WO2016066297A1 - Reformer mit poren- bzw. flächenbrennern - Google Patents

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WO2016066297A1 PCT/EP2015/068889 EP2015068889W WO2016066297A1 WO 2016066297 A1 WO2016066297 A1 WO 2016066297A1 EP 2015068889 W EP2015068889 W EP 2015068889W WO 2016066297 A1 WO2016066297 A1 WO 2016066297A1
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pore
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Ralf Abraham
Domenico Pavone
Dobrin Toporov
Anica Bäre
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Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag
Thyssenkrupp Ag
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Definitions

  • the invention relates to a reformer, preferably a steam reformer, which comprises a furnace chamber, are arranged in the reactor tubes.
  • the reactor tubes are configured to be flowed through by a reaction gas.
  • the furnace chamber is also equipped with several pore or surface burners and can be heated with these pore or surface burners preferably from above.
  • the necessary heat for operating reformers is usually transmitted via a cover-fired arrangement of the burner to the reactor tubes (reaction tubes, reformer tubes).
  • the fuel gas used is usually natural gas or a mixture of natural gas and process gases, which may contain, for example, H 2 , CO, CO 2 and hydrocarbons.
  • Propane dehydrogenation (PDH) reformers differ from steam reformers in that they have a significantly lower reaction head height.
  • main reaction dehydrogenation of propane to propylene
  • side reactions occur (for example, cracking).
  • the small height of the reaction space causes the flame lengths of the diffusive flames of the jet burners to be too large for a small number of burners (ratio reactor tubes / burners per row of, for example, 4), so that the temperature distribution in the reformer becomes very uneven. It comes thereby to a lower heating of the reactor tubes in the upper area and to a stronger heating in the lower area.
  • the resulting hotter areas result in too high wall temperatures, which can lead to breakage of the catalyst.
  • the temperatures are too high, the side reactions increase, leading to coking and thus faster deactivation of the catalyst and reduced propylene selectivity.
  • DE 199 21 420 AI discloses tube reformers, which are assigned over their entire length heating tubes, such as radiant tubes with internal burner or tubular pore or surface burner in which the radiation energy exploiting tube spacing.
  • the reformer is designed as a double tube with concentric arrangement of steam / feed feed, supply of an oxidation support and removal of the reformed synthesis gas, wherein a pipe surface is formed by a porous, possibly ceramic tube for flameless combustion in the operating position on the surface.
  • the heat transfer takes place mainly by solid state radiation and only to a very small extent by gas radiation.
  • This arrangement has a large footprint, is structurally relatively complex and therefore costly, since each reactor tube is designed as a double tube and is surrounded over its entire length by heating pipes. With this design, it is hardly or not at all feasible for a single burner to heat a plurality of reactor tubes.
  • the reformers should be characterized by the most uniform temperature distribution, the temperature should be easy, good and safe controllable. Furthermore, the reformers should manage with a small footprint and be as energy efficient as possible and as little maintenance.
  • the reformers should u.a. suitable for carrying out dehydrogenation reactions in which reactors are heated in the form of a bundle of tubes. With regard to the energy distribution, about 2/3 of the necessary energy should be coupled in the first third of the reactor tube, which can not be achieved with the conventional diffusion burner configuration.
  • reformer can be heated with pore or surface burners. In this way, a significantly improved, uniform temperature distribution in the furnace chamber is ensured and the formation of hot spots and Zones with cooler areas on the catalyst outer wall is reduced or even completely suppressed. Due to the improved temperature distribution, the reformer can be made more compact, which is why they have a significantly reduced space requirements. This has an advantageous effect on the use of materials and energy efficiency.
  • a first aspect of the invention relates to a reformer, preferably a steam reformer, which comprises a furnace chamber, are arranged in the reactor tubes.
  • the reactor tubes are configured to be flowed through by a reaction gas.
  • the furnace chamber is also equipped with pore or surface burners and can be heated with these pore or surface burners preferably from above.
  • flame-guided diffusion burners are replaced by pore or surface burners, which are preferably formed flat in the sense of surface burners.
  • the heat transfer takes place almost exclusively by gas radiation and only to a very small extent by convection and solid state radiation; the flue gas leaving the pore or surface burner penetrates the furnace space and flows around the reactor tubes, whereby they are heated uniformly.
