NO313629B1 - Innretning og fremgangsmåte for fremstilling av syntesegass, samt anvendelse derav - Google Patents

Innretning og fremgangsmåte for fremstilling av syntesegass, samt anvendelse derav Download PDF

Info

Publication number
NO313629B1
NO313629B1 NO19933399A NO933399A NO313629B1 NO 313629 B1 NO313629 B1 NO 313629B1 NO 19933399 A NO19933399 A NO 19933399A NO 933399 A NO933399 A NO 933399A NO 313629 B1 NO313629 B1 NO 313629B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
catalytic
combustion chamber
fuel
chamber
injection
Prior art date
Application number
NO19933399A
Other languages
English (en)
Other versions
NO933399L (no
NO933399D0 (no
Inventor
Jean-Herve Le Gal
Michel Maute
Pierre Boucot
Original Assignee
Inst Francais Du Petrole
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Francais Du Petrole filed Critical Inst Francais Du Petrole
Publication of NO933399D0 publication Critical patent/NO933399D0/no
Publication of NO933399L publication Critical patent/NO933399L/no
Publication of NO313629B1 publication Critical patent/NO313629B1/no

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/08—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with moving particles
    • B01J8/085—Feeding reactive fluids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/36—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using oxygen or mixtures containing oxygen as gasifying agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/36—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using oxygen or mixtures containing oxygen as gasifying agents
    • C01B3/363—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using oxygen or mixtures containing oxygen as gasifying agents characterised by the burner used
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/382—Multi-step processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/40—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts characterised by the catalyst
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1052—Nickel or cobalt catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1064—Platinum group metal catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1082—Composition of support materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1094—Promotors or activators

