NO328246B1 - Fremgangsmate for fremstilling av en hydrogen- og/eller karbonmonoksidrik gass fra et hydrokarbonrastoff - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår fremstilling av en hydrogen og/eller karbonmonoksidrik gass fra et hydrokarbonråstofF. Spesielt er oppfinnelsen rettet mot forbedringer av de kjente autotermiske katalytiske dampreformeringsprosessene, hvori en oksidant leveres til en reaksjonsprosessgass ved hjelp av en membran.

Det er kjent i teknikken at en reaktor med tette keramiske membraner som overfører oksygen kan anvendes for syngass fremstilling (for eksempel WO 98/48921).

Videre beskrives det i EP A 882670 reformering av en blanding av hydrokarbon, damp og oksygen på reaktantsiden av en membran i nærvær av en katalysator.

EP A 625481 beskriver autotermisk reformering hvor hydrokarbon, damp og oksygen føres sammen i en brenner i en reaktor, der katalysatorsjiktet har lav katalytisk aktivitet øverst i reaktoren. Reaktoren som anvendes er ikke en membranreaktor.

Syntesegass fremstilles i en membranreaktor ved å anvende oksygenet transportert fra oksidantsiden av membranen. Fremstilling av syntesegass kan vises ved de følgende tre reaksjoner:

Innløpstemperaturen av gassen ved den ovenfornevnte prosessen vil typisk være mellom 500 - 800°C. Trykket på syntesegassiden av membranen varierer fra omgivelsestrykk til 90 bar og trykket på luftsiden fra omgivelsestrykk til 26 bar.

Metandampreformerings- og shiftreaksjoner er typisk like ved likevekt ved reaktorutløpet.

Ved oppfinnelsen forbedres den kjente membran-autotermiske katalytiske dampreformeirngsprosessen ved å styre temperaturgradienten i reaktoren når man anvender en katalysator uten dampreformeirngsaktivitet i minst en toppandel av den autotermiske reaktoren.

Følgelig er denne oppfinnelsen rettet mot en fremgangsmåte for fremstilling av en hydrogen- og/eller karbonmonoksidrik gass fra et hydrokarbonråstoff, kjennetegnet ved at den omfatter partiell oksidasjon av råstoffet fra en oksidant tilført ved gjennomtrengning gjennom en membran og dampreformering av råstoffet i nærvær av en dampreformeringskatalysator som er anordnet på gjennomtrengningssiden av membranen, hvor den katalytiske aktiviteten for dampreformeringen i innløpsområdet reduseres til null, og hvor katalysatoren i innløpsområdet har aktivitet ved oksidasjon av hydrokarbonråstoffet.

Prinsippet av autotermisk membrandampreformering vises i figur 1.

Et materiale 4 som inneholder hydrokarboner (metan anvendes som eksempel i figur 1 og i det følgende) blir ført inn i reaktor 2 ved gjennomtrengningssiden 6a av membranen 6. Rommet på denne siden av membranen er ladet med dampreformeringskatalysator og/eller partiell oksidasjonskatalysator 8. Ved tilførselsinnløpet er aktiviteten av katalysatoren i topplaget 8a redusert til null sammenlignet med katalysatoraktiviteten i resten av katalysatorsjiktet. Istedenfor å være anordnet på en festet måte kan katalysatoren alternativt være direkte påført på gjennomtrengningssiden av membranen (ikke vist).

En oksygeninneholdende strøm 10 (luft anvendes som eksempel i fig. 1 og i det følgende) blir ført inn i reaktoren ved den motsatte siden av membranen. Egnede membranmaterialer med evne til å transportere oksygen er kjente innen teknikken. I tilfellet at oksygenioner er mobile beveger elektroner seg gjennom membranen i den motsatte retningen og garanterer på denne måten elektronøytralitet. Oksygenstrømmen er på en kompleks måte avhengig av forskjellen i oksygen-partialtrykk.

I tilfellet katalysatoren ikke har noen dampreformeringsaktivitet i topplaget 8a, tjener katalysatoren som en oksidasjonskatalysator.

Derved oppnås de følgende fordeler:

den mekaniske konstruksjon av reaktoren blir mindre kompleks;

drift ved lavere mating og/eller oksidant innløpstemperatur blir gjennomførbart

hvilket resulterer i et redusert varmevekslerareal og lavere brenselsforbruk;

det nødvendige membranområdet, blir mindre.

Katalysatorer for oksidasjon av hydrogen eller hydrokarboner er kjent innen teknikken. Dampreformeringskatalysatorer med redusert reformeringsaktivitet kan oppnås ved impregnering av et bærermateriale med reduserte mengder av katalytisk materiale og/eller addisjonsaktivatorforbindelser som reduserer aktiviteten av det katalytisk aktive materialet. Disse katalysatorfremstillingsmetodene og katalysatorene med redusert dampreformeirngsaktivitet er dessuten kjente innen teknikken.

Som en ytterligere fordel muliggjør en katalysator med redusert aktivitet karbonfri drift ved et lavere damp-til-karbon-forhold ved å tilsette aktivatorer til en katalysator for å øke karbonresistensen og å redusere dampreformeringsaktiviteten av denne katalysatoren.

Når man kjører den kjente katalytiske autotermiske dampreformeringsinnretningen med tilsetning av oksygen gjennom en membran, er dampreformerings-likevektstemperaturen av mategassen under den vanlige reaktorinnløpstemperaturen av mategassen. Dampreformeringsreaksjonen fortsetter øyeblikkelig ettersom mategassen kommer i kontakt med katalysatoren. Siden dampreformeringsreaksjonen i høy grad er endoterm vil en reduksjon av gass- og katalysatortemperaturen observeres sammenlignet med gassinnløpstemperaturen.

Oksygenstrøm gjennom membranen øker med temperaturen og under en spesiell temperatur (To) er oksygenstrømmen i det vesentlige null.

Følgelig vil oksygenstrømmen gjennom membranen pr. enhetsområde i en reaktor forsynt med katalysatorer som har høy dampreformeirngsaktivitet reduseres. Dette har en av to konsekvenser: a) temperaturen i reaktoren synker til et nivå under hvilket oksygenstrømmen, gjennom membranen, blir ubetydelig. Den eneste måten å unngå dette på er å

øke mateinnløpstemperaturen.

b) Oksygenstrømmen er redusert sammenlignet med oksygenstrømmen ved temperaturen av mategassen.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, som kjøres med en katalysator uten dampreformeirngsaktivitet i reaktorinnløpsdelen, elimineres temperaturreduksjonen eller den blir mye mindre tydelig. Følgelig kan temperaturen enten reduseres til et nivå som er nærmere To eller membranarealet kan reduseres fordi oksygen overføres gjennom membranen ved en høyere (gjennomsnitts) temperatur.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en hydrogen- og/eller karbonmonoksidrik gass fra et hydrokarbonråstoff, karakterisert ved at den omfatter partiell oksidasjon av råstoffet med en oksidant tilført ved gjennomtrengning gjennom en membran og dampreformering av råstoffet i nærvær av en dampreformeringskatalysator som er anordnet på gjennomtrengningssiden av membranen, hvor den katalytiske aktiviteten for dampreformeringen i råstoffinnløpsområdet reduseres til null, og hvor katalysatoren i innløpsområdet har aktivitet ved oksidasjon av hydrokarbonråstoffet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at katalysatoren er anordnet ved fast sjikt.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at katalysatoren er påført på membranen.