  • a negative temperature gradient in the flow direction is formed (warmer at the top than at the bottom), while the temperatures in the horizontal plane are relatively constant over the entire furnace space.
  • Reactor tubes in the context of the invention are the structures through which a reaction gas flows, in which the chemical reaction of the reaction gas takes place. Since this chemical reaction is usually catalytically, the reactor tubes are preferably filled with a catalyst or with a mixture of a plurality of catalysts, which may optionally be applied to a carrier. Suitable catalysts are known to a person skilled in the art.
  • the wall of the reactor tubes is preferably made of metal. However, in principle, other materials can also be used, for example ceramics. Suitable materials are known to a person skilled in the art.
  • the reformer of the invention comprises at least 100 or at least 200 reactor tubes, more preferably at least 300 or at least 400 reactor tubes, more preferably at least 500 or at least 600 reactor tubes, most preferably at least 700 or at least 800 reactor tubes, and in particular at least 900 or at least 1000 reactor tubes, which are all preferably arranged together in a furnace chamber.
  • Diameter and length of the reactor tubes depend on the chemical reaction, which should take place in the reformer. Typical internal diameters of the reactor tubes are in the range of 5 to 15 cm, more preferably 8 to 12 cm. Typical heated lengths of the reactor tubes are in the range of 1 m to 5 m, more preferably 2 m to 3 m.
  • the reactor tubes are arranged substantially parallel to one another and / or substantially vertically.
  • the reactor tubes are arranged in a plurality of rows, wherein the individual reactor tubes within a row are preferably arranged parallel to one another and / or vertically and wherein the rows are arranged substantially parallel to each other, so that lanes are formed between the rows of reactor tubes.
  • the pore or surface burners are then particularly preferably arranged above the lanes, preferably along the lanes, so that the pore burners or area burners are also arranged in rows. In plan view, a sequence of parallel rows of reactor tubes - pore burners - reactor tubes - pore burners, etc. are then preferably obtained.
  • the pore burners are preferably located above the top of the reactor tubes, i. the pore burners do not extend the length of the reactor tubes.
  • the heat input is thus preferably exclusively from above, in which case the flue gas flowing into the furnace chamber from above reaches the reactor tubes, surrounds them and heats them in this way.
  • the shortest distance A between two adjacent rows of reactor tubes is preferably at most 180 cm or at most 160 cm, more preferably at most 140 cm or at most 120 cm, even more preferably at most 100 cm or at most 80 cm, wherein in each case the center of the cross-sectional area of the reactor tubes for the determination of the distance A is used. Due to the virtually flameless combustion taking place outside the furnace space, it is not necessary to keep the distance to the reactor tubes to avoid hot spots due to flame contact, as can occur with diffusion burners. This leads to very significant potential savings in terms of space. Thus, the distance between reactor tube and burner can be halved if necessary.
  • Reaction gas in the context of the invention is basically any gas or gas mixture which can be preferably catalytically reacted in a gas phase reaction.
  • Preferred reaction gases include propane, which is catalytically dehydrogenated to propene and hydrogen; as well as natural gas, which is catalytically converted to synthesis gas, which can then be obtained from the synthesis gas subsequent products such as ammonia or methanol.
  • Typical gas compositions include, for example, (i) H 2 83%, CH 4 5%, C 2 H 6 3.5%, CO 2 7%, balance 1.5%; or (ii) H 2 49%, CH 4 45%, C 2 H 6 3.7%, balance 2.3%.
  • Pore or surface burners in the context of the invention are known to a person skilled in the art. These are gas burners of special design, in which the combustion reaction of the premixed fuel-air mixture takes place in a porous structure and not in an open flame. The result is a flameless, volumetric combustion, which is sometimes referred to as "glowing foam". Since an exiting free flame is dispensed with, pore burners, unlike conventional diffusion burners, do not have a combustion chamber but a reactor comprising a large number of small reactors filled with ceramic foam or other structures. Here, the combustion takes place within a ceramic or metallic porous matrix. The fact that the exhaust gas flow is divided and merged over and over again improves the heat transfer from the flame to the porous structure. The burner emits a smoke stream which is very homogeneous in temperature and which at first releases the heat mainly to the environment by means of gas radiation and only to a small extent by convection and solid state radiation.
