NO169481B

NO169481B - APPARATUS FOR PERFORMING AN ENDOTHERMIC CATALYTIC REACTION, THE REACTOR UNIT INCLUDING THIS, AND THE REFORMER COMPOSITION INCLUDING THE LAST

Info

Publication number: NO169481B
Application number: NO91911032A
Authority: NO
Inventors: Sydney Percy Smith Andrew; Ralph Jones Doy; Antony Peter John Limbach
Original assignee: Ici Plc
Priority date: 1985-03-05
Filing date: 1991-03-14
Publication date: 1992-03-23
Also published as: NO911032D0; NO911032L; NO169481C

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en apparatur for utfør-else av en endoterm katalytisk reaksjon omfattende The present invention relates to an apparatus for carrying out an endothermic catalytic reaction comprising

a) flere rørformede reaktorer som hver har a) multiple tubular reactors each having

i) et første rør som er blindt ved én ende i) a first pipe which is blind at one end

utstyrt med et innløp på den andre ende, equipped with an inlet on the other end,

ii) et andre rør plassert inne i, og som ii) a second tube placed inside, and which

strekker seg langs, det første rør og derved gir et rom mellom det første og andre rør for å romme en katalysator, extends along, the first tube thereby providing a space between the first and second tubes to accommodate a catalyst,

iii) katalysatorfastholdelsesanordninger plassert iii) catalyst retention devices located

i rommet mellom det første og andre rør nær den blinde ende av det første rør, in the space between the first and second pipes near the blind end of the first pipe,

idet innsiden av det andre rør har forbindelse med rommet mellom det første og det andre rør ved den blinde ende av det første rør, og det andre rør har et utløp ved innløps-enden av det første rør; og the inside of the second pipe having a connection with the space between the first and the second pipe at the blind end of the first pipe, and the second pipe having an outlet at the inlet end of the first pipe; and

b) anordninger for tilveiebringelse av en strøm av en oppvarmingsgass forbi utsiden av det første rør i en retning fra b) means for providing a flow of a heating gas past the outside of the first tube in a direction from

den blinde ende av det første rør mot innløpsenden derav. the blind end of the first pipe towards the inlet end thereof.

I de fleste foreslåtte eller industrielt anvendte damp-reformeringsprosesser utføres den endoterme damphydrokarbon-reaksjon som er uttrykt ved In most proposed or industrially applied steam reforming processes, the endothermic steam hydrocarbon reaction expressed by

over en katalysator plassert som et sj ikt i rør som er utvendig oppvarmet i en forbrenningsovn og varmen utvinnes ved dampdann-else. I en lenge kjent, og enkelte ganger industrielt anvendt prosess, tas imidlertid den varme reformerte gass fra katalysa-tors jiktet ut gjennom et innvendig rør i katalysatorsjiktet, slik at varmen veksles mellom den varme gass og reaktantene reagerer over katalysatoren. Eksempler på denne fremgangsmåten er beskrevet i GB-A-330872, US-A-4271086 og vår EP-A-124226. Denne anordning av reaksjonssonen som normalt kalles "bajonett- above a catalyst placed as a layer in pipes which are externally heated in an incinerator and the heat is extracted by steam formation. In a long-known, and sometimes industrially used process, however, the hot reformed gas from the catalyst's nozzle is taken out through an internal pipe in the catalyst bed, so that the heat is exchanged between the hot gas and the reactants react over the catalyst. Examples of this method are described in GB-A-330872, US-A-4271086 and our EP-A-124226. This arrangement of the reaction zone which is normally called "bayonet-

rør" eller "feltrør" eller "dobbelt-passering" primærreformer er åpenbart fordelaktig fordi den gir en brukbar varmeutvinning og unngår konstruksjonsproblemer som skyldes differensiell termisk ekspansjon. tube" or "field tube" or "double-pass" primary reformer is obviously advantageous because it provides a usable heat recovery and avoids construction problems due to differential thermal expansion.

Det er nå funnet at varmeoverføringsegenskapene til dob-beltpasseringstypen av reformer kan forbedres på en måte som er spesielt fordelaktig når varmekilden ikke er avhengig av refor-meringstrinnet. It has now been found that the heat transfer characteristics of the double pass type of reformers can be improved in a manner which is particularly advantageous when the heat source is not dependent on the reforming stage.

Ifølge oppfinnelsen bærer veggen av det andre rør innvendig eller utvendig, eller begge deler, et sjikt av fiberaktig varmeisolering. According to the invention, the wall of the second tube carries a layer of fibrous thermal insulation inside or outside, or both.

Virkningen av å begrense varmevekslingen mellom produkt-gass-strømmen og reaktantene er at via områdene til den forlen-gede sone som ligger mellom endene derav er reaktantenes temperatur lavere, og følgelig temperaturforskjellen mellom reaktantene og oppvarmingsmediet utenfor den langstrakte sone større enn hvis slik varmeveksling hadde funnet sted. Derfor er varmeover-føringen mellom oppvarmingsmediet og reaktantene mer virknings-full, og antallet og/eller lengden av reaksjonssonene som kreves for å behandle en bestemt mengde utgangsmateriale mindre, og spesielle tiltak kan anvendes for å forsterke denne varmeover-føring ytterligere, som skal beskrives senere. The effect of limiting the heat exchange between the product-gas stream and the reactants is that via the areas of the extended zone that lie between the ends thereof, the temperature of the reactants is lower, and consequently the temperature difference between the reactants and the heating medium outside the elongated zone is greater than if such heat exchange had found place. Therefore, the heat transfer between the heating medium and the reactants is more effective, and the number and/or length of the reaction zones required to process a certain amount of starting material is smaller, and special measures can be used to further enhance this heat transfer, which will be described later.

Apparaturen ifølge oppfinnelsen er spesielt anvendelig når oppvarmingsgassen er sekundær reformeringsgass, dvs. den varme gass som dannes av omsetning av dampreformert gass fremstilt i rørreaktorene med en gass inneholdende fritt oksygen i en adia-batisk katalysatorsone som bevirker omsetning av ytterligere hydrokarbon til karbonoksyder og hydrogen. The apparatus according to the invention is particularly applicable when the heating gas is secondary reforming gas, i.e. the hot gas which is formed by the reaction of steam reformed gas produced in the tube reactors with a gas containing free oxygen in an adiabatic catalyst zone which causes the conversion of further hydrocarbon into carbon oxides and hydrogen.

Varmevekslingen mellom oppvarmingsgassen og reaktorrørene er meget sterk og utføres ved å føre en strøm av oppvarmingsgassen i en retning fra det første rørets blinde ende mot dets innløpsende, fortrinnsvis gjennom en skjede som omgir det første røret og strekker seg i det minste over hoveddelen av dennes lengde. Skjedens dimensjoner bør være slik at tverrsnittsområdet av rommet mellom skjeden og det første røret er mellom 0,1 til 1,0, spesielt 0,2 og 0,5 ganger tverrsnittsflaten av rommet mellom veggen til det første røret og det andre røret som befinner seg deri. Alternativt eller i tillegg, har den utvendige vegg av det første røret over i det minste hoveddelen av lengden derav, en utvidet overflate slik man får ved langsgående eller skrueformede ribber eller kammer. The heat exchange between the heating gas and the reactor tubes is very strong and is carried out by passing a flow of the heating gas in a direction from the blind end of the first tube towards its inlet end, preferably through a sheath which surrounds the first tube and extends at least over the main part of its length . The dimensions of the sheath should be such that the cross-sectional area of the space between the sheath and the first pipe is between 0.1 to 1.0, especially 0.2 and 0.5 times the cross-sectional area of the space between the wall of the first pipe and the second pipe located therein. Alternatively or in addition, the outer wall of the first tube over at least the major part of its length has an extended surface as obtained by longitudinal or helical ribs or combs.

