WO2003080229A1 - Membranreaktor - Google Patents

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WO2003080229A1
WO2003080229A1 PCT/EP2003/002082 EP0302082W WO03080229A1 WO 2003080229 A1 WO2003080229 A1 WO 2003080229A1 EP 0302082 W EP0302082 W EP 0302082W WO 03080229 A1 WO03080229 A1 WO 03080229A1
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Ulrich Lahne
Sebastian Muschelknautz
Reiner Götz
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Linde Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a membrane reactor consisting "of at least one module with a ceramic membrane tubes and with a surrounding the membrane tubes reactor space.
  • a membrane reactor can be used to react different substances chemically.
  • the substances intended for the reaction are each brought to the membrane from opposite sides of the membrane.
  • certain substances can pass through the membrane and react on the opposite side with the substances introduced there.
  • the reactions can be controlled in the desired manner.
  • Such membrane reactors are also of interest for the generation of synthesis gases.
  • One side (retentate side) of a gas-tight, but oxygen-ion and electron-conducting ceramic membrane is supplied with an oxygen-containing hot gas mixture.
  • oxygen is immediately reacted with a hydrocarbon supplied, in particular to synthesis gas.
  • Oxygen ion transport through such ceramic membranes takes place in the desired direction when the oxygen partial pressure on the retentate side is greater than on the permeate side.
  • the optimal working range of the ceramic membrane is usually between 700 ° C and 1100 ° C.
  • the ceramic membranes are used in the form of plates or tubes.
  • the membrane tubes of the module are fastened at both ends to a common ceramic tube sheet, the tube sheets of the module, which are arranged parallel to one another, are provided with a jacket over the entire length of the membrane tubes, the membrane tubes with one reactant and the jacket space can be charged with a second reactant and the ceramic tube sheets are sealed gas-tight with a cover or are gas-tightly connected to a tube sheet of another module.
  • the membrane reactor is expediently constructed from at least two modules, each of which is designed as a reactor.
  • the modules each form one
  • Section of the membrane reactor and are connected to one another in a gastight manner via adjacent tube sheets.
  • the end modules are sealed gas-tight at each of their free ends.
  • a particularly preferred embodiment of the invention provides that the modules are connected to one another in such a way that the reactants can flow through the membrane tubes and the jacket spaces of the individual modules one after the other.
  • the jacket spaces of the individual modules can be loaded with the reactant in parallel.
  • a membrane reactor which is provided in particular for synthesis gas production is constructed as follows
  • the membrane reactor is composed of several modules, each module consisting of a bundle of ceramic membrane tubes which are fastened at both ends in or on a respective ceramic tube sheet.
  • the two tube plates belonging to one module and arranged parallel to one another are provided with a jacket on the outer circumference over the entire length of the membrane tubes.
  • the oxygen-containing gas mixture is led through the jacket space, the hydrocarbon is led through the membrane tubes.
  • the module / module or module / cover seals are achieved by means of sealing surfaces provided on the tube sheets and covers and suitable sealing materials. Seen in the flow direction of the hydrocarbon, can act on the last module as a post-reactor with z. B. connect granular catalyst material filled container. Some of the modules can be used to completely heat the hydrocarbon to the reaction temperature, thereby reducing the risk of soot formation. According to a development of the concept of the invention, the individual modules are made entirely of ceramic, the membrane tubes, the jacket and the tube sheets being made of ceramic.
  • the membrane reactor according to the invention is also suitable for selective oxidations, e.g. B. for so-called methane coupling.
  • Figure 1 is a side view of a membrane reactor
  • Figure 2 shows a section of a module in the membrane tube area
  • the membrane reactor shown in the figures is intended to generate synthesis gas.
  • a module of the membrane reactor is shown, which consists of the metal jacket 1 provided with an expansion compensator 2, the ceramic
  • Membrane tubes 3 the ceramic tube sheets 4 and 5, a feed connector 6 to the jacket space, a discharge connector 7 from the jacket space and support bodies 8, which are located in the edge region of the jacket space.
  • the support bodies 8 are ceramic solid bodies with a circular cross section. Supporting bodies in tubular design are also possible. The support bodies serve to absorb the sealing forces.
  • spacer rings 9 there are ceramic spacer rings 9 at different heights. Preferably two spacer rings 9 are used per membrane tube 3 or support body 8.
  • the catalyst 10 is located in the membrane tubes 3 and is fixed by sieves 11.
  • the module / module or module / cover is sealed by means of sealing surfaces consisting of groove 12 and tongue 13, as well as seal 14.
  • the cohesive connection of membrane tube 3 or support body 8 and jacket 1 to tube sheets 4 and 5 is carried out by high-temperature soldering.
  • the individual modules are coaxial between the one with the feed connector provided cover 16 and the cover 17 fixed by means of bolts 18. Springs 19 ensure the required sealing force with different thermal expansion in the axial direction.
  • a post-reactor 21 is arranged between the cover 17 and the discharge nozzle 20, the reaction chamber 21 of which is filled with granular catalyst which is fixed by a sieve 23.
  • feed connector 15 and cover 16 are provided with high-temperature-resistant heat insulation 24 and the post-reactor 21 including cover 17 and discharge connector 20 are provided with high-temperature-resistant heat insulation 25.
  • the hot, oxygen-containing gas mixture is fed into the jacket space of the modules via the feed connection 6, for example under a pressure of 1.5 bar and a temperature of 900.degree.
  • the generation of such a gas mixture can take place, for example, in a combustion chamber
  • Fresh air excess occurs.
  • the oxygen-containing gas mixture flows through the free space between the membrane tubes 3 and supporting bodies 8 to the discharge nozzle 7. There, an oxygen-depleted gas mixture is drawn off and, if necessary, used for further use.
  • the oxygen emerging on the inner surface of the membrane tubes reacts with the
  • Hydrocarbon which is supplied via the supply pipe 15 - optionally with the addition of water vapor - at a temperature of 500 ° C to 900 ° C and a pressure of 15 to 30 bar.
  • the resulting synthesis gas leaves the after-reactor 21 at a temperature of approximately 950 ° C. and a pressure of 15 to 30 bar via the discharge nozzle 20.