  • the pore or surface burner according to the invention preferably comprises two zones, a barrier zone which contains comparatively small pores, and a reaction zone, which is preferably greater than the blocking zone and contains comparatively larger pores or cavities.
  • the small pores of the blocking zone are preferably chosen so that an ignition of the fuel-air mixture is not possible.
  • the barrier zone serves as a flame arrestor to prevent flashbacks and flashbacks at low loadings or low gas-air flows.
  • combustion is stabilized.
  • the good heat transport properties of the porous medium prevent the lifting of the flame at high loads or high gas-air flows. Since flame removal and flashback are prevented, the performance of the pore or surface burner can be modulated over a wide range, typically 1: 4, for example. The result is a compact, low-emission combustion system with high power density and energy efficiency.
  • the pore burner of the invention permits homogeneous temperature ranges at a higher power density with greater dynamics and the use of low calorific value fuels (such as landfill gas ).
  • the pore burner according to the invention has u.a. the advantage that it allows a homogeneous and stable combustion process in a reactor, whereby a significant acceleration of the combustion reaction is achieved.
  • the flameless pore or surface burners according to the invention have a number of advantages in the reformer according to the invention: the energy densities are very high; the solid-state radiation component is very high in the entire power range with a radiator temperature of up to 1400 ° C; in terms of performance, a high modulation capability is ensured; the temperature distribution over the combustion chamber cross-section is very homogeneous; the distribution of the flue gas (exhaust gas) over the combustion chamber cross-section is very homogeneous; and there are no free flames that cause local overheating.
  • the result is minimal emissions (CO and NO x ); uniform emission of hot flue gases (exhaust gases) and solid state radiation over the entire burner surface; Avoidance of local overheating; No flames in the combustion chamber, burn-out length and flame stabilization zone; Adaptation of the burner geometry to the material to be heated; stepless modulation of the burner output; no significant change in the flow and temperature fields in the modulation range; Improvement of heat transfer and thus energy savings (eg up to 60%); Reduction of CO 2 emissions; Increase in product quality; Increase in product throughput; Reduction of noise emissions; Improvement of working conditions and ergonomics.
  • the pore or surface burner according to the invention can be made very variable in shape. It is possible to install the pore burners as burner runners along an aisle of the reactor tubes. This arrangement has the advantage that along a groove only a limited number of ignition points (2 to 3 electrical ignitions) and also only a small number of monitoring elements for a comprehensive monitoring are necessary. This leads to significant savings in the instrumentation of a reformer.
  • each pore or surface burner comprises a plurality of burner heads, via which the heat generated emerges.
  • each pore burner comprises at least 3 burner heads, more preferably at least 4, even more preferably at least 5, most preferably at least 6 and especially at least 7, at least 8, at least 9, at least 10, at least 11 or at least 12 burner heads.
  • the plurality of burner heads are preferably distributed along the main direction of extension of the pore or surface burner, more preferably in the form of a line.
  • the aspect ratio (length to width) of each pore burner is at least 3: 1, more preferably at least 4: 1, and most preferably at least 5: 1.
  • a typical pore burner of the invention has a length of 4 meters and a width of 70 cm, along the main extension direction 10 individual burner heads with a length of 40 cm and a width of 70 cm are arranged.
  • a plurality of pore or surface burners or their burner heads are arranged in rows and thereby preferably form a burner trough.
  • the shortest distance C between two adjacent rows of pore burners is preferably at most 180 cm or at most 160 cm, more preferably at most 140 cm or at most 120 cm, more preferably at most 100 cm or at most 80 cm, wherein in each case the central axis of the furnace chamber facing cross-sectional area of the pore or surface burner for the determination of the distance C is used.
  • the pore or surface burners are arranged so that they heat the furnace chamber from above, ie the heat escapes the Porenreferred. Surface burners or burner heads are aligned so that they release the heat from top to bottom into the furnace chamber (cover-mounted arrangement of the burners to the reactor tubes).
  • the pore or surface burners can be integrated into the ceiling of the furnace chamber or alternatively be arranged below the ceiling of the furnace chamber.
  • the burned flue gas then flows from above into the furnace chamber and heats the reactor tubes, in particular by gas radiation.
  • the burners mