dette kammer ved en given 5 diameter muliggør en opholdstid på mindst 4 sekunder.

Diameteren af blandingskammeret bør være mindst 1,1 x diameteren af rørfeltet, og denne diameter bør først reduceres i området af rørfeltet. På denne måde opnås, at produktgassen fra delreaktion (III) uhindret af gasserne fra 10 delreaktion (I) kan strømme ind i rørfeltet radialt og opad. Hvis diameteren er for stor, kan strømningsmønsteret gå tabt.

Derudover har syntesegassen fra delreaktion (III) som bekendt tilbøjelighed til ved langsom afkøling at 15 antage en gassammensætning med højere methanindhold, der svarer til de ændrede ligevægtsbetingelser. Dette vil imidlertid medføre, at en del af den opnåede reformering går tabt. Det er derfor til gennemførelse af fremgangsmåden nødvendigt at afkøle produktgassen så hurtigt fra den 20 ønskede ligevægtstilstand, at denne tilstand så at sige indefryses. Denne stabilisering opnås erfaringsmæssigt ved temperaturer under 600°C.

Til opnåelse af en ensartet og virkningsfuld opvarmning af reformerrørene ved hjælp af den varme 25 syntesegas indstilles der en høj afkølingshastighed.

Herved undgås samtidig gendannelse af methan og carbon-aflejringer. Reformerrørene forsynes til dette formål med kapperør fra en vis afstand fra reformerrørenes udløbsplan. Den varme syntesegas strømmer i ringspalten 30 mellem kapperørene og reformerrørene.

Det her omhandlede apparat muliggør derudover anvendelse af en kendt fremgangsmådeteknisk variant, nemlig anvendelse af en katalytisk reaktion som afslutning af produktionen af syntesegas. Til dette formål fyldes 35 rummet mellem reformerrørenes udløbsender således med katalysator, at den dér indstrømmende syntesegas skal

DK 164276 B

7

O

passere denne katalysator. Denne efterfølgende katalytiske autoterme delreaktion bevirker en stærkere tilnærmelse til methanligevægten, hvorved syntesegassens restindhold af methan falder, eller temperaturen fra de forudgående 5 reaktioner kan holdes lavere.

En yderligere fordel ved det iberegnede katalysatorlag består i, at eventuelle ufuldstændigheder med hensyn til blanding og reaktion af de i dette lag indstrømmende gasser udlignes. Efter katalysatorlaget kan der følge 10 en fyldning af indifferente fyldlegemer eller en speciel bærekonstruktion med kapperør for reformerrørene.

Udformningen af udløbsenderne eller dyserne af reformerrørene er ikke genstand for opfindelsen. Den kan vælges frit ifølge kendt teknik.

15 Udførelseseksempler på opfindelsen er vist på tegningen og beskrives i det følgende. På tegningen viser: fig. 1 en reaktor med hængende reformerrør i tværsnit, fig. 2 en reaktor med stående reformerrør i tværsnit, fig. 3 et tværsnit af reaktoren i området af til-20 førselsanordningerne, fig. 4 et tværsnit af blandingskammeret med vinklede tilførselsanordninger, og fig. 5 en tilførselsanordning i tværsnit.

Reaktoren i fig. 1 består af en reformerdel 1 25 og en oxidationsdel 2 til den partielle oxidation. I

reformerdelen 1 kommer den første delmængde af carbon-hydrider blandet med damp ind i et indløbskammer 4 via en indløbsstuds 3 og fordeles på de med ! katalysator 5 fyldte reformerrør 6. Disse gennemstrømmes under varmeoptagelse 30 og omdannelse ifølge den katalytiske dampreformerings reaktion, nemlig delreaktion (I). Reformergassen 7 fra delreaktion (I) strømmer med høj hastighed ind i et blandingsrum 9 fra dyser 8. Udløbshastigheden samt delingen, diameteren og anordningen af dyserne 8 er 35 af stor betydning for den nødvendige afstand mellem dysernes plan og planet af tilførselsanordningerne 10.

DK 164276 B

8

O

Udløbshastigheden, dysediameteren og anordningen af tilførselsanordningerne 10 sammen med forholdet mellem den indvendige diameter af blandingskammeret 9 og diameteren af omkredsen 11 af reformerrørene 6 sikrer 5 det ønskede og i det væsentlige med pile i fig. 1, 2, 3 og 4 antydede strømningsmønster. En tilstrækkelig forlængelse af blandingskammeret 9 i aksial retning er en forudsætning for den nødvendige opholdstid af de reagerende gasser i dette område.

10 D® via tilførselsanordningerne 10 indførte medier, såsom oxidationsmiddel 12 og den anden carbonhydriddelmængde 13, som yderligere kan indeholde damp, reagerer både med hinanden og med gasserne i omgivelserne i form af en partial oxidation.

15 Retningen, hastigheden og massen af de tilførte medier giver i blandingskammeret 9 en hvirvel med vertikal akse og med et område med mindre tryk i centrum. Den særlige anordning af de hvirveldannende tilførselsanordninger 10 i forhold til dyserne 8 bevirker, at reformeringsgassen fra 20 dyserne 8 sluses til den nedre del af blandingskammeret 9, og at reformeringsgassen 7 og oxidationsgassen 14 under fortløbende sammenblanding og reaktion strømmer spiral-formigt bort i det indre, afbøjes i nærheden af blandingskammerets bund og strømmer spiralformigt til-25 bage i retning af den rørforsynede reaktionsdel for til slut som syntesegas fra det af reaktorvæggen og reformerrørfeltet dannede ringformede rum 16 i det væsentlige radialt og opad at strømme ind i rørfeltet.

Ringrummet, som indsnævres i området af de ikke 30 omhyllede reformerrør 6, sikrer, at gasserne 15 uhindret af gasserne 7 kan strømme ind i den nævnte form. I dette område afgiver syntesegasserne 15 i det væsentlige ved stråling deres varme til reformerrørene 6. Efter indløbet i kapperørene 17 er varmeovergangen til reformerrørene 35 først og fremmest konvektiv. Ringspalten 18 mellem kapperørene 17 og reformerrørene 6 vælges således, at syntese-

DK 164276 B

9

O

gassen 15 afkøles på tilstrækkelig kort tid. De derved indstillede strømningshastigheder sikrer en særdeles god var-meovergang til reformerrørene 6. Syntesegassen 15 forlader mest mulig afkølet apparatet ved en studs 19. Ring-5 spalten 18 indstilles og sikres ved hjælp af afstandsholdere 20, f.eks. spiraler, akseparallelle skinner, tråde eller fremspring. Til opnåelse af en mest mulig ensartet fordeling af syntesegassen 15 på alle ringspalter 18 er reformerrørene bearbejdet udvendigt og kapperørene 17 bearbejdet indvendigt, 10 fortrinsvis i området af ringspalten. Afstandsholderne 20 muliggør en forskellig forlængelse af kapperør og reformerrør. De muliggør endvidere, at reformerrørene enkeltvis eller i fællesskab efter åbning af flangen 21 kan fjernes fra kapperørene eller indsættes i disse.

15 Kapperørene er indbyrdes støttet mod hinanden i mindst et plant: Disse støtter 22 gør det muligt for hvert kapperør at udvide sig individuelt.

Kapperørene 17 er på den ene side åbne mod partial--oxidationsdelen 2 eller blandingskammeret 9 og på den anden 20 side åbne mod udløbskammeret 23. Dette sikrer trykaflastning af skillepladen 24. Skillevæggen 25 er rørbunden for reformerrørene 6.

På grund af de høje temperaturer i begge reaktordele er disse forsynet med en passende ildfast foring 26. På 25 grund af den reducerende gasatmosfære skal i det mindste den side af foringen, der vender mod den varme gas, teknisk være fri for Si02* For derudover eller i nødstilfælde at beskytte apparatets trykkappe mod høje temperaturer kan apparatet på kendt måde forsynes med en vandkappe eller et sprinkleranlæg.

30 Fig. 1 viser apparatet med en underliggende partial- -oxidationsdel 2 og hængende reformerrør 6. Efter indsætning af katalysatorriste ved reformerrørenes indløb kan apparatet også installeres og drives i omvendt position.

Fig. 2 viser en variant af apparatet ifølge opfindel-35 sen i længdesnit. Herved kommer den første delmængde af car-

10 DK 164276 B

o bonhydrider blandet med damp ind i indløbskammeret 4 ved 3 og fordeles på de med katalysator 5 fyldte rør 6. Disse gennemstrømmes under varmeoptagelse og omdannelse ifølge den katalytiske dampreformeringsreaktion, delreaktion (I).