Utstrekningen og dimensjonene til skjeden og utstrekningen og typen av den utvidede overflate velges fortrinnsvis slik at det er en hovedsakelig jevn varmestrøm fra oppvarmingsgassen inn i rommet mellom det første og andre rør. The extent and dimensions of the sheath and the extent and type of the extended surface are preferably chosen so that there is a substantially uniform flow of heat from the heating gas into the space between the first and second tubes.

I noen tilfeller kan det, hvis skjeden og/eller den utvidede overflate som strekker seg helt til den blinde enden av det første røret, være en fare for overoppvarming av det første røret ved endeområdet inntil den blinde ende derav og/eller skjeden, hvilket fortrinnsvis er av lettmetall, kan utsettes for uakseptable høye temperaturer. I foretrukne utførelsesformer strekker således det blinde endeområdet av det første røret seg forbi skjeden og likeledes den utvidede overflate av den langstrakte sone avslutter kort før den blinde enden av det første røret. I en spesielt foretrukket anordning slutter den utvidede overflate av det første rør i det blinde endeområdet av sistnevnte i en stilling nærmere den blinde enden av det første rør enn skjeden gjør. På denne måte skjer oppvarmingen av det første rør hovedsakelig med stråling ved det blinde endeområdet hvor det første rør er uten skjede og ikke har noen utvidet over-flate, ved en blanding av stråling og konveksjon over den mellomliggende del av det blinde endeområdet hvor den ikke har skjede, men har en utvidet overflate og hovedsakelig ved konveksjon i området hvor den er omgitt av skjede. In some cases, if the sheath and/or the extended surface extending all the way to the blind end of the first tube, there may be a risk of overheating of the first tube at the end region up to the blind end thereof and/or the sheath, which preferably is made of light metal, can be exposed to unacceptably high temperatures. Thus, in preferred embodiments, the blind end region of the first tube extends past the sheath and likewise the extended surface of the elongated zone terminates shortly before the blind end of the first tube. In a particularly preferred arrangement, the extended surface of the first tube terminates in the blind end region of the latter in a position closer to the blind end of the first tube than the sheath does. In this way, the heating of the first pipe takes place mainly by radiation at the blind end area where the first pipe is unsheathed and has no extended surface, by a mixture of radiation and convection over the intermediate part of the blind end area where it does not has a sheath, but has an extended surface and mainly by convection in the area where it is surrounded by the sheath.

Fortrinnsvis utgjør det skjedeløse blinde endeområdet av det første rør 10 til 3 0% av lengden til det første rør, mens delen av det blinde endeområdet til det første rør som ikke har en utvidet overflate, utgjør 4 til 2 0% av det første rørs lengde. Preferably, the sheathless blind end region of the first tube comprises 10 to 30% of the length of the first tube, while the portion of the blind end region of the first tube which does not have an extended surface comprises 4 to 20% of the length of the first tube .

For å øke varmestrømmen over innløpsområdet til det første rør, kan den utvidede overflate ha større overflateområde over dette området, f.eks. ved å øke antallet ribber i den første delen, f.eks. de første 30 til 60% av det første rørs lengde. Ved hjelp av de ovennevnte trekk kan gjennomsnittsvarme-strømmen inn i rommet mellom det første og andre rør være meget høy, over 100 kW pr. m2 av den innvendige flate av den utvendige vegg av det første rør. Denne gjennomsnittlige varmestrøm kan være så høy som 200 kW m~<2>, men er gjerne i området 12 0 - 150 In order to increase the heat flow over the inlet area of the first tube, the extended surface can have a larger surface area over this area, e.g. by increasing the number of ribs in the first part, e.g. the first 30 to 60% of the length of the first tube. With the help of the above features, the average heat flow into the space between the first and second pipes can be very high, over 100 kW per m2 of the inner surface of the outer wall of the first pipe. This average heat flow can be as high as 200 kW m~<2>, but is usually in the range 12 0 - 150

kW mo"<2.>kW mo"<2.>

Når det første rør oppvarmes med sekundær reformeringsgass, avkjøles sistnevnte når den passerer langs den utvendige over-flate av det første rør. Under denne avkjøling er det en sterk drivkraft for de uventede bireaksjoner. When the first pipe is heated with secondary reforming gas, the latter is cooled as it passes along the outer surface of the first pipe. During this cooling there is a strong driving force for the unexpected side reactions.

og disse vil spesielt forløpe hvis metallet i kontakt med gassen katalyserer disse reaksjoner og/eller danner karbider og/eller fjerner elementært karbon ved katalysering eller nukleæriserer dannelsen av fast karbon. I den meget sterke prosessen som er nevnt ovenfor gir skjeden og ribbene en spesielt stor flate hvorpå slike reaksjoner kan finne sted. and these will take place in particular if the metal in contact with the gas catalyzes these reactions and/or forms carbides and/or removes elemental carbon by catalysis or nucleates the formation of solid carbon. In the very strong process mentioned above, the vagina and ribs provide a particularly large surface on which such reactions can take place.

Det er funnet at slike uventede bireaksjoner kan forhin-dres eller begrenses ved å kontakte den varme gass som gjennomgår kjøling bare med overflater laget av ett eller flere metaller i det vesentlige uten noen katalytisk aktivi-tet, enten de er i metallisk eller oksyd form, for reaksjoner av karbonmonoksyd. It has been found that such unexpected side reactions can be prevented or limited by contacting the hot gas undergoing cooling only with surfaces made of one or more metals substantially without any catalytic activity, whether in metallic or oxide form, for reactions of carbon monoxide.

Metallet som forestilles for den varme sekundærrefor-meringsgass som gjennomgår kjøling i varmeveksel med den langstrakte sone er gjerne ett eller flere sådanne hvis oksyd i det minste er vanskelig å redusere til metall såsom krom-II-oksyd, men hvis oksyd likevel danner et koherent "passivise-rende" sjikt som i det vesentlige forhindrer videre oksyda-sjon av metallet. Fortrinnsvis danner slike metaller ikke lett karbider eller nitrider. Som eksempel på egende metaller kan det nevnes aluminium, titan, zirkonium, niob og tan-tal og legeringer derav som ikke inneholder mer enn 10 vekt-% av metaller utenfor denne listen. Spesielt gjerne er metallet aluminium som ikke inneholder noen andre metaller eller maksimalt 5 vekt-% krom. P.g.a. dets lave smeltepunkt (659°C), er aluminium uegnet som konstruksjonsmetall i anlegget hvori prosessen utføres, men det kan brukes i et diffusjonsbundet sjikt på en ferro-legering såsom lett stål, lav-kromstål eller krom-nikkelstål, såsom AlSI-type 304 eller 316 og Incoloy (RTM) avhengig av temperaturen som forefinnes. Diffusjonsbindingen utføres slik at det fortrinnsvis dannes The metal imagined for the hot secondary reforming gas undergoing cooling in heat exchange with the elongated zone is often one or more such whose oxide is at least difficult to reduce to metal such as chromium II oxide, but whose oxide nevertheless forms a coherent " "passivating" layer which essentially prevents further oxidation of the metal. Preferably, such metals do not readily form carbides or nitrides. Examples of proper metals include aluminium, titanium, zirconium, niobium and tantalum and alloys thereof which do not contain more than 10% by weight of metals outside this list. The metal is particularly preferably aluminum which does not contain any other metals or a maximum of 5% by weight of chromium. Because of. its low melting point (659°C), aluminum is unsuitable as a structural metal in the plant in which the process is carried out, but it can be used in a diffusion-bonded layer on a ferro-alloy such as mild steel, low-chromium steel or chromium-nickel steel, such as AlSI type 304 or 316 and Incoloy (RTM) depending on the temperature present. The diffusion bond is carried out so that it is preferably formed

en avgrenset fase av jernlegering, såsom en jern-aluminium-legering inneholdende minst 20 vekt-% aluminium. Ferro-legeringer som er slik behandlet kan kjøpes under handels-navnet "ALONIZED" i standardenheter, og fremgangsmåter for en slik behandling etter fabrikasjon er velkjente. a bounded phase of iron alloy, such as an iron-aluminum alloy containing at least 20% by weight of aluminium. Ferroalloys so treated can be purchased under the trade name "ALONIZED" in standard units, and methods of such treatment after fabrication are well known.