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Description

Foreliggende oppfinnelse angår fremstilling av syntesegass ved reaksjon av et brennstoff med minst ett oksydasjonsmiddel.
Mer spesielt er oppfinnelsen rettet mot fremstilling av syntesegass og omfatter en forbrenning som kalles en flertrinns-forbrenning, det vil si hvor en delvis forbrenning under mangel på oksydasjonsmiddel oppnås i en første reaktor eller i en første sone, det vil si det primære reformeringstrinn. Avløpene som resulterer fra denne forbrenning kan føres mot et katalytisk skikt og på dette skikts nivå tilveiebringes det fortrinnsvis en kompletterende tilførsel av oksydasjonsmiddel, idet dette er det sekundære reformeringstrinn.
Konseptet for flertrinnsforbrenning er f.eks. beskrevet i US-patent nr. 3 278 452, hvor det beskrives en primær reformeringsreaktor som omfatter en katalysator i forbindelse med en sekundær reformeringsreaktor, hvor sistnevnte mottar en ytterligere tilførsel av oksydasjonsmiddel mellom katalytiske skikt anordnet suksessivt i den andre reaktor.
Hovedulempen med denne type reaktorer er at det er nødvendig med en stor mengde damp som må injiseres på oksydasjonsmidlets nivå og/eller på brennstoffets nivå, og produksjonen av slik damp er ofte kostbar.
Videre er ulempen med dampoverskudd å modifisere fordelingen mellom hydrogenet, karbondioksydet og karbonmonoksydet som er tilstede i syntesegassen.
Fransk patentsøknad EN 91/09 214 angår fremstilling av en syntesegass av den type som er beskrevet ovenfor, og hvor alle operasjoner gjennomføres inne i et enkelt hus, og hvor i tillegg det ikke-katalytiske forbrenningskammer er et kammer hvor oppholdstiden er kort, for å oppnå en betydelig reduksjon i dampforbruket.
Denne gjennomføring krever mindre forbruk av damp.
Foreliggende oppfinnelse angår samme type reaktor for fremstilling av syntesegass og den er også rettet mot reduksjon i sotdannelse og/eller sotforløpere, og således mot forbedret drift og vedlikehold. I tillegg fører en slik reaktor til at ytterligere vasking av avløpene kan unngås.
Forsøk har faktisk på fordelaktig måte vist at for visse kammer- og brenner-geometrier fører forbrenningen til mindre sot dersom forbrenningsgassene kommer i kontakt med et katalytisk element anbragt inne i kammeret. Dette forhold har i hovedsak sin årsak i kombinasjonen av to faktorer: Senking av temperaturen i kammeret på grunn av det katalytiske element
som genererer endoterme reaksjoner,
den katalytiske effekt rettes mot radikalandelene som initierer aromatiske forbindelser som fører til dannelse av sot.
For å nå de mål som er angitt ovenfor, tilveiebringes ifølge oppfinnelsen en innretning for fremstilling av syntesegass, idet innretningen i et enkelt hus omfatter: et ikke-katalytisk forbrenningskammer, minst ett injeksjonselement for brennstoff som injiserer brennstoff i kammeret og minst ett injeksjonselement for oksydasjonsmiddel for innføring av oksydasjonsmiddel i kammeret slik at det oppnås en delvis forbrenning i kammeret;
et katalytisk element omfattende minst et katalytisk skikt lokalisert inntil forbrenningskammeret, med en overflate av skiktet i direkte kontakt med minst en del av gassene som føres gjennom forbrenningskammeret til det katalytiske skiktet; og minst et annet injeksjonselement for injisering av komplementerende oksydasjonsmiddel direkte inn i det minst ene katalytiske skiktet.
I henhold til oppfinnelsen er kontaktoverflaten mellom kammeret og det katalytiske element slik at:
hvor
V er det samlede volum av kammeret, uttrykt i m<3>,
S er den overflate av kammeret som er i kontakt med det katalytiske
element, uttrykt i m<2>,
d er kammerets største dimensjon, uttrykt i meter,
slik at kontaktoverflaten er så stor som mulig med hensyn til volumet av forbrenningskammeret for å muliggjøre reduksjon av dannelsen av sot i kammeret.
Det er en fordel dersom minst ett av injeksjonselementene for brennstoff og/eller oksydasjonsmiddel er anordnet slik at strømmen ikke er orientert direkte mot det katalytiske element, for at elementet ikke skal ødelegges.
Fortrinnsvis munner elementene for brennstoff og oksydasjonsmiddel ut i forbrenningskammeret i en viss avstand fra hverandre.
Fortrinnsvis er den indre vegg i forbrenningskammeret belagt med et skikt som består av et katalytisk element.
I tillegg kan injeksjonselementet for oksydasjonsmiddel tillate injisering av brennstoff.
I henhold til én utførelse, er huset E i hovedsak sylindrisk og/eller elementene for injisering av brennstoffet og oksydasjonsmidlet åpner seg inn i forbrenningskammeret tangentielt til den indre vegg, idet forbrenningskammeret og det katalytiske skikt hver i hovedsak er sylindriske.
I henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen toppes det katalytiske skikt av et element som består av et katalytisk materiale, anbragt i forbrenningskammeret med det formål å øke kontaktoverflaten S.
Oppfinnelsen angår videre en fremgangsmåte for fremstilling av syntesegass innenfor et enkelt hus omfattende gjennomføring av delvis forbrenning i et ikke-katalytisk forbrenningskammer av minst ett brennstoff og minst ett oksydasjonsmiddel ved å injisere nevnte minst ene brennstoff og minst en oksydasjonsmiddel inn i det ikke-katalytiske forbrenningskammeret; forbrenningsgassene innenfor det ikke-katalytiske forbrenningskammeret bringes i kontakt med et katalytisk element som omfatter minst et katalytisk skikt, hvor en overflate av det katalytiske skiktet definerer en grense av det ikke-katalytiske forbrenningskammeret, og føring av forbrenningsgassene gjennom det katalytiske skikt.
Fremgangsmåten karakteriseres ved at det ikke-katalytiske forbrenningskammeret og overflaten av det katalytiske skiktet er anordnet slik at
hvor V er det samlede volumet av det ikke-katalytiske forbrenningskammeret, uttrykt i m3, S er overflaten av det ikke-katalytiske forbrenningskammeret i kontakt med det katalytiske elementet, uttrykt i m2, og d er den største dimensjonen av kammeret, uttrykt i meter; injeksjon av komplementært oksydasjonsmiddel i det katalytiske skiktet for å bevirke fullstendig forbrenning av brennstoffet; og tømming av syntesegasser fra det katalytiske skiktet; hvorved relasjonen
tilveiebringer en maksimal kontaktoverflate mellom forbrenningsgassene og det katalytiske elementet før forbrenningsgassene trer inn i det katalytiske skiktet for å redusere dannelsen av sot i forbrenningskammeret.
Fortrinnsvis er injiseringen av brennstoff og av oksydasjonsmiddel i kammeret slik at strålene ikke orienteres direkte mot det katalytiske skikt.
Ifølge en spesiell utførelse av oppfinnelsen, finner injiseringen av brennstoff i forbrenningskammeret sted i en viss avstand fra injiseringen av oksydasjonsmidlet.
Det er fordelaktig dersom en ytterligere injisering av brennstoff gjennomføres i forbrenningskammeret, i hovedsak på samme sted som det sted hvor oksydasjonsmiddel injiseres.
Oppfinnelsen kan med fordel anvendes for fremstilling av ammoniakk, urea, metanol eller høyere hydrokarboner.
Andre trekk og fordeler med oppfinnelsen vil bli klare ved lesing av den følgende beskrivelse, som gitt ved hjelp av ikke-begrensende eksempler med referanse til vedlagte tegninger hvor
figur 1 er en perspektivskisse av en utførelse av oppfinnelsen,
figur 2 er innretningen ifølge figur 1 sett ovenfra,
figur 3 er en perspektivskisse av en annen utførelse av oppfinnelsen,
figur 4 er innretningen ifølge figur 3 sett ovenfra,
figur 5 er en langsgående seksjon som viser en detalj av figur 3, og figur 6 er et tverrsnitt av et eksempel på en utførelse av en ytterligere katalytisk struktur.
Figur 1 viser en reaktor i henhold til oppfinnelsen.
Som kjent innenfor fagområdet omfatter reaktoren, inne i et enkelt hus E, et forbrenningskammer 1 inn i hvilket det åpner seg minst ett element 2 for injisering av brennstoff og minst ett element 3 for injisering av minst ett oksydasjonsmiddel (eller oksydant).
Det lukkede volum eller forbrenningskammer 1 har her en felles overflate 5 med et katalytisk skikt 4. Det som skal forstås å være et "katalytisk skikt" 4 er en
sone som utgjøres av minst ett volum som omfatter katalytisk materiale.
Dersom flere volumer danner det "katalytiske skikt", er det anordnet én eller flere ytterligere oksydasjonsmiddelinnganger 6 som åpner seg inn i de rom som ikke inneholder katalytisk materiale, det vil si mellom de forskjellige katalytiske volumer.
Nedstrøms fra katalytisk skikt 4, i retning av strømmen av gasser i reaktoren, er det en sone 7 hvor gassen som resulterer fra reaksjonen samler seg, og en utgangsmanifold 8 kan anordnes for utførsel av gassene.
Mer presist er de foretrukne driftsbetingelser som følger: Det katalytiske materiale som anvendes består av
en oksydbasert bærer med varmemotstandsdyktige egenskaper, hvor
surheten er blitt nøytralisert,
en aktiv fase som omfatter 2 til 40%, fortrinnsvis 3 til 30 masse% av minst et reduserbart metall M valgt fra nikkel, kobolt, krom eller metallene i platinagruppen. Hver for seg strekker andelen av metaller fra platinagruppen seg mellom 0,01 og 1 masse% av den totale masse angitt ovenfor.
Den oksydbaserte bærer omfatter minst ett enkelt eller blandet oksyd fra den følgende liste: Alfa-aluminiumoksyd; aluminat med spinellstruktur, NAI2O4 XAI2O3, hvor x = 0, 1,2; idet minst et metall N er valgt fra magnesium, kalsium, strontium, barium, kalium; aluminat med magnetoplumbitstruktur (eller heksaaluminat) NAI-12O19, hvor N er et metall fra den ovenfor angitte liste.
Disse bærere kan eventuelt også aktiveres ved hjelp av minst ett metall P valgt fra silisium, kalium, uran.
Ved de kraftigste termale betingelser, f.eks. med midlere temperaturer høyere enn 1000°C, fortrinnsvis høyere enn 1100°C og mer foretrukket høyere enn 1200°C, kan det være fordelaktig at det på toppen anordnes et angrepsskikt som f.eks. består av kromoksyd eller av en liten andel nikkel avsatt på en av de bærere som er angitt ovenfor. Denne katalysator vil beskytte den andre katalysator som er anbragt i den lavereliggende del av skiktet som beskrevet i det følgende.
Katalysatorene som anvendes fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, fremstilles enten ved impregnering av den på forhånd tilformede bærer ved hjelp av en løsning som inneholder minst ett metall M og eventuelt minst ett metall P, samt tørking og termisk aktivering, eller ved blanding av forløperoksydene for metallene, aluminium, M og N, eventuelt P, samt forming, tørking og aktivering. Metallet P,
dersom det forekommer, kan tilsettes enten før eller etter forming.
Til slutt er det også mulig å fremstille dem ved samutfelling, eller ved hjelp av sol/gel-prosessen.
Katalysatorene som anvendes ved fremgangsmåten i henhold til
oppfinnelsen kan oppvise i høy grad varierte geometrier: Pelleter, kuler, ekstrudater, ringformede pelleter, ringer med ribber, hjulformede katalysatorer fra 3 til 30 mm. De kan likeledes anvendes i form av monolitter, som enten består av oksydene og/eller metallene tilsvarende de metalliske elementer angitt ovenfor, eller av varmemotstandsdyktige stålmonolitter belagt med disse elementer. Én eller flere monolitter kan være tilstede.
Fortrinnsvis vil katalysatorene som er aktivert med kalium eller strontium, eller kalium pluss kalsium, eller kalsium, anvendes dersom risikoen for karbonavsetninger er høyest.
Brennstoffet som injiseres gjennom element 2 kan fortrinnsvis være en blanding av metan eller naturgass og damp, eller en annen blanding av hydrokarboner og karbonoksyder (CO, CO2) eller en blanding av metan og nitrogen eller andre inerte gasser.
Oksydasjonsmidlet som føres inn gjennom element 3 kan være rent oksygen eller en blanding av nitrogen, oksygen, karbonoksyd, .......
Damp føres fortrinnsvis inn samtidig i oksydasjonsmidlet og/eller brennstoffet i et molart forhold slik at:
idet
x = f.eks. 1,2
S (H2O + COx) er den totale mengde vann og karbonoksyder (CO eller CO2)
som føres inn i reaktoren
XC er summen av alt karbon som føres inn i reaktoren.