5 Gassen 7 fra delreaktion (I) strømmer med høj hastighed ind i blandingskammeret 9 fra dyserne 8. Denne udløbshastighed samt delingen, diameteren og anordningen af dyserne 8 er af stor betydning for den nødvendige afstand mellem planet af dyserne 8 og planet af tilførselsanordningerne 10. Udstrøm-10 ningshastighederne, dysediameteren og anordningen af tilførselsanordningerne 10 sammen med forholdet mellem den indvendige diameter af blandingskammeret 9 og diameteren af omkredsen af reformerrørene 6 sikrer det ønskede og i det væsentlige med pile i fig. 2 og 3 antydede strømningsmønster. 15 En tilstrækkelig forlængelse af blandingskammeret 9 i aksial retning giver den nødvendige opholdstid af de reagerende gasser i dette område.

De via tilførselsanordningerne 10 indførte medier, oxidationsmidlet 12 og den anden carbonhydridmængde 13, som 20 også kan indeholde damp, reagerer både med hinanden og med gasser i omgivelserne. De giver gassen 14 fra delreaktion (II). Retningen, hastigheden og massen af de tilførte medier giver i blandingskammeret 9 en hvirvel med vertikal akse og et område med mindre tryk i centrum. Den særlige anord-25 ning af de hvirvelfremkaldende tilførselsanordninger 10 i forhold til dyserne 8 bevirker, at gasserne 7 fra dyserne 8 i det væsentlige sluses gennem hvirvlens centrum til den nedre del af blandingskammeret, og at gasserne 7 og 14 under fortløbende sammenblanding og reaktion strømmer spiralfor-30 migt tilbage i retning mod den rørforsynede reaktordel i nærheden af blandingskammerets periferi og til slut kommer ind i det af reaktorvæggen og reformerrørfeltet begrænsede, ringformede og med katalysatoren 27 fyldte rum 16 og gennemstrømmer katalysatorlaget.

35 o

n DK 164276 B

Katalysatoren bevirker en bedre tilnærmelse til methanligevægten, hvorved gassens restindhold af methan reduceres yderligere. Udover varmebehovet ved denne reaktion (IV) afgiver gassen varme til de i katalysatorlaget 5 anordnede reformerrør 6. Varmeafgivelsen til reformerrørene 6 i dette område kan tilpasses til behovene ved reaktion (IV), f.eks. ved hjælp af en indvendig eller udvendig isolering og/eller en nedsættelse af diameteren af rørene eller ved passende valg af reformerrørdelingen/ ved størrelsen 10 af ringrummet 16 og/eller ved hjælp af det valgte katalysatorvolumen. Gassen, som forlader katalysatorlaget 27 med høj temperatur, strømmer gennem en fyldning af ikke-kata-lytiske legemer, f.eks. fyldlegemer 28, under yderligere afgivelse af en del af den frie varme til rørene 6. Den 15 kommer som afkølet produktgas gennem hulvæggen 29 ind i udløbskammeret 23 og derfra ud ved 19.

Ved udvælgelse af fyldlegemer 28, der egner sig med hensyn til form og materiale, kan der både opnås den ønskede varmeovergang og den ønskede afkølingshastighed.

20 Andre mulige midler til opnåelse af disse mål er f.eks. udvælgelse af rørdelingen, brug af store fortrængningslegemer eller anvendelse af overfladeforstørrede rør 6.

Katalysatorlaget 27 hviler på fyldlegemerne 28, og disse bæres igen af hulvæggen 29. Denne hulvæg 29 er 25 støttet på reformerrørene 6. Det er også muligt at foretage denne afstøtning direkte på skillevæggen 25 eller på væggen af reaktoren. Delingen af reformerrørene 6 er fik-seret af mindst én perforeret og sektioneret afstandsplade 30, således at hvert rør kan udvides individuelt. Afstands-30 pladen 30 bæres af fyldlegemerne.

Apparatet udmærker sig også ved, at en stor apparatflange 21 som i fig. 1 ikke er nødvendig. Katalysatoren 5 og 27 samt fyldlegemerne 28 kan udsuges via mandehullet 31. Katalysatoren 5 kan også udsluses via et mandehul ii kammeret 35 4, når katalysatorresten 32 udformes således, at den kan o

12 DK 164276 B

udtages.

Fig. 3 viser apparatet ifølge fig. 1 og 2 i et snit langs med linien I-I. 6 tilførselsanordninger 10 med lige store indbyrdes afstande ved omkredsen af blandingskammeret 5 9 er anordnet således, at retningen af deres udløbsdyser, der er angivet ved retningerne af gasstrålerne 14, danner en vinkel α 34 med retningerne af de foreliggende radiale stråler, f.eks. den radiale stråle 33. Gasstrålerne 14 danner den ønskede hvirvel 35, som i det væsentlige er antydet 10 ve(i strømningspile.