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Abstract

Es wird ein Membranreaktor beschrieben, der keramische Membranrohre 3 und einen die Membranrohre 3 umgebenden Mantelraum aufweist. Der Membranreaktor kann aus mehreren Modulen zusammengesetzt sein. Ein Modul besteht aus einem Bündel von keramischen Membranrohren 3, die an beiden Enden in oder an einem jeweils gemeinsamen keramischen Rohrboden 4 und 5 befestigt sind. Die beiden zu einem Modul gehörenden, parallel zueinander angeordneten Rohrboden 4 und 5 sind am äusseren Umfang über die gesamte Länge der Membranrohre 3 mit einem Mantel 1 versehen. Die für die Reaktion vorgesehenen Stoffe werden durch den Mantelraum und durch die Membranrohre 3 geführt.

Description

Beschreibung
Membranreaktor
Die Erfindung betrifft einen Membranreaktor bestehend" aus mindestens einem Modul mit keramischen Membranrohren und mit einem die Membranrohre umgebenden Reaktorraum.
Um verschiedene Stoffe chemisch miteinander reagieren zu lassen, kann ein Membranreaktor eingesetzt werden. Die für die Reaktion vorgesehenen Stoffe werden jeweils von gegenüberliegenden Seiten der Membran an die Membran herangeführt. In Abhängigkeit von der Durchlässigkeit der Membran können bestimmte Stoffe durch die Membran hindurchtreten und auf der gegenüberliegenden Seite mit den dort herangeführten Stoffen reagieren. Durch den Einsatz von bestimmten auf die jeweiligen Reaktanten abgestimmten Membranen, z. B. semipermeablen Membranen, können die Reaktionen auf gewünschte Weise gesteuert werden.
Derartige Membranreaktoren sind auch zur Erzeugung von Synthesegasen von Interesse. Dabei wird der einen Seite (Retentatseite) einer gasdichten, aber sauerstoffionen- und elektronenleitenden Keramikmembran ein sauerstoffhaltiges heißes Gasgemisch zugeführt. Auf der anderen Seite (Permeatseite) wird Sauerstoff sofort mit einem zugeführten Kohlenwasserstoff insbesondere zu Synthesegas umgesetzt. Der Sauerstoffionentransport durch derartige Keramikmembranen erfolgt in der gewünschten Richtung, wenn auf der Retentatseite der Sauerstoffpartialdruck größer als auf der Permeatseite ist. Der optimale Arbeitsbereich der Keramikmembran liegt gewöhnlich bei Temperaturen zwischen 700°C und 1100°C. Die Keramikmembranen werden in Form von Platten oder Röhren eingesetzt.
An Membranreaktoren für die Erzeugung von Synthesegas wird weltweit im Labormaßstab geforscht. Ein kommerzieller Einsatz scheiterte bisher allerdings häufig an technischen Problemen. Insbesondere ist ein sicherer und gasdichter Übergang von der Keramikmembran auf die meist aus Metall bestehende Reaktorkonstruktion problematisch. Eine bereits vorgeschlagene, sogenannte fliegende Anordnung der Membranrohre führt zu Schwingungen und damit zu starken mechanischen Beanspruchungen. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Membranreaktor so auszugestalten, dass die genannte Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Membranrohre des Moduls an beiden Enden an einem jeweils gemeinsamen keramischen Rohrboden befestigt sind, die parallel zueinander angeordneten Rohrböden des Moduls am äußeren Umfang über die gesamte Länge der Membranrohre mit einem Mantel versehen sind, wobei die Membranrohre mit einem Reaktanten und der Mantelraum mit einem zweiten Reaktanten beschickbar sind und die keramischen Rohrböden mit einem Deckel gasdicht abgeschlossen oder mit einem Rohrboden eines weiteren Moduls gasdicht verbunden sind.