Apparaturen ifølge oppfinnelsen er fortrinnsvis en del av en enhet (her kalt reaktorenheten) som inneholder flere rør-formede reaktorer innenfor et ytre skall med et innløp og utløp for væske som skal bringes i varmeveksel med de første rør av de rørformede reaktorer. Et slikt ytre skall er konstruert for å motstå et trykk i området fortrinnsvis 5 til 80 abs. bar, slik at varmevekselvæsken kan stå under trykk over atmosfærisk trykk og kan således om det passer, anvendes i en kraftutvinnings-motor, og slik at de første rør i de rørformede reaktorer i enheten kan lages av relativt lett metall. The apparatus according to the invention is preferably part of a unit (here called the reactor unit) which contains several tubular reactors within an outer shell with an inlet and outlet for liquid to be brought into heat exchange with the first tubes of the tubular reactors. Such an outer shell is designed to withstand a pressure in the range preferably 5 to 80 abs. bar, so that the heat exchange fluid can be pressurized above atmospheric pressure and can thus, if appropriate, be used in a power extraction engine, and so that the first tubes in the tubular reactors in the unit can be made of relatively light metal.

Reaktorenheten kan kombineres med varmevekslervæskekilden. F.eks. kan kilden være en utvendig ovn som gir varme forbren-ningsgasser eller en kjernereaktor.som gir varmt helium under trykk, eller som nevnt ovenfor, en oksydativ sekundær reformer. The reactor unit can be combined with the heat exchanger fluid source. E.g. the source can be an external furnace that provides hot combustion gases or a nuclear reactor that provides hot helium under pressure, or as mentioned above, an oxidative secondary reformer.

Som et alternativ kan reaktorenheten i det samme ytre skall inneholde en ytterligere del hvori en slik forbrenning eller oksydativ reformering finner sted. As an alternative, the reactor unit in the same outer shell may contain a further part in which such combustion or oxidative reforming takes place.

For å fullstendiggjøre varmevekselanordningene i forbren-ningen, anordnes fortrinnsvis en ytterligere varmeveksler: den varme side av denne ytterligere varmeveksler står i forbindelse med utløpet for varmevekselvæsken fra skallet, og den kalde side står i forbindelse med innløpene av de rørformede reaktorer. In order to complete the heat exchange devices in the combustion, an additional heat exchanger is preferably arranged: the hot side of this additional heat exchanger is in connection with the outlet for the heat exchange fluid from the shell, and the cold side is in connection with the inlets of the tubular reactors.

Reaktorenheten inneholder fortrinnsvis væskestrømførings-midler som effektivt forsterker varmeoverføringen ved overflaten av de første rørene til de rørformede reaktorer. Slike midler kan inneholde avledningsplater, men inneholder fortrinnsvis en skjede som omgir hver rørformet reaktor og går over i det minste hoveddelen av lengden derav som forut nevnt, og anordninger for å stoppe eller forhindre strøm av slik væske bortsett fra gjennom slike skjeder. The reactor unit preferably contains liquid flow means which effectively enhance the heat transfer at the surface of the first tubes of the tubular reactors. Such means may include baffle plates, but preferably include a sheath surrounding each tubular reactor and extending over at least the major portion of its length as aforesaid, and means to stop or prevent flow of such liquid except through such sheaths.

Den utvidede overflate kan være utstyrt med f.eks. ribber, kammer eller ved bruk av et korrugert profilert første rør. The extended surface can be equipped with e.g. ribs, comb or by using a corrugated profiled first pipe.

Den termiske isolering av det andre rør har fortrinnsvis sammenheng med dette over i det minste den del av det andre rør som opptar området som strekker seg fra 10 til 30% og spesielt i det minste området som går fra 5 til 50% The thermal insulation of the second pipe is preferably related to this over at least the part of the second pipe that occupies the area that extends from 10 to 30% and especially in the smallest area that goes from 5 to 50%

av det første rørets lengde målt fra innløpsenden til det første rør. of the length of the first pipe measured from the inlet end of the first pipe.

Fortrinnsvis går isoleringen over hovedsakelig hele lengden til det andre rør som er inne i det første rør. Isoleringen kan f. eks. utstyres med .et keramisk oksydisk belegg eller en hylse som gir et tomt gassrom eller en hylse som omgir et sjikt av fast eller fiberaktig keramisk oksyd og kan inneholde et strålingsreflekterende sjikt. Preferably, the insulation extends over substantially the entire length of the second pipe which is inside the first pipe. The insulation can e.g. be equipped with a ceramic oxide coating or a sleeve that provides an empty gas space or a sleeve that surrounds a layer of solid or fibrous ceramic oxide and may contain a radiation-reflecting layer.

Selv om en metallhylse som omgir et tomt gassrom eller Although a metal sleeve surrounding an empty gas space or

en fiberaktig, spesielt keramisk fiber, isolator er attraktiv, oppstår vanskeligheter som en følge av reaktorenes langstrakte form og de betydelige temperaturforskjeller som vil opptre gjennom isoleringen: således gir den termiske ekspansjons-forskjell mellom det andre rør og dets hylse problemer. a fibrous, especially ceramic fiber, insulator is attractive, difficulties arise as a result of the elongated shape of the reactors and the significant temperature differences that will appear through the insulation: thus the thermal expansion difference between the second tube and its sleeve causes problems.

En foretrukket konstruksjonsform er å ha en ende av hylsen festet til det andre røret med den andre enden av hylsen ikke festet til røret, men fritt til å utvide seg eller trekke seg sammen. A preferred form of construction is to have one end of the sleeve attached to the second tube with the other end of the sleeve not attached to the tube but free to expand or contract.

I noen tilfeller kan det være ønskelig å fremstille In some cases it may be desirable to produce

røret og hylsen i røravsnitt som så sveises sammen. I slike tilfeller foretrekkes det at minst to tilstøtende avsnitt hver har en hylse med en ende av hver hylse festet til sitt tilhørende avsnitt, og den andre ende fri til å utvide seg eller trekke seg sammen, idet den fri ende av hylsen til én av de tilstøtende avsnitt er tilstøtende den festede ende the pipe and sleeve in pipe sections which are then welded together. In such cases it is preferred that at least two adjacent sections each have a sleeve with one end of each sleeve attached to its associated section, and the other end free to expand or contract, the free end of the sleeve to one of the adjacent section is adjacent to the attached end

av hylsen på avsnittet tilstøtende dette avsnitt. I slike tilfeller foretrekkes det at hylsene til tilstøtende omslut-tede avsnitt er slik dimensjonert at når de er fullt utvidet ved arbeidstemperaturen, går hylsen på et omgitt avsnitt over i det vesentlige hele rommet mellom dette avsnitt og det tilstøtende avsnitt og gir således isolasjon i det minste ved stasjonær gass i et slikt rom. I praksis kan den fiber-aktige isolering være utvidbar med den ekspanderende hylse. of the sleeve on the section adjacent to this section. In such cases, it is preferred that the sleeves of adjacent enclosed sections are dimensioned in such a way that when they are fully expanded at the working temperature, the sleeve of an enclosed section passes over substantially the entire space between this section and the adjacent section and thus provides insulation in the smallest with stationary gas in such a room. In practice, the fiber-like insulation can be expandable with the expanding sleeve.