Fig. 4 viser apparatet ifølge fig. 1 og 2 i længdesnit i blandingskammerets område. Gasstrålerne 14 kommer ind i blandingskammeret 9 i en vinkel β 36 med det vandrette plan. Dyserne af tilførselsanordningerne 10 spænder over et 15 plan, hvori alle horisontale planer ligger. Afstanden h mellem dette plan og det plan, der dannes af dyserne ved reformerrørenderne 8, er vigtigt for det ved pile i det væsentlige antydede strømningsmønster, som overlejres af den i fig. 3 viste hvirvel 35. Om fornødent kan der også an-20 ordnes tilførselsanordninger i mere end et plan.

Fig. 5 viser tilførselsanordningen 11 særskilt. De til dyserne 37 'førende ledninger 38 for oxidationsmidlet 12 er indført særskilt i tilførselsanordningen 11. På samme måde tilføres den anden delmængde carbonhydrider 13 sær-25 skilt til dysen 40 via ledningen 39. Efter indføring i tilførselsanordningen er alle ledninger 38 og 39 omgivet af en cylindrisk kappe, der er sammensvej set med bunden 41, som danner dysevæggen, og som er vendt mod blandingskammeret 9, og en bund 42 og 43. Gennemgangene af de nævnte ledninger 30 gennem bundene 41, 42 og 43 er ligeledes sammensvejset. Hulrummet 45., som er dannet på denne måde af kappen 44, de nævnte bunde og de nævnte ledninger, gennemstrømmes af vand, som kommer ind via flangen 46, føres gennem skillevæggen 47 til bunden 41, som er udsat for den højeste temperaturbelast-33 ning, og derefter igen kommer ud via flangen 48.

13 DK 164276 B

o

Et apparat ifølge opfindelsen til produktion af 3 syntesegas i industriel målestok til f.eks. 6634 m /time CO + H2 har følgende hoveddimensioner:

Indvendig diameter af reformerdelen (1) 800 mm 5 Længde af reformerdel 10.000 mm

Antal reformerrør (6) 19

Omkredsdiameter (11) 750 mm

Reynolds* tal ved udløbet af reformerrørene 97.000 10 Indvendig diameter af oxidationsdelen (2) 1.000 mm Længde af blandingskammer (9) 2.200 mm

Afstand h (fra reformerrørende til til- 600 mm førselsanordningernes plan)

Antal tilførselsanordninger 6 15 Vinkel α 15°

Vinkel 3 0°

Reynolds'tal 260.000

Tabel I og II viser driftsdata for apparater ifølge 20 fig. 1 og 2. Derved svarer spaltenummereringen til henvisningstallene i de tilsvarende figurer.

25 1 35

DK 164276B

14

O

Tabel I

_3_7 12 13_23_ 5 CO (mol-%) 4,82 23,64 C02 (mol-%) 10,07 6,93 H2 (mol-%) 54,75 67,33 CH4 (mol-%) 96,74 28,88 96,74 0,96 N2 (mol-%) 3,26 1,48 0,5 3,26 1,14 10 02 (mol-%) 99,5

Vtør gas 63,66 140,68 51,192 42,44 325,54 V„ Λ kmol 153,96 118,84 133,77 H2° ~h~

Temperatur (°C) 370 730 200 370 613 15 Tryk (bar) 43 41 >41 >41 40

Tabel II

_3_7 12 13_23_ 20 CO (mol-%) 4,82 23,83 C02 (mol-%) 10,07 6,89 H2 (mol-%) 54,75 67,61 CH4 (mol-%) 96,74 28,88 96,74 0,54 N (mol-%) 3,26 1,48 0,5 3,26 1,13 pfi ^ 02 (mol-%) 99,5 V. . kmol 62,77 138,72 51,136 41,85 323,84 tør gas —^— V„ n kmol 151,81 117,18 131,79 H2° ~h~ 30 Temperatur (°C) 370 730 200 370 614