Durch diese Maßnahmen wird auf wirtschaftliche Weise eine mechanisch stabile Membranreaktorkonstruktion zur Verfügung gestellt, die die gewünschte Gasdichtheit aufweist. Diese Konstruktion zeichnet sich darüber hinaus durch hohe Flexibilität auf, da die Zahl der Module den speziellen Erfordernissen angepasst werden kann.
Zweckmäßigerweise ist der Membranreaktor aus mindestens zwei Modulen aufgebaut, die jeweils für sich als Reaktor ausgebildet sind. Die Module bilden jeweils einen
Abschnitt des Membranreaktors und sind über benachbarte Rohrböden miteinander gasdicht verbunden. Die endseitigen Module sind an ihren freien Enden jeweils mit einem Deckel gasdicht abgeschlossen.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Module derart miteinander verbunden sind, dass die Membranrohre und die Mantelräume der einzelnen Module nacheinander mit den Reaktanten durchströmbar sind. Gemäß einer anderen Variante sind die Mantelräume der einzelnen Module parallel mit dem Reaktanten beschickbar.
Um die gewünschten chemischen Reaktionen in Gang zu setzen, ist vorteilhafterweise in die Membranrohre Katalysatormaterial eingebracht. Alternativ oder zusätzlich können die Membranrohre auch aus katalytisch aktivem Material bestehen oder mit katalytisch aktivem Material beschichtet sein. Ein insbesondere für die Synthesegaserzeugung vorgesehener Membranreaktor ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform folgendermaßen aufgebaut
Der Membranreaktor ist aus mehreren Modulen zusammengesetzt, wobei jedes Modul aus einem Bündel von keramischen Membranrohren besteht, die an beiden Enden in oder an einem jeweils gemeinsamen keramischen Rohrboden befestigt sind. Die beiden zu einem Modul gehörenden, parallel zueinander angeordneten Rohrböden sind am äußeren Umfang über die gesamte Länge der Membranrohre mit einem Mantel versehen. Das sauerstoffhaltige Gasgemisch wird durch den Mantelraum, der Kohlenwasserstoff wird durch die Membranrohre geführt. In den Membranrohren befindet sich Katalysator in körniger Form. Für den Fall, dass bereits das Membranmaterial eine ausreichende katalytische Aktivität besitzt, ist auch eine Führung des sauerstoffhaltigen Gasgemisches durch die Membranrohre und des Kohlenwasserstoffes durch den Mantelraum möglich. Bei einer Führung des sauerstoffhaltigen Gasgemisches durch den Mantelraum können die einzelnen Mantelräume sowohl hintereinander als auch parallel mit dem sauerstoffhaltigen Gasgemisch durchflössen werden. Die Abdichtungen Modul/Modul bzw. Modul/Deckel werden mittels an den Rohrböden und Deckeln vorgesehenen Dichtflächen und geeigneten Dichtungsmaterialien erreicht. In Strömungsrichtung des Kohlenwasserstoffes gesehen, kann sich an dem letzten Modul ein als Nachreaktor wirkender mit z. B. körnigem Katalysatormaterial gefüllter Behälter anschließen. Ein Teil der Module kann zur vollständigen Aufheizung des Kohlenwasserstoffes auf Reaktionstemperatur dienen, wodurch die Gefahr einer Rußbildung reduziert wird. Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens sind die einzelnen Module voll keramisch ausgebildet, wobei die Membranrohre, der Mantel und die Rohrböden aus Keramik bestehen.
Neben einer Anwendung zur Synthesegaserzeugung kommen die verschiedensten Einsatzmöglichkeiten in Frage, bei denen eine gezielte chemische Reaktion zwischen Stoffen, insbesondere in Gasgemischen enthaltenen Stoffen, durchgeführt werden soll. Beispielsweise eignet sich der erfindungsgemäße Membranreaktor auch für selektive Oxidationen, z. B. zur so genannten Methankopplung.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden: Es zeigen
Figur 1 eine Seitenansicht eines Membranreaktors
Figur 2 einen Schnitt eines Moduls im Membranrohr-Bereich
Figur 3 Einzelheiten der Modulausführung
In den Figuren sind die selben Vorrichtungsteile mit den selben Bezugsziffern bezeichnet.
Der in den Figuren dargestellte Membranreaktor soll zur Synthesegaserzeugung dienen. In den Figuren ist ein Modul des Membranreaktors gezeigt, das aus dem mit einem Dehnungskompensator 2 versehenen Metallmantel 1, den keramischen
Membranrohren 3, den keramischen Rohrböden 4 und 5, einem Zuführungsstutzen 6 zum Mantelraum, einem Abführungsstutzen 7 aus dem Mantelraum und Stützkörpern 8, die sich im Randbereich des Mantelraumes befinden, besteht. Die Stützkörper 8 sind im Ausführungsbeispiel keramische Vollkörper mit kreisförmigem Querschnitt. Stützkörper in Rohrausführung sind auch möglich. Die Stützkörper dienen der Aufnahme der Dichtungskräfte.
Zur Distanzhaltung der Membranrohre 3 und der Stützkörper 8 befinden sich auf diesen keramische Distanzringe 9 in verschiedenen Höhen. Vorzugsweise werden zwei Distanzringe 9 je Membranrohr 3 bzw. Stützkörper 8 eingesetzt.
In den Membranrohren 3 befindet sich der Katalysator 10, der durch Siebe 11 fixiert wird.
Die Abdichtung Modul/Modul bzw. Modul/Deckel erfolgt mittels Dichtflächen, bestehend aus Nut 12 und Feder 13, sowie Dichtung 14.
Im Ausführungsbeispiel erfolgt die stoffschlüssige Verbindung von Membranrohr 3 bzw. Stützkörper 8 und Mantel 1 mit den Rohrböden 4 und 5 durch Hochtemperatur-Lötung. Die einzelnen Module sind koaxial zwischen dem mit dem Zuführungsstutzen versehenen Deckel 16 und dem Deckel 17 mittels Schraubenbolzen 18 fixiert. Federn 19 gewährleisten die erforderliche Dichtkraft bei unterschiedlicher thermischer Ausdehnung in axialer Richtung. Zwischen Deckel 17 und Abführstutzten 20 ist ein Nachreaktor 21 angeordnet, dessen Reaktionsraum 21 mit körnigem Katalysator gefüllt ist, der durch ein Sieb 23 fixiert wird.
Im Ausführungsbeispiel sind Zuführungsstutzen 15 und Deckel 16 mit einer hochtemperaturbeständigen Wärmeisolierung 24 und der Nachreaktor 21 einschließlich Deckel 17 und Abführungsstutzen 20 mit einer hochtemperaturbeständigen Wärmeisolierung 25 versehen.
Beim Betrieb des Membranreaktors wird das heiße, sauerstoffhaltige Gasgemisch über die Zuführungsstutzen 6 beispielsweise unter einem Druck von 1 ,5 bar und einer Temperatur von 900°C in den Mantelraum der Module geführt. Die Erzeugung eines derartigen Gasgemisches kann beispielsweise in einer Brennkammer unter
Frischluftüberschuss erfolgen. Das sauerstoffhaltige Gasgemisch strömt durch den freien Raum zwischen den Membranrohren 3 und Stützkörpern 8 zum Abführungsstutzen 7. Dort wird ein an Sauerstoff abgereichertes Gasgemisch abgezogen und gegebenenfalls einerweiteren Nutzung zugeführt. Der an der inneren Oberfläche der Membranrohre austretende Sauerstoff reagiert mit dem
Kohlenwasserstoff, der über den Zuführungsstutzen 15 - gegebenenfalls unter Hinzufügung von Wasserdampf - mit einer Temperatur von 500°C bis 900°C und einem Druck von 15 bis 30 bar zugeführt wird. Das entstehende Synthesegas verlässt den Nachreaktor 21 mit einer Temperatur von etwa 950°C und einem Druck von 15 bis 30 bar über den Abführungsstutzen 20.