Hylsen eller hylsene festes fortrinnsvis til sitt rør eller del derav ved oppstrømsenden av røret eller avsnittet. Da isolasjonen i dette tilfellet er i gassens trykk ved den fri kant, hvilket trykk er lavere enn det ved den festede kant, vil svikt av hylsen få den til å gi seg mot den keramiske isolasjon i stedet for å løsne. Følgelig er hylsen i virkeligheten strukturelt understøttet av røret og behøver bare være laget av tynt metall. Da det må være en katalysator mellom de første og andre rør og denne katalysator kan foreligge i tilfeldig pakket form, er den termisk isolerende struktur fortrinnsvis inne i det andre, dvs. innvendige rør, slik at katalysatorenhetene hviler mot strukturmetallet i stedet for den relativt tynne hylse. The sleeve or sleeves are preferably attached to their pipe or part thereof at the upstream end of the pipe or section. As the insulation in this case is at the pressure of the gas at the free edge, which pressure is lower than that at the attached edge, failure of the sleeve will cause it to yield against the ceramic insulation instead of loosening. Consequently, the sleeve is actually structurally supported by the pipe and need only be made of thin metal. As there must be a catalyst between the first and second tubes and this catalyst can be present in randomly packed form, the thermally insulating structure is preferably inside the second, i.e. internal tube, so that the catalyst units rest against the structural metal instead of the relatively thin sleeve.

Oppfinnelsen er illustrert under henvisning til de vedlagte tegninger hvor: Fig. 1 er et lengdesnitt av en reaktorenhet vist i The invention is illustrated with reference to the attached drawings where: Fig. 1 is a longitudinal section of a reactor unit shown in

skjematisk form. schematic form.

Fig. 2 er et forstørret lengdesnitt av en del av enheten som er Fig. 2 is an enlarged longitudinal section of a part of the unit which is

vist i fig. 1. shown in fig. 1.

Fig. 3 er et forstørret lengdesnitt av én av reaktorene Fig. 3 is an enlarged longitudinal section of one of the reactors

fra fig. 1 og 2. from fig. 1 and 2.

Fig. 4 er et tverrsnitt av én av reaktorene fra fig. Fig. 4 is a cross-section of one of the reactors from fig.

1 og 2 som antyder den relative plassering av tilstøtende reaktorer. 1 and 2 which suggest the relative location of adjacent reactors.

Fig. 5 er en lignende avbildning som fig. 3, men hvori Fig. 5 is a similar representation as fig. 3, but in which

ribber og skj edar er utelatt. ribs and thighs are omitted.

Fig. 6 er et forstørret lengdesnitt av de innvendige Fig. 6 is an enlarged longitudinal section of the interior

rør av en reaktor i "kald tilstand". tubes of a "cold state" reactor.

Fig. 6a er et forstørret snitt av en del av de innvendige rør av reaktoren på fig. 6 i "varm" tilstand. Fig. 7 er en avbildning tilsvarende fig. 1, men som viser en alternativ reaktorenhet i skjematisk form Fig. 8 er et flyteskjema av enheten på fig. 1 i kombinasjon med en sekundær reformer og varmeveksler. Fig. 9 er en kurve som viser temperaturprofilene for reaktantene og oppvarmingsmediet i en reaktor ifølge oppfinnelsen og i en konvensjonell dobbelt-gjennomløpsreformer. Fig. 6a is an enlarged section of part of the internal pipes of the reactor in fig. 6 in "warm" condition. Fig. 7 is an illustration corresponding to fig. 1, but which shows an alternative reactor unit in schematic form. Fig. 8 is a flowchart of the unit in fig. 1 in combination with a secondary reformer and heat exchanger. Fig. 9 is a curve showing the temperature profiles for the reactants and the heating medium in a reactor according to the invention and in a conventional double-pass reformer.

På fig. 1 har reaktorenheten 10 øvre og nedre deler 12, 14, som passer sammen ved flenser 16, 18 og en innsats 20. Den nedre del 14 har et metalltrykkskall 22, foret med keramisk sement 24 som isolering, og er forsynt med sekundære reformeringsgassinnløp og utløp 26, henholdsvis 28. Den nedre del av skallet 22 er omgitt av en mantel 30 som kan tilføres vann gjennom inngang 32 og hvorifra damp kan tas ut fra åpningen 34. Mantelen 30 tjener til å holde skallet på en ønsket temperatur, f.eks. 100°C. In fig. 1, the reactor unit 10 has upper and lower parts 12, 14, which fit together at flanges 16, 18 and an insert 20. The lower part 14 has a metal pressure shell 22, lined with ceramic cement 24 as insulation, and is provided with secondary reforming gas inlets and outlets 26, respectively 28. The lower part of the shell 22 is surrounded by a shell 30 which can be supplied with water through inlet 32 and from which steam can be taken out from the opening 34. The shell 30 serves to keep the shell at a desired temperature, e.g. 100°C.

Den øvre del 12 av enheten 10 har en metalltrykkskall-kuppel 36 foret med keramisk sement 38 som isolering og utstyrt med reaktantinnløp og utløpsåpninger 40, henholdsvis 42. The upper part 12 of the unit 10 has a metal pressure shell dome 36 lined with ceramic cement 38 as insulation and equipped with reactant inlet and outlet openings 40, 42 respectively.

Innsatsen 20 befinner seg i nedre del 14 med en flens The insert 20 is located in the lower part 14 with a flange

44 som sitter i en fordypning 4 6 i toppen av den keramiske sementforing 24 av nedre del 14. Innsatsen 20 inneholder flere rørformede metallreaktorer 4 8 som befinner seg i et tynt metallskjørt 50 (delvis vist skåret vekk) som har avstand fra de innvendige vegger av sementforingen 24 tilstrekkelig til å muliggjøre termisk ekspansjon av innsatsen 20. Det kan gjerne være 50 til 100 eller flere reaktorer 48, men for tydelighets skyld er bare 4 vist i fig. 1. 44 which sits in a recess 4 6 in the top of the ceramic cement liner 24 of the lower part 14. The insert 20 contains several tubular metal reactors 4 8 located in a thin metal skirt 50 (partially shown cut away) which is spaced from the inner walls of the cement liner 24 sufficient to enable thermal expansion of the insert 20. There may be 50 to 100 or more reactors 48, but for clarity only 4 are shown in fig. 1.

Hver reaktor 48 har et lukket, dvs. blindt endende, Each reactor 48 has a closed, i.e. blind-ended,

rør 52 utstyrt med ribber 54 på overflaten for å øke over-flateområdet og går ut fra en skjede 56. Reaktorene 48 er plassert i forhold til hverandre og i forhold til skjørtet 50 med et lett horisontalt wire eller strimmelrammeverk (ikke vist). tube 52 provided with ribs 54 on the surface to increase the surface area and exits from a sheath 56. The reactors 48 are positioned relative to each other and relative to the skirt 50 by a light horizontal wire or strip framework (not shown).

Innsatsen 20 har et reaktantinnløpsrør 58 forbundet med åpning 40 av øvre del 12 gjennom belger 60 for å muliggjøre termisk ekspansjon. Røret 58 er utstyrt med isolering 62. Hver av reaktorene 4 8 har et reaktantutløp 64 som gjennom rom 6 6 i den øvre del 12 henger sammen med reaktantutløpsåpnin-gen 42. Innsatsen 20 har også et sekundært reformergass-utløpsrør 68 som fører fra innsatsen 20 gjennom utløpsporten 28 i nedre del 14. The insert 20 has a reactant inlet pipe 58 connected to opening 40 of the upper part 12 through bellows 60 to enable thermal expansion. The pipe 58 is equipped with insulation 62. Each of the reactors 4 8 has a reactant outlet 64 which through space 6 6 in the upper part 12 is connected to the reactant outlet opening 42. The insert 20 also has a secondary reformer gas outlet pipe 68 which leads from the insert 20 through the outlet port 28 in the lower part 14.

For å gjøre det mulig å sette sammen enheten 10 er To make it possible to assemble the unit 10 is

røret 68 ikke lukket tett til innsatsen 20, men er en gli*, dende tilpasning deri, slik at røret 68 kan tas ut gjennom åpningen 28 og derved gjøre det mulig å løfte innsatsen 20 the tube 68 is not closed tightly to the insert 20, but is a sliding fit therein, so that the tube 68 can be taken out through the opening 28 and thereby make it possible to lift the insert 20

ut av nedre del 14 (etter fjerning av øvre del 12 derifra). out of the lower part 14 (after removing the upper part 12 therefrom).