Tryk (bar) 43 41 >41 >41 40 35

Claims

15 DK 164276 B o Patentkrav. i

1. Apparat til fremstilling af syntesegas under forhøjet tryk ud fra carbonhydrider, især naturgas, 5 naphtha og/eller raffinaderigas i en katalytisk endoterm reformerdel (1) med en cylindrisk trykbeholder og et stort antal udvendigt opvarmede, med katalysator: fyldte reformerrør (6), hvorved en blanding af carbonhydrider og vanddamp kommer ind i de i en rørbundsplade (25) holdte reformerrør 10 (6), og der kommer en reformergas ud fra disse, og i en tilstødende partial-oxidationsdel (2), der har en større diameter end den ovennævnte reformerdel, i form af en trykbeholder med lukket ende, hvori reformerrørene (6) rager ind med de frie ender (8), og i hvilken der indføres re-15 formergas fra reformerrørene samt yderligere carbonhydrider og oxygen eller oxygenholdig gas, kendetegnet ved, at der i cylindervæggen af partial-oxidations-delen (2) er anbragt et større antal tilførselsanordninger (10) for carbonhydrider og/eller oxygen eller oxygenholdig 20 gas, hvis midterakser er anordnet i en vinkel med den radiale linie og parallelt til skrånende i forhold til det radiale plan, og hvis afstand fra reformerrørenes udstrømningsender er afpasset således, at der i den frie partial-oxidationsdel (2) opstår en roterende strop—strømning af gasserne, og 25 produktgassen strømmer bort ud ad, således at den derefter strømmer omkring reformerrørene, opvarmer disse og forlader reformerdelen (1) via en udløbsstuds (19) .

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegn et ved, at tilførselsanordningerne (10) er placeret således i 30 væggen af partial-oxidationsdelen (2), at udløbsretningerne af gasstrålerne 35 O DK 164276 B 16 a) danner en vinkel på 1-30°, fortrinsvis 5-20°, med den foreliggende radiale linie, og b) danner en vinkel på +5 til -15°, fortrinsvis 0 til -10° med det radiale plan, og 5 c) at afstanden h mellem forbindelseslinien mellem to tilførselsanordninger og planet af reformerrørenderne (8) er 0,15 til 1 gange diameteren af omkredsen af reformerrørfeltet.

3. Apparat ifølge krav 1 og 2,kend eteg-10 net ved, at afstanden h, diameteren d af en gasudstrømningsåbning ved reformerrørenden (8) samt den største deling t af alle disse gasudstrømningsåbninger opfylder følgende betingelse: 15 tf d + 0,317 x h hvor d 20 h = — x —— * m0 01 0;32 hvori mQ er massestrømmen, som strømmer bort fra en åbning i reformerrørenes udløbsplan, 25 m^ betyder massestrømmen, som indsuges af strålen mQ, og ^ og betyder vægtfylderne af de pågældende massestrømme.

4. Apparat ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at det for strømningsbetingelserne karakteristiske

30 Reynolds' tal for gasstrålerne ved udløbet fra reformer- 3 rørenderne (8) er større end 5 x 10 , fortrinsvis større end 5 x 10^. 35 O 17

5. Apparat ifølge krav 1-4, kendetegnet ved, at det for tilførselsanordningerne karakteristiske Reynolds' tal ved udløbet fra dyserne er større end 3 4 4 x 10 , fortrinsvis større end 4 x 10 , beregnet ud fra en 5 fiktiv udstrømningshastighed, en fiktiv diameter og den gennemsnitlige viskositet af de foreliggende gasser, hvorved de fiktive størrelser fås ud fra impulsligheden og volumens tr ømligheden .

6. Apparat ifølge krav 1-5, kendetegnet 10 ved, at den indvendige diameter af blandingskammeret (9) er mindst 1,1 gange, højst 2 gange diameteren af omkredsen af reformerrørfeltet og først reduceres i området af reformerrør feltet.

7. Apparat ifølge krav 1-6, kende t e g - 15 net ved, at dybden af blandingskammeret er valgt således, at reaktionspartnerne henholdsvis reaktionsprodukterne i det væsentlige opholder sig deri i 4 sekunder.

8. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der yderligere er placeret katalysator til et ka- 20 talytisk dampreformeringstrin nær planet af reformerrørenderne (8), og at disse rør eller deres fortsættelser gennemtrænger katalysatorlaget.

9. Apparat ifølge krav 1 eller 8, kendetegnet ved, at katalysatoren bæres af legemer, 25 fortrinsvis fyldlegemer, der foruden deres støttende funktion sikrer en god varmeovergang til rørene (6) og en tilstrækkelig afkølingshastighed.

10. Apparat ifølge krav 1-9, kendetegnet ved, at bunden (41) af tilførselsanordningen (10) 30 har et større antal dyseåbninger (37, 40). 35