De forskjellige bestanddeler (brennstoff, oksydasjonsmiddel og damp) forvarmes fortrinnsvis utenfor reaktoren.
Trykket i huset E strekker seg f.eks. mellom 10^ og 10<7> Pa.
I henhold til oppfinnelsen har forbrenningskammeret 1 en direkte
7
kontaktoverflate 5 som er så stor som mulig og et katalytisk element. Det katalytiske element omfatter særlig det katalytiske skikt 4.
Det er med andre ord tilrådelig å konstruere et forbrenningskammer 1 hvor forholdet mellom volumet V og overflaten S som er i direkte kontakt med det katalytiske element er så lite som mulig. Dette kan uttrykkes ved hjelp av følgende ligning:
hvor d er den største dimensjon av forbrenningskammeret. De enheter som anvendes er slike Sl-enheter at ulikheten er homogen.
Det skal påpekes at det katalytiske element 4, bortsett fra elementets kjemiske formål når det gjelder sotforløperne, fører til en termisk brønn nedstrøms fra forbrenningskammeret 1, noe som fører til at temperaturen i kammeret avtar og derfor også sotdannelsen.
Temperaturen i forbrenningskammeret kan være ca. 1150°C, mens temperaturen i oksydasjonsmidlet ved inngangen til forbrenningskammeret 1 kan være ca. 550°C og brennstoffets temperatur kan være rundt 550°C.
Et annet trekk ved oppfinnelsen er at elementene 2 og 3 som er ment for injisering av henholdsvis brennstoffet og oksydasjonsmidlet i forbrenningskammeret 1 er anordnet på en slik måte at strålene som de genererer ikke er direkte rettet mot det katalytiske skikt 4.
I virkeligheten er volumet av forbrenningskammeret 1 relativt lite, og strålene kan ødelegge det katalytiske skikt 4 dersom de rettes mot det.
I utførelsen ifølge figurene 1 til 4 tilveiebringes stråler som i hovedsak er rettet tangentielt til forbrenningskammerets indre vegg.
Videre har forsøk vist at en avstand mellom injektorene 2 og 3 fører til at dannelsen av sot i forbrenningskammeret 1 reduseres betydelig.
En konstruksjon hvor injektorene 2 og 3 står diametralt motsatt til hverandre er således foretrukket i utførelsene i henhold til figurene 1 til 4.
En annen måte for å redusere sot i forbrenningskammeret kan bestå i å dekke den indre flate i forbrenningskammeret med et skikt laget av katalytisk materiale, slik det er angitt i det foregående, og mer spesielt med en katalysator som motstår høye temperaturer. Det katalytiske element omfatter i dette tilfelle det katalytiske skikt 4 og det katalytiske belegg.
Fortrinnsvis kan overflaten som er i kontakt med forbrenningsgassene bestå av et materiale som motstår høye gasshastigheter, så som varmemotstandsdyktige celleformede plater eller elementer. I noen tilfeller kan denne i høy grad mot-standsdyktige overflate være anbragt mellom kammer 1 og et annet, mykere, katalytisk materiale. Tester har imidlertid vist at sotkonsentrasjonene reduseres betydelig dersom overflaten som er laget av motstandsdyktig materiale i seg selv er katalytisk.
Det katalytiske skikt kan f.eks. oppnås ved en teknikk for anbringelse av en varmemotstandsdyktig betong i hvilken det er blitt innblandet et katalytisk element.
Det har vanligvis en tykkelse på 20 mm.
For å starte prosessen i henhold til oppfinnelsen, kan injiseringen av oksydasjonsmiddel på nivået for injektor 3 som går inn i forbrenningskammeret 1 kobles med injiseringen av brennstoff i form av metan og eventuelt damp, eller karbonoksyder og damp.
Denne brennbare blanding kan gjennom en ytterligere rørledning 31 føres til tilførselsledningen 32 for oksydasjonsmiddel. De to rørledninger 31 og 32 kan være koaksiale og i hovedsak munne ut på samme sted i forbrenningskammeret 1.
I henhold til den utførelse av oppfinnelsen som er vist i figurene 1 til 4, er forbrenningskammeret i hovedsak sylindrisk og i samsvar med den ulikhet som er vist overfor. V/S-forholdet for denne geometri er derfor i hovedsak lik h, som er høyden av kammeret. V/S-forholdet betraktes for å være "lite" når det er mindre enn fjerdedelen av den største dimensjon i kammeret, det vil i dette tilfellet si: herav den ulikhet som er angitt ovenfor:
Figurene 3 og 4 viser en utførelse som bare er forskjellig fra utførelsen ifølge figurene 1 og 2 på grunn av nærværet av en katalytisk struktur 9 anordnet over det katalytiske skikt 4 definert ovenfor. Denne ytterligere struktur 9 kan være en porøs katalytisk struktur eller en hel sylinder med katalytiske vegger. Den fører til at overflaten for kontakt S mellom forbrenningskammeret og det katalytiske element kan økes. Den ulikhet som er angitt ovenfor tilfredsstilles etter som S øker, og forholdet V/S avtar.
Et eksempel på en forbindelse mellom struktur 9 og katalytisk skikt 4 er vist
figur 5.
Man kan forestille seg mange utførelser av denne forbindelse, men i ethvert tilfelle må denne konstruksjon gi god varmeoverføring mellom de to deler (9 og 4) og lett passasje av gassen mot den sentrale del i struktur 9. Det samme trykktap må forekomme enten gassen går direkte inn i katalytisk skikt 4 gjennom det ringformede rom rundt struktur 9 eller strømmer på tvers gjennom struktur 9 og så inn i det katalytiske skikt.
Videre, uten å komme bort fra rammen for foreliggende oppfinnelse, kan varmemotstandsdyktige elementer som motstår høye temperaturer understøtte og/eller beskytte den porøse struktur 9. Figur 6 viser f.eks. en (katalytisk, porøs og ringformet) struktur 9 som er radialt avgrenset av to rekker med sylindere som består av celleformige, keramiske plater 10. Termiske skjermer 11 kan også anbringes for å beskytte en slik anordning fra støtet fra strålene. Skjermene 11 kan bestå av plater med én side tangentiell til de keramiske plater 3 og som danner en konstant vinkel a med de keramiske plater 10.
To endeplater, 12 og 13, fremstilt av et varmemotstandsdyktig materiale,
avgrenser henholdsvis den øvre del og bunnen av struktur 9.
Til sist kan det anbringes en supplerende inngang 61 for oksydasjonsmiddel i kombinasjon med injektorer 2 og 3, idet inngang 61 munner inn i strukturen 9 på
langs.
Denne kompletterende injisering av oksydasjonsmiddel 61 kan finne sted i
stedet for eller i tillegg til inngangene 6 definert ovenfor.
Det er blitt gjennomført forskjellige tester.
Test 1:
Med en reaktor som illustrert i figurene 1 og 2, ved følgende betingelser: Brennstoffsammensetning: Naturgass omfattende ca. 97,5 volum% metan og
ca. 2,1 volum%
en samlet strømningsmengde på ca. 6 g/sek. ved de forskjellige inntak;
et 02/C-forhold på ca. 0,54 og et H20/C-forhold nær 0,75;
en temperatur på ca. 800°K ved de forskjellige innganger; -en temperatur litt
høyere enn 1.300°K måles ved utgangen av kammer 1;
knapt 30 mg/Nm<3> sekund sot oppstår i forbrenningskammeret.
Tast 2 :
Med den samme reaktor som den som er vist i figurene 1 og 2, men uten katalysator 4 (derfor ifølge tidligere kjent teknikk): Sammensetningen av naturgassen, den samlede strømningsmengde og
trykk i de forskjellige innganger er i hovedsak de samme som for test 1; 02/C-forholdet er ca. 0,38 og h^O/C-forholdet er ca.0,89,
temperaturen ved utgangen av forbrenningskammeret 1 er litt høyere enn
1.400°K;
235 mg/Nm3 sekund sot oppstår i kammer 1.
Sammenligningen mellom disse to tester viser virkningen av katalysator 4 på dannelsen av sot i kammeret. På samme tid observeres et betydelig temperaturfall ved utgangen av kammer 1, i samsvar med det som er blitt angitt i begynnelsen av beskrivelsen.
Test 3:
Denne test ble gjennomført med en reaktor omfattende en katalysator 4, idet overflaten av kontakt 5 var belagt med et skikt av aluminiumoksyd.
Driftsbetingelsene er i hovedsak de samme som i test 2, idet:
en temperatur på 1.400°K ble målt ved utgangen av kammer 1;
litt mer enn 40 mg/Nm<3> sekund sot oppsto i forbrenningskammeret 1.
Disse tester viser katalysatorens indre effekt, ettersom aluminiumoksydskiktet i virkeligheten inhiberte virkningen av den katalytiske overflate. Dette kan sees ved hjelp av temperaturen ved utgangen av kammer 1 (1.400°K), som er den samme som den temperatur som ble oppnådd i test 2 uten katalysator. I tillegg oppsto et sotforhold som var markert høyere enn det som oppsto i test 1 med en katalysator.

Claims (14)

1. Innretning for fremstilling av syntesegass, omfattende innenfor et enkelt hus (E) et ikke-katalytisk forbrenningskammer (1), minst ett injeksjonselement for brennstoff (2) som injiserer brennstoff i kammeret og minst ett injeksjonselement for oksydasjonsmiddel (3) for innføring av oksydasjonsmiddel i kammeret slik at det oppnås en delvis forbrenning i kammeret; et katalytisk element omfattende minst et katalytisk skikt (4) lokalisert inntil forbrenningskammeret, med en overflate av skiktet i direkte kontakt med minst en del av gassene som føres gjennom forbrenningskammeret til det katalytiske skiktet; og minst et annet injeksjonselement (6) for injisering av komplementerende oksydasjonsmiddel direkte inn i det minst ene katalytiske skiktet, karakterisert ved at kontaktoverflaten (5) mellom kammeret (1) og det katalytiske elementet er slik at: hvor V er det samlede volumet av forbrenningskammeret uttrykt i m , S er overflaten av forbrenningskammeret i kontakt med det katalytiske elementet, uttrykt i m<2>, og d er en største dimensjon av kammeret uttrykt i meter, slik at kontaktoverflaten (5) er så stor som mulig med hensyn til volumet av forbrenningskammeret for å muliggjøre reduksjon av dannelsen av sot i kammeret (1).
2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at minst ett av injeksjonselementene for brennstoff (2) og/eller oksydasjonsmiddel (3) er anordnet på en slik måte at strålen av brennstoff og oksydasjonsmiddel, ikke er orientert direkte mot det katalytiske element for at dette element ikke skal ødelegges.
3. Innretning ifølge hvilket som helst av kravene 1 eller 2, karakterisert ved at injeksjonselementene for brennstoff (2) og oksydasjonsmiddel (3) har åpninger inn i forbrenningskammeret i et viss avstand fra hverandre.
4. Innretning ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det katalytiske element videre omfatter et skikt som består av katalytisk materiale belagt på den indre vegg i forbrenningskammeret.
5. Innretning ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at injeksjonselementet (3) for oksydasjonsmidlet videre tillater en samtidig injisering av brennstoff ved hjelp av to adskilte rør-ledninger (31, 32) som muliggjør at brennstoff kan føres og injiseres rundt oksydasjonsmidlet.
6. Innretning ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at huset (E) i hovedsak er sylindrisk og at injeksjonselementene (2) og (3) åpner seg inn i forbrenningskammeret (1) tangentielt til husets indre vegg.
7. Innretning ifølge krav 6, karakterisert ved at volumet av forbrenningskammeret (1) og volumet av det katalytiske skikt (4) begge i hovedsak er sylindrisk.
8. Innretning ifølge krav 7, karakterisert ved at det katalytiske element videre omfatter en porøs katalytisk struktur (9) som består av katalytisk materiale og som er anbragt i forbrenningskammeret (1) med det formål å øke overflaten av kontakten (5).
9. Innretning ifølge krav 8, karakterisert ved at strukturen (9) i hovedsak er ringformet og at minst én kompletterende injektor (61) for oksydasjonsmiddel munner ut på langs inn i strukturen (9).
10. Fremgangsmåte for fremstilling av syntesegass innenfor et enkelt hus omfattende gjennomføring av delvis forbrenning i et ikke-katalytisk forbrenningskammer (1) av minst ett brenstoff og minst ett oksydasjonsmiddel ved å injisere nevnte minst ene brennstoff og minst ene oksydasjonsmiddel inn i det ikke-katalytiske forbrenningskammeret (1); forbrenningsgassene innenfor det ikke-katalytiske forbrenningskammeret bringes i kontakt med et katalytisk element (4, 9) som omfatter minst et katalytisk skikt (4), hvor en overflate av det katalytiske skiktet (4) definerer en grense av det ikke-katalytiske forbrenningskammeret (1), og føring av forbrenningsgassene gjennom det katalytiske skikt, karakterisert ved at det ikke-katalytiske forbrenningskammeret (1) og overflaten av det katalytiske skiktet (4) er anordnet slik at hvor V er det samlede volumet av det ikke-katalytiske forbrenningskammeret, uttrykt i m3, S er overflaten av det ikke-katalytiske forbrenningskammeret i kontakt med det katalytiske elementet, uttrykt i m2, og d er den største dimensjonen av kammeret, uttrykt i meter; injeksjon av komplementært oksydasjonsmiddel i det katalytiske skiktet for å bevirke fullstendig forbrenning av brennstoffet; og tømming av syntesegasser fra det katalytiske skiktet; hvorved relasjonen tilveiebringer en maksimal kontaktoverflate mellom forbrenningsgassene og det katalytiske elementet før forbrenningsgassene trer inn i det katalytiske skiktet for å redusere dannelsen av sot i forbrenningskammeret.
11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at injisering av brennstoff og av oksydasjonsmiddel i kammeret (1) er slik at strålene ikke er orientert direkte mot det katalytiske element (4, 9).
12. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 10 eller 11, karakterisert ved at injiseringen av brennstoff finner sted i forbrenningskammeret i en viss avstand fra injiseringen av oksydasjonsmiddel.
13. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 10 eller 11, karakterisert ved at en ytterligere injisering av brennstoff gjennomføres i forbrenningskammeret, i hovedsak på samme sted som injiseringen av oksydasjonsmiddel.
14. Anvendelse av innretningen ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 9 og fremgangsmåten ifølge hvilket som helst av kravene 10 til 13 for fremstilling av ammoniakk, urea, metanol eller høyere hydrokarboner.
NO19933399A 1992-09-25 1993-09-23 Innretning og fremgangsmåte for fremstilling av syntesegass, samt anvendelse derav NO313629B1 (no)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9211568A FR2696168B1 (fr) 1992-09-25 1992-09-25 Procédé et dispositif de fabrication de gaz de synthèse et utilisation associée.

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO933399D0 NO933399D0 (no) 1993-09-23
NO933399L NO933399L (no) 1994-03-28
NO313629B1 true NO313629B1 (no) 2002-11-04

Family

ID=9433984

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO19933399A NO313629B1 (no) 1992-09-25 1993-09-23 Innretning og fremgangsmåte for fremstilling av syntesegass, samt anvendelse derav

Country Status (4)

Country Link
US (2) US5567397A (no)
CA (1) CA2106904C (no)
FR (1) FR2696168B1 (no)
NO (1) NO313629B1 (no)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK0855366T3 (da) * 1997-01-22 2001-08-13 Haldor Topsoe As Syntesegasproduktion ved dampreforming under anvendelse af katalyseret hardware
US6641625B1 (en) 1999-05-03 2003-11-04 Nuvera Fuel Cells, Inc. Integrated hydrocarbon reforming system and controls
AU2003243601A1 (en) * 2002-06-13 2003-12-31 Nuvera Fuel Cells Inc. Preferential oxidation reactor temperature regulation
EP1403217A1 (en) * 2002-09-26 2004-03-31 Haldor Topsoe A/S Process and apparatus for the preparation of synthesis gas
EP1403215B1 (en) * 2002-09-26 2013-03-13 Haldor Topsoe A/S Process and apparatus for the preparation of synthesis gas
EP1413547A1 (en) * 2002-09-26 2004-04-28 Haldor Topsoe A/S Process for the production of synthesis gas
US7094730B2 (en) * 2002-10-31 2006-08-22 Delphi Technologies, Inc. Gas treatment device, methods for making and using the same, and a vehicle exhaust system
US20070237710A1 (en) * 2006-04-05 2007-10-11 Genkin Eugene S Reforming apparatus and method for syngas generation

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1465414A (fr) * 1964-07-23 1967-01-13 Lummus Co Appareil pour préparer de l'hydrogène
GB1359877A (en) * 1971-10-26 1974-07-10 Pullman Inc Process for reforming hydrocarbons
US4650651A (en) * 1983-06-09 1987-03-17 Union Carbide Corporation Integrated process and apparatus for the primary and secondary catalytic steam reforming of hydrocarbons
EP0254395B1 (en) * 1986-05-27 1990-11-22 Imperial Chemical Industries Plc Method of starting a process for the production of a gas stream containing hydrogen and carbon oxides
GB8629497D0 (en) * 1986-12-10 1987-01-21 British Petroleum Co Plc Apparatus
FR2648800B1 (fr) * 1989-06-27 1991-10-18 Inst Francais Du Petrole Dispositif et procede de fabrication de gaz de synthese par combustion et son application

Also Published As

Publication number Publication date
NO933399L (no) 1994-03-28
US5567397A (en) 1996-10-22
US5705138A (en) 1998-01-06
CA2106904C (fr) 2004-02-10
NO933399D0 (no) 1993-09-23
CA2106904A1 (fr) 1994-03-26
FR2696168B1 (fr) 1994-12-09
FR2696168A1 (fr) 1994-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101357977B1 (ko) 고정 베드에서의 흡열 반응을 위한 내부 연소 교환기 반응기
KR0170398B1 (ko) 흡열 반응 장치
KR101118825B1 (ko) 연료 개질 반응물의 급속가열 방법 및 장치
RU2117626C1 (ru) Реактор для получения синтез-газа и способ получения синтез-газа
KR100423544B1 (ko) 컴팩트형 수증기 개질장치
EP0349011A1 (en) A convective reforming device for production of synthesis gas
EP0360505A2 (en) Hydrocarbon reforming apparatus
US5554351A (en) High temperature steam reforming
JPS6018601B2 (ja) 対流式改質装置及びその方法
US2943062A (en) Conversion of hydrocarbons to a hydrogen-rich gas
US4378336A (en) Monolith reactor
Dietz III et al. Effect of pressure on three catalytic partial oxidation reactions at millisecond contact times
KR101638266B1 (ko) 혼합기／유동 분배기
NO313629B1 (no) Innretning og fremgangsmåte for fremstilling av syntesegass, samt anvendelse derav
US5549877A (en) Device and process for manufacturing synthesis gases through combustion and its application
NO313666B1 (no) Reaktor og fremgangsmåte for fremstilling av syntesegass samt anvendelse derav
US4101376A (en) Tubular heater for cracking hydrocarbons
KR101353917B1 (ko) 원료의 혼합과 분배가 개선된 연료 개질기
EP3722257A1 (en) Apparatus and method for producing hydrogen-containing gas
WO2009154512A2 (ru) Способ получения синтез-газа и устройство для его осуществления
RU2548410C2 (ru) Способ и устройство для получения синтез-газа
US7815875B2 (en) Device for converting gaseous streams
US7270689B2 (en) Reformer
JP2003286004A (ja) 改質器および改質方法
WO2007004888A1 (en) A reactor for mixing and reacting two or more fluids as well as transferring heat between said fluids and a method for operating said reactor

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Lapsed by not paying the annual fees