Konstruksjonen av innsatsen 20 er vist i nærmere detalj The construction of the insert 20 is shown in more detail

i fig. 2 og 3 og inneholder øvre og nedre rørplater 70, henholdsvis 72, som med en ringformet vegg 74 og flens 44 danner en hylse 76 som tilføres reaktanter gjennom reak-tantinnløpsrøret 58. in fig. 2 and 3 and contains upper and lower tube plates 70, respectively 72, which with an annular wall 74 and flange 44 form a sleeve 76 which is supplied with reactants through the reactant inlet pipe 58.

Hvert ytre reaktorrør 52 henger ned fra nedre rørplate 72, hvis underside er utstyrt med et sjikt 78 av isolering, mens hvert innvendig reaktorrør 80, som bærer et isolasjons-sjikt 82 på sin innvendige flate går fra over øvre rørplate 70 gjennom hylsen 76 og ned innsiden av dens tilhørende ytre rør 52 og slutter som vist i fig. 3 nær den blinde ende 84 derav. Øvre rørplate 70 har ét sjikt av isolering 86. Each outer reactor tube 52 hangs down from the lower tube plate 72, the underside of which is equipped with a layer 78 of insulation, while each inner reactor tube 80, which carries an insulation layer 82 on its inner surface, runs from above the upper tube plate 70 through the sleeve 76 and down inside its associated outer tube 52 and ends as shown in fig. 3 near the blind end 84 thereof. Upper pipe plate 70 has one layer of insulation 86.

Selv om rørplaten 70 for enkelthets og klarhets skyld Although the tube sheet 70 for simplicity and clarity

er vist som en integrert del med den ringformede vegg 74 og nedre rørplate 72, kan øvre rørplate 70 i praksis være ad-skilt fra den ringformede vegg 74 og/eller nedre rørplate 72 og danne innvendige rør 80 innenfor deres respektive utvendige rør 52 slik at katalysator kan tømmes inn i og ut av reaktorene. Katalysatorpartiklene holdes oppe av en perforert rist 88 nær den blinde ende 84 av hvert ytre rør 52 og er fylt i rommet 90 mellom de indre og ytre rør 80 og henholdsvis 52 is shown as an integral part with the annular wall 74 and lower tube plate 72, the upper tube plate 70 may in practice be separate from the annular wall 74 and/or lower tube plate 72 and form inner tubes 80 within their respective outer tubes 52 so that catalyst can be emptied into and out of the reactors. The catalyst particles are held up by a perforated grid 88 near the blind end 84 of each outer tube 52 and are filled in the space 90 between the inner and outer tubes 80 and 52 respectively

opp til nivået som er angitt med prikket linje 92. up to the level indicated by dotted line 92.

Et metalldekke 94 går ned fra den ringformede vegg 74 A metal cover 94 descends from the annular wall 74

av hylsen 76, hvilket er festet til skjørtet 50 ved sin nedre ende. Hver skjede 56 som omgir et reaktorrør 52 henger ned fra en tynn plate 96 integrert med skjørtet 50. Platen 96 avgrenser således den nedre side av et avgrenset område 98 avgrenset av dekket 94 og av nedre rørplate 72. Det avgrensede området 98 henger sammen med rommene lOO mellom skjedene 56 og deres tilhørende rør 52: utløpet fra det avgrensede området 98 er en hylse 102 i veggen av dekket 94 hvorigjennom sekundært reformeringsgassutløpsrør 68 er glidende tilpasset. of the sleeve 76, which is attached to the skirt 50 at its lower end. Each sheath 56 surrounding a reactor tube 52 hangs down from a thin plate 96 integrated with the skirt 50. The plate 96 thus delimits the lower side of a bounded area 98 bounded by the cover 94 and by the lower tube plate 72. The bounded area 98 hangs together with the spaces 100 between the sheaths 56 and their associated tubes 52: the outlet from the confined area 98 is a sleeve 102 in the wall of the tire 94 through which secondary reforming gas outlet tube 68 is slidably fitted.

Hvert ytre reaktorrør er gjerne flere meter langt, gjerne 5 - 15 m; på fig. 3 er lengden av røret 52 fra nedre rørplate 72 til katalysatorbunnplaten 88 kalt L . Ribbene 54 på hvert ytre reaktorrør 52 strekker seg en avstand L1 som starter ved en avstand L_ under nedre rørplate 72. Skjeder 56 strekker seg en avstand L_ fra plate 96 som befinner seg en avstand L under nedre rørplate 72. Each outer reactor tube is usually several meters long, preferably 5 - 15 m; on fig. 3, the length of the tube 52 from the lower tube plate 72 to the catalyst bottom plate 88 is called L . The ribs 54 on each outer reactor tube 52 extend a distance L1 starting at a distance L_ below lower tube plate 72. Sheaths 56 extend a distance L_ from plate 96 which is located a distance L below lower tube plate 72.

I denne anordning har den langstrakte katalysatorholdige sone 90 en lengde nesten lik L o. Skjeden 56 stopper kort foran den blinde ende 84 av røret 52: den ikkeskjedede del av røret 52 har således en lengde L_ lik L - (L, + L.). In this arrangement, the elongated catalyst-containing zone 90 has a length almost equal to L o. The sheath 56 stops short before the blind end 84 of the tube 52: the unsheathed part of the tube 52 thus has a length L_ equal to L - (L, + L.) .

3 5 o 3 4 3 5 o 3 4

Det foretrekkes at L5 c er 10 til 30% av L o. Likeledes slutter ribbene 54 kort før den blinde ende 84 av røret 52: området av den katalysatorholdige langstrakte sone ved den blinde ende av røret 52 som ikke har en utvidet overflate, har således en lengde L, lik L - (L, + L_). Det foretrekkes at It is preferred that L5 c is 10 to 30% of L o. Likewise, the ribs 54 end shortly before the blind end 84 of the tube 52: the region of the catalyst-containing elongated zone at the blind end of the tube 52 which does not have an extended surface thus has a length L, equal to L - (L, + L_). It is preferred that

D o X zD o X z

lir er mindre enn Lr og at Wr er 4 til 20% av L . lir is less than Lr and that Wr is 4 to 20% of L .

6 5^6 o Tverrsnittsområdet av rommet 90 er 6 5^6 o The cross-sectional area of the room 90 is

hvor D^ og D_ er henholdsvis den innvendige diameter av røret 52 og den utvendige diameter av røret 80. Når man ser bort fra tverrsnittsområdet som ribbene 54 opptar, er tverrsnittsflaten av rommet 100 where D^ and D_ are respectively the inside diameter of the pipe 52 and the outside diameter of the pipe 80. Disregarding the cross-sectional area occupied by the ribs 54, the cross-sectional area of the chamber 100 is

hvor D^ og D^ henholdsvis er den innvendige diameter av skjeden 56 og den utvendige diameter av den ikke-ribbede overflate av røret 52. where D^ and D^ are respectively the inside diameter of the sheath 56 and the outside diameter of the non-ribbed surface of the tube 52.

Det foretrekkes at A2 er 0,1 til 1,0, spesielt 0,2 til 0,5 ganger A^. It is preferred that A 2 is 0.1 to 1.0, especially 0.2 to 0.5 times A 2 .