Claims

Patentansprüche
1. Membranreaktor bestehend aus mindestens einem Modul mit keramischen Membranrohren und mit einem die Membranrohre umgebenden Mantelraum, dadurch gekennzeichnet, dass
a) die Membranrohre (3) des Moduls an beiden Enden an jeweils gemeinsamen keramischen Rohrböden befestigt (4, 5) sind,
b) die parallel zueinander angeordneten Rohrböden (4, 5) des Moduls am äußeren Umfang über die gesamte Länge der Membranrohre (3) mit einem Mantel (1) versehen sind,
c) wobei die Membranrohre (3) mit einem Reaktanten und der Mantelraum mit einem zweiten Reaktanten beschickbar sind, und
d) die keramischen Rohrböden (3) mit einem Deckel (17, 26) gasdicht abgeschlossen oder mit einem Rohrboden (4, 5) eines weiteren Moduls gasdicht verbunden sind.
2. Membranreaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Membranreaktor aus mindestens zwei jeweils für sich als Reaktor ausgebildeten Modulen aufgebaut ist, die jeweils einen Abschnitt des Membranreaktors bilden und über benachbarte Rohrböden (4, 5) miteinander gasdicht verbunden sind, wobei die endseitigen Module an ihren freien Enden jeweils mit einem Deckel (17, 26) gasdicht abgeschlossen sind.
3 Membranreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Module derart miteinander verbunden sind, dass die Membranrohre (3) und die Mantelräume der einzelnen Module nacheinander mit dem Reaktanten durchströmbar sind.
4. Membranreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Mantelräume der einzelnen Module parallel mit dem Reaktanten beschickbar sind.
5. Membranreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die Membranrohre (3) Katalysatormaterial eingebracht ist.
6. Membranreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranrohre (3) aus katalytisch aktivem Material bestehen oder mit katalytisch aktivem Material beschichtet sind.
7. Membranreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aneinandergrenzenden Rohrböden (4, 5) von benachbarten Modulen und/oder die Deckel (17, 16) mit Dichtungsmaterial versehene Dichtflächen aufweisen.
8. Membranreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an einen Deckel (17) des Membranreaktors ein als Nachreaktor wirkender mit Katalysatormaterial versehener Behälter (21) angeschlossen ist.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7648566B2 (en) 2006-11-09 2010-01-19 General Electric Company Methods and apparatus for carbon dioxide removal from a fluid stream
EP2014357A3 (de) * 2007-06-05 2010-03-24 Air Products and Chemicals, Inc. Gestuftes Membranenoxidations-Reaktorsystem
US7966829B2 (en) 2006-12-11 2011-06-28 General Electric Company Method and system for reducing CO2 emissions in a combustion stream
US8287762B2 (en) 2010-04-02 2012-10-16 Air Products And Chemicals, Inc. Operation of staged membrane oxidation reactor systems

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5958091A (en) * 1994-05-23 1999-09-28 Ngk Insulators, Ltd. Hydrogen preparing apparatus
EP0962422A1 (de) * 1998-06-03 1999-12-08 Praxair Technology, Inc. Reaktor mit einer Keramikmembran zur Herstellung von Synthesegas

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5958091A (en) * 1994-05-23 1999-09-28 Ngk Insulators, Ltd. Hydrogen preparing apparatus
EP0962422A1 (de) * 1998-06-03 1999-12-08 Praxair Technology, Inc. Reaktor mit einer Keramikmembran zur Herstellung von Synthesegas

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7648566B2 (en) 2006-11-09 2010-01-19 General Electric Company Methods and apparatus for carbon dioxide removal from a fluid stream
US7966829B2 (en) 2006-12-11 2011-06-28 General Electric Company Method and system for reducing CO2 emissions in a combustion stream
EP2014357A3 (de) * 2007-06-05 2010-03-24 Air Products and Chemicals, Inc. Gestuftes Membranenoxidations-Reaktorsystem
US8262755B2 (en) 2007-06-05 2012-09-11 Air Products And Chemicals, Inc. Staged membrane oxidation reactor system
EP2537580A1 (de) * 2007-06-05 2012-12-26 Air Products And Chemicals, Inc. Gestuftes Membranenoxidationsreaktorsystem
US8419827B2 (en) 2007-06-05 2013-04-16 Air Products And Chemicals, Inc. Staged membrane oxidation reactor system
US8728202B2 (en) 2007-06-05 2014-05-20 Air Products And Chemicals, Inc. Staged membrane oxidation reactor system
US8287762B2 (en) 2010-04-02 2012-10-16 Air Products And Chemicals, Inc. Operation of staged membrane oxidation reactor systems

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