Ribbene 54 utgjør den xihbede del av rør 52 med en utvidet overflate: hvis høyden av ribbene er h og lengden av den ribbede del av røret 52 er L, har denne utvidede overflate The ribs 54 constitute the ribbed part of the pipe 52 with an extended surface: if the height of the ribs is h and the length of the ribbed part of the pipe 52 is L, this has an extended surface

et område A3 hvor an area A3 where

hvor N er antallet ribber. Det er gjerne 20 til 100 ribber where N is the number of ribs. There are usually 20 to 100 ribs

på hvert rør 52: selv om det ikke er vist på tegningene kan den ribbede del av røret 52 nærmere nedre rørplate 72 ha et større antall N1 ribber enn den Jrj-bbede del som ligger fjernt derifra. Hvis den ribbede del fjernt fra rørplaten 72 har 1$ 2 ribber, så er den gjennomsnittlige utvidede overflate pr. enhetslengde av den ribbede del av røret 52 on each tube 52: although it is not shown in the drawings, the ribbed part of the tube 52 closer to the lower tube plate 72 may have a greater number of N1 ribs than the Jrj-bbed part which is distant therefrom. If the ribbed portion remote from the tube plate 72 has 1$ 2 ribs, then the average expanded surface area per unit length of the ribbed part of the pipe 52

hvor 1^ og 1^ er lengder av deler med N.^ og N 2 henholdsvis ribber. where 1^ and 1^ are lengths of parts with N.^ and N 2 respectively ribs.

Det foretrekkes at It is preferred that

Som vist i fig. 4 er de rørformede reaktorer som består av rørene 52 og 80 sammen med deres skjeder 56 greit plassert i et ekvilateralt trekantmønster: da det ikke er noen gass-strøm i rommet 104 mellom skjedene til de nabostående reaktorer, kan reaktorene plasseres så nær det er mulig av konstruksjonsgrunner. As shown in fig. 4, the tubular reactors consisting of the tubes 52 and 80 together with their sheaths 56 are conveniently placed in an equilateral triangle pattern: since there is no gas flow in the space 104 between the sheaths of the neighboring reactors, the reactors can be placed as close as possible for construction reasons.

Det innvendige rør 80 av hver reaktor er som forut nevnt forsynt med isolering 82. På fig. 3 er isoleringen vist å strekke seg over hele lengden til røret 80. Imidlertid er det ikke alltid nødvendig at den går over hele lengden. På fig. 5, som tilsvarer fig. 3, men utelater skjeden 56, platen 96 og ribben 54, er isoleringen vist å starte og slutte i avstander L_ og henholdsvis Lg under rørplaten 72. Det foretrekkes at L^ er mindre enn 10%, spesielt mindre enn 5% av L , og at LD er minst 30%, spesielt minst 50% av L . The internal pipe 80 of each reactor is, as previously mentioned, provided with insulation 82. In fig. 3, the insulation is shown to extend the entire length of the pipe 80. However, it is not always necessary that it extend the entire length. In fig. 5, which corresponds to fig. 3, but omitting sheath 56, plate 96, and rib 54, the insulation is shown to begin and end at distances L_ and Lg, respectively, below tube plate 72. It is preferred that L^ be less than 10%, especially less than 5% of L, and that LD is at least 30%, especially at least 50% of L .

o o o Isoleringen 82 er gjerne et keramisk fibermateriale som befinner seg nær den innvendige vegg av røret 80. Den holdes gjerne på plass med et tynt metallrørsdekke 106 (vist i fig. 6). Som følge av isoleringen 82 vil gasstemperaturen innenfor dekket 106 under bruk overskride den utenfor røret o o o The insulation 82 is usually a ceramic fiber material which is located close to the inner wall of the pipe 80. It is usually held in place with a thin metal pipe cover 106 (shown in Fig. 6). As a result of the insulation 82, the gas temperature inside the tire 106 during use will exceed that outside the tube

, 80 i betydelig grad, og det vil således kunne oppstå en betydelig forskjell i den termiske ekspansjon av røret 80 og dekket 106 i lengderetningen. For å kompensere for dette anvender man fortrinnsvis konstruksjonen som er vist i fig. 6. Ved den nedre ende av røret 80 er dekket 106 sveiset ved 108 til den innvendige flaten av røret 80. Den øvre ende 110 av dekket 106 er ikke festet til veggen av røret 80, men er , 80 to a significant extent, and a significant difference in the thermal expansion of the tube 80 and the tire 106 in the longitudinal direction will thus occur. To compensate for this, the construction shown in fig. is preferably used. 6. At the lower end of the pipe 80, the tire 106 is welded at 108 to the inner surface of the pipe 80. The upper end 110 of the tire 106 is not attached to the wall of the pipe 80, but is

fri til å utvide seg og trekke seg sammen: den fri ende 110 av dekket 106 er fortrinnsvis buet utover. free to expand and contract: the free end 110 of the tire 106 is preferably curved outwards.

Det er ofte hensiktsmessig å konstruere røret 80 i avsnitt og sveise sammen avsnittene ende-mot-ende; i fig. 6 er en sveis 112 vist mellom to avsnitt 80a og 80b. Hvert avsnitt er utstyrt med sitt eget sjikt av isolasjon 82a, 82b og dekke 106a, 106b. Ved den nedre ende av hvert avsnitt er dekket, f.eks. 106b sveiset, f.eks. ved 108b til den innvendige overflaten av sitt rør, f.eks. rør 80b. Den utbuede ende 110a av dekket 106a av det tilstøtende avsnitt er slik dimensjonert som vist i fig. 6a i den varme, dvs. ekspanderte tilstand, den utbuede ende 110a strekker seg over den sveisede nedre ende 108b av dekket 106a av til-støtende avsnitt. På denne måte dannes et rom 114 som inneholder stasjonær gass som isolering mellom isoleringens 82a ende av ett avsnitt og starten av isoleringen 82b av det neste avsnitt. Da temperaturforskjellen under bruk mellom rør 80 og dekke 106 vil øke langs lengden av rør 80 fra den nedre ende til den øvre ende av den isolerte del av rør 80, hvor rør 80 er fremstilt i avsnitt, øker avstanden mellom enden 110a av dekke 106a og den sveisede ende 108b" av rør 80b fortrinnsvis i kald tilstand for etterfølgende skjøter fra den nedre ende mot den øvre ende av den isolerte del av rør 80. It is often appropriate to construct the pipe 80 in sections and weld the sections together end-to-end; in fig. 6, a weld 112 is shown between two sections 80a and 80b. Each section is provided with its own layer of insulation 82a, 82b and cover 106a, 106b. At the lower end of each section is the tire, e.g. 106b welded, e.g. at 108b to the inner surface of its tube, e.g. tube 80b. The curved end 110a of the tire 106a of the adjacent section is dimensioned as shown in fig. 6a in the hot, i.e., expanded, condition, the flared end 110a extends over the welded lower end 108b of the tire 106a of the adjacent section. In this way, a space 114 containing stationary gas is formed as insulation between the end of the insulation 82a of one section and the start of the insulation 82b of the next section. As the temperature difference during use between pipe 80 and cover 106 will increase along the length of pipe 80 from the lower end to the upper end of the insulated portion of pipe 80, where pipe 80 is made in sections, the distance between end 110a of cover 106a increases and the welded end 108b" of pipe 80b preferably in a cold state for subsequent joints from the lower end to the upper end of the insulated portion of pipe 80.

Isoleringen 82 kan være i flere lag (ikke vist) idet hvert lag på sin overflate nærmest veggen av rør 80 har et metallfoliesjikt (ikke vist). The insulation 82 can be in several layers (not shown), as each layer on its surface closest to the wall of pipe 80 has a metal foil layer (not shown).

Da den nedre ende av det ene eller hvert dekke 106 er festet og den øvre ende eller endene er fri og gass-strømmen går opp innsiden av rør 80, er gasstrykket ved de(n) øvre ende(r) av dekke(ne) 106 mindre enn ved nedre ende(r) derav, slik at svikt i dekke 106 fører til støtte mot isolasjon 82 i stedet for implosjon. Since the lower end of one or each cover 106 is attached and the upper end or ends are free and the gas flow goes up the inside of pipe 80, the gas pressure at the upper end(s) of cover(s) 106 is less than at the lower end(s) thereof, so that failure of cover 106 leads to support against insulation 82 rather than implosion.

For at en reaktor skal drives ved ca. 40 bar abs. trykk ved en temperatur på 800°C ved den nedre ende av røret 80 er typiske dimensjoner i mm: For a reactor to be operated at approx. 40 bar abs. pressure at a temperature of 800°C at the lower end of the pipe 80 are typical dimensions in mm:

Det effektivt tilgjengelige innvendige tverrsnitt for gass-strøm i røret 80 kan velges slik at ved tilstrekkelig trykkfall, kan hvis gass-strømmen snus, katalysatorpartiklene i rommet 90 mellom rørene 80 og 52 blåses ut: dette gjør det mulig å lett tømme ut katalysatoren ved å forbinde utløpsenden 64 av røret 80 med en trykkgasskilde når man ønsker å tømme katalysatoren. The effectively accessible internal cross-section for gas flow in the tube 80 can be chosen so that with a sufficient pressure drop, if the gas flow is reversed, the catalyst particles in the space 90 between the tubes 80 and 52 can be blown out: this makes it possible to easily empty the catalyst by connect the outlet end 64 of the tube 80 to a pressurized gas source when you want to empty the catalyst.

Da den glidende skjøt mellom røret 68 og hylse 102 ikke vil være gasstett, foretrekkes det at skjørtet 50 dimensjo-neres slik at det i varm tilstand utvides tilstrekkelig til å begrense gass-strøm av sekundær reformeringsgass mellom den utvendige flate av skjørtet 50 og sementforing 24. På denne måte kan mengden av sekundær reformeringsgass som går forbi rommene 100 mellom skjedene 56 og rørene 52 mini-maliseres . As the sliding joint between the pipe 68 and sleeve 102 will not be gas tight, it is preferred that the skirt 50 is dimensioned so that in the hot state it expands sufficiently to limit gas flow of secondary reforming gas between the outer surface of the skirt 50 and cement lining 24 In this way, the amount of secondary reforming gas passing through the spaces 100 between the sheaths 56 and the pipes 52 can be minimised.

For å minimalisere karbonavsetning fra den sekundære reformeringsgass når den avkjøles når den strømmer forbi rør 52, foretrekkes det at minst den utvendige flate av rørene 52, ribbene 54 og den innvendige flate av skjedene 56 er laget av rustfritt stål med et diffusjonsbundet overflatesjikt av aluminium. Også den øvre flate av platen 96, de innvendige vegger av dekket 94 og røret 68 har en lignende konstruk-sjon. To minimize carbon deposition from the secondary reforming gas as it cools as it flows past tube 52, it is preferred that at least the outer surface of tubes 52, ribs 54, and inner surface of sheaths 56 be made of stainless steel with a diffusion-bonded surface layer of aluminum. Also the upper surface of the plate 96, the inner walls of the tire 94 and the tube 68 have a similar construction.

På fig. 7 er en svakt modifisert reaktorenhet vist skjematisk. Konstruksjonen ligner tilsvarende for reaktorenhet 10 i fig. 1, bortsett fra at det sekundære reformerings-gassutløp 28 befinner seg i toppavsnittet 12 av enheten; kuppelen 16 er plassert over og tettet til øvre rørplate 70 for å lukke rom 66 hvorfra den primære reformeringsgass slipper ut av enheten 10 gjennom et rør 118 som forbinder rommet 66 med åpningen 42; dekket 94 er utelatt og det er sørget for at avkjølt sekundær reformeringsgass forlater det avgrensede området 98 rundt utsiden av den ringformede vegg 74 av det avgrensede rom 7 6, og følgelig gjennom rommet 120 mellom kuppelen 116 og sementforingen av øvre avsnitt 12 In fig. 7 is a slightly modified reactor unit shown schematically. The construction is similar for reactor unit 10 in fig. 1, except that the secondary reforming gas outlet 28 is located in the top section 12 of the unit; the dome 16 is placed above and sealed to the upper tube plate 70 to close space 66 from which the primary reforming gas escapes from the unit 10 through a pipe 118 connecting the space 66 to the opening 42; cover 94 is omitted and cooled secondary reforming gas is provided to leave the confined area 98 around the outside of the annular wall 74 of the confined space 76, and consequently through the space 120 between the dome 116 and the cement lining of the upper section 12

til utløpsåpning 28. to outlet opening 28.

I en typisk prosess som anvender reaktorenheten på In a typical process that applies the reactor unit to

fig. 1 til 4 (pilene på fig. 2 og 3 viser gass-strømmen) forvarmes en blanding av naturgass (1 volum) og damp (3 volumer) ved 40 bar abs. trykk i en varmeveksler 122 (se fig. 8 hvor for klarhets skyld bare en rørreaktor er vist);til 400°C og føres til lukket område •. 76 gjennom røret 58. Reaktantene føres så ned gjennom' katalysatoren, en båret nikkeldampre-formeringskatalysator, i rommet 90 mellom rørene 80 og 52, hvori den oppvarmes av gass som går opp rommet 100 mellom, skjede 56 og rør 52cassen som går opp rommet 100 sørger for varmen for den endoterme dampreformeringsreaksjon over katalysatoren. Reaksjonen forløper videre ettersom reaktantblandingen går ned gjennom katalysatoren og ettersom dens temperatur øker. Ved bunnen av røret 52 inneholder den re-sulterende primære reformeringsgass nå gjerne 15 - 30 volum-% metan på tørrbasis og tilbakeføres f.eks. nå ved et trykk på 37,6 abs. bar og en temperatur på 720°C gjennom røret 80. Som følge av isoleringen 82 gjennomgår gassen høyden ét begrenset varmetap til reaktantblandingen i rommet 90. Den primære reformerte gass forlater reaktorenheten 10 gjennom rommet 66 og utløpet 42, gjerne ved 700°C, og kommer gjennom ledning 124, en sekundær reformer 126 (som kan være av van-lig type bestående av en keramisk foret, eventuelt vannmant-let kjele) hvortil varm luft føres gjennom ledning 128 til en hensiktsmessig brennerduse. Produktene fra den resul-terende flammereaksjon bringes mot likevekt ved et metan-innhold på typisk 0,01 til 1% volum-% på tørrbasis over en sekundær nikkelreformeringskatalysator 130, hvorfra den varme reformerte sekundærgass går ut, ved gjerne 1000°C. Denne varme gass føres tilbake gjennom ledning 132 til reaktorenheten 10 og kommer inn i nedre avsnitt 14 derav gjennom åpning 26. fig. 1 to 4 (the arrows on fig. 2 and 3 show the gas flow) a mixture of natural gas (1 volume) and steam (3 volumes) is preheated at 40 bar abs. pressure in a heat exchanger 122 (see Fig. 8 where, for the sake of clarity, only a tube reactor is shown); to 400°C and is led to closed area •. 76 through tube 58. The reactants are then passed down through the catalyst, a supported nickel vapor reforming catalyst, into space 90 between tubes 80 and 52, where it is heated by gas that goes up space 100 between, sheath 56 and tube 52 the casing that goes up space 100 provides the heat for the endothermic steam reforming reaction over the catalyst. The reaction proceeds as the reactant mixture descends through the catalyst and as its temperature increases. At the bottom of the pipe 52, the resulting primary reforming gas now usually contains 15 - 30 volume-% methane on a dry basis and is returned, e.g. now at a pressure of 37.6 abs. bar and a temperature of 720°C through the pipe 80. As a result of the insulation 82, the gas undergoes a limited heat loss to the reactant mixture in the chamber 90. The primary reformed gas leaves the reactor unit 10 through the chamber 66 and the outlet 42, preferably at 700°C, and comes through line 124, a secondary reformer 126 (which can be of the usual type consisting of a ceramic-lined, possibly water-jacketed boiler) to which hot air is led through line 128 to a suitable burner nozzle. The products from the resulting flame reaction are brought to equilibrium at a methane content of typically 0.01 to 1% by volume on a dry basis over a secondary nickel reforming catalyst 130, from which the hot reformed secondary gas exits, preferably at 1000°C. This hot gas is fed back through line 132 to the reactor unit 10 and enters the lower section 14 thereof through opening 26.

Den varme sekundære reformeringsgass går så forbi de nedre ender av rørene 52 (som ikke har ribber), så forbi den uskjedede, ribbede del av rørene 52 og inn og opp rommet 100 mellom skjedene 56 og rørene 52 i det avgrensede området 98. Under sin passasje forbi rørene 52 avkjøles den sekundære reformeringsgass når den gir varme til reaktantene i rommet 90 mellom rørene 52 og 80. Fra avgrenset område 98 forlater den avkjølte sekundære reformeringsgass enheten 10 gjennom røret 68, gjerne ved trykk på 35,6 abs. bar og en temperatur på 500°C. Gassen føres så gjennom ledning 134 til varmeveksler 122, hvor den virker som varmekilde for forvarming av naturgass/damp-blandingen. Den reformerte gass føres så gjennom ledning 136 til ytterligere behandling, f.eks. forskyvning og karbondioksydfjerning. The hot secondary reformer gas then passes the lower ends of the tubes 52 (which do not have ribs), then past the unsheathed, ribbed portion of the tubes 52 and into and up the space 100 between the sheaths 56 and the tubes 52 in the confined area 98. During its passage past the pipes 52, the secondary reforming gas is cooled when it gives heat to the reactants in the space 90 between the pipes 52 and 80. From the delimited area 98, the cooled secondary reforming gas leaves the unit 10 through the pipe 68, preferably at a pressure of 35.6 abs. bar and a temperature of 500°C. The gas is then led through line 134 to heat exchanger 122, where it acts as a heat source for preheating the natural gas/steam mixture. The reformed gas is then passed through line 136 for further treatment, e.g. displacement and carbon dioxide removal.

I fig. 9 viser en kurve for beregnede temperaturpro-filer for en rørformet reaktor ifølge oppfinnelsen (linjer A, B, C) dvs. med et isolert innvendig rør, og til sammen-ligning for en tilsvarende rørformet reaktor uten noen isolering (linjer A<1>, B<1>, C1). Linjer A og A<1> viser temperaturprofilen for oppvarmingsmediet utenfor det ytre rør, linjer B, B"*" temperaturprofilen for reaktantene i den katalysatorholdige sone, og linjer C, C"*" temperaturprof ilen for gassen som kommer tilbake gjennom det innvendige rør. Det er tyde-lig at ved f.eks. en reaktanttemperatur på 575°C er temperaturforskjellen gjennom den rørformede reaktors ytre vegg ca. 60°C ifølge oppfinnelsen, men bare ca. 20°C når varmeveksel tillates, og at temperaturforskjellen er større ved bruk av oppfinnelsen ved alle andre reaktanttemperaturer. Det er beregnet at for et gitt gassutbytte, som f.eks. tilsvarer produksjon av 1000 metriske tonn ammoniakk pr. dag er det nødvendige antall rør bare 83 til 86% av det antall som kreves hvis varmeveksel gjennom veggene av det innvendige rør tillates. Videre kan rørene være kortere med en oppvarmet lengde 66 - 73%, og følgelig tillates et mindre kata-lysatorvolum, 57 - 64% av det som kreves hvis varmeveksel gjennom de innvendige rørs vegger tillates. In fig. 9 shows a curve for calculated temperature profiles for a tubular reactor according to the invention (lines A, B, C), i.e. with an insulated inner tube, and for comparison for a corresponding tubular reactor without any insulation (lines A<1> , B<1>, C1). Lines A and A<1> show the temperature profile of the heating medium outside the outer tube, lines B, B"*" the temperature profile of the reactants in the catalyst-containing zone, and lines C, C"*" the temperature profile of the gas returning through the inner tube . It is clear that by e.g. a reactant temperature of 575°C, the temperature difference through the tubular reactor's outer wall is approx. 60°C according to the invention, but only approx. 20°C when heat exchange is permitted, and that the temperature difference is greater when using the invention at all other reactant temperatures. It is calculated that for a given gas yield, such as corresponds to the production of 1,000 metric tonnes of ammonia per today the required number of tubes is only 83 to 86% of the number required if heat exchange through the walls of the inner tube is allowed. Furthermore, the tubes can be shorter with a heated length of 66 - 73%, and consequently a smaller catalyst volume is allowed, 57 - 64% of what is required if heat exchange through the inner tube walls is allowed.

Claims

1. Apparatus for carrying out an endothermic catalytic reaction comprising a) several tubular reactors (48) each having i) a first tube (52) which is blind at one end (84) equipped with an inlet at the other end, ii) a second tube (80) located within, and extending along, the first tube thereby providing a space (90) between the first and second tubes to accommodate a catalyst, iii) catalyst retaining devices (88) located in the space between the first and second pipes near the blind end of the first pipe, the inside of the second pipe having a connection with the space between the first and the second pipe at the blind end of the first pipe, and the second pipe having an outlet at the inlet end of the first pipe; and b) means (26, 28) for providing a flow of a heating gas past the outside of the first pipe in a direction from the blind end of the first pipe towards the inlet end thereof, characterized in that the wall of the second pipe, inside or outside, or both, carries a layer of fibrous thermal insulation (82).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the thermal insulation (82) has a connection with the second pipe (80) for at least the part (L8 - L7) of the second pipe which occupies the area extending from 10% to 30% of the length (L0) of the first pipe (52) measured from the inlet end of the first pipe.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the insulation which has a connection with every other pipe (80) is equipped with a sleeve (106) which encloses a space filled with fibrous insulation (82), with an end (108) of the sleeve attached to the other pipe, and the other end (110) free from expansion or contraction.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that every other pipe (80) comprises welded pipe sections and at least two adjacent sections (80a, 80b) each of which has a sleeve (106a, 106b) which encloses a space filled with fibrous insulation (82a, 82b) with one end of each sleeve attached to its associated section and the other end free for expansion or contraction, the free end (110a) of the sleeve (106a) of one of the adjacent sections (80a) lying adjacent to the attached end (108b) of the sleeve (106b) on the section (80b) until the one section (80a).

5. Apparatus according to each of claims 1-4, characterized in that each first pipe (52) has a surrounding bellows (56) which extends at least the main part (L3) of the length (L0) of the first pipe and thereby provides a space between the bellows and the first tube with a cross-sectional area between 0.1 and 1.0 times the cross-sectional area of the space between the first and second tubes.

6. Apparatus according to each of claims 1-5, characterized in that the first tube (52) has for at least a main part (Lx) of its length (L0) an extended outer surface (54), so that over the part that has the expanded surface, the outer surface is 1.5 to 10 times the area of the curved surface of a cylinder with a radius equal to the minimum cross-sectional radius of the expanded surface.

7. Apparatus according to each of claims 1-6, characterized in that each first pipe (52) has a surrounding bellows (56) which extends the main part (L3) of the length (L0) of the first pipe, and from which the blind end ( 84) of the first tube protrudes, and a major portion (Lx) of the length of the first tube, including a portion of the length (L0 - L5) protruding from the bellows, has an extended surface (54) that stops short of the blind end of the first pipe, such that the first pipe has a portion (L6) with a cylindrical surface between the blind end and the portion with an expanded surface, and means (50, 96) are provided to destroy or prevent the flow of heating gas other than through the spaces between the bellows and their belonging-the first tubes.

8. Reactor unit, characterized in that it comprises the apparatus according to each of claims 1 - 7 in combination with, or located inside, an outer shell (22, 36) with an inlet (2 6) and outlet (28) for the heating gas and reactant inlet device (58) connected to the inlet of each of the first pipes (52) and primary reformed gas outlet devices (66, 42) connected to the outlet of each of the second pipes (80).

9. Reformer compilation, characterized in that it comprises: i) a unit according to claim 8, ii) a secondary reformer (126) outside the outer shell (22, 36) and with an inlet and an outlet, iii) devices (128) for supplying gas which containing free oxygen to the secondary reformer, iv) first pipe (132) connected to the outlet of the secondary reformer with the heating gas inlet (26) of the outer shell, and v) second pipe (124) connected to the primary reformed gas outlet (42) of the unit to the inlet in the secondary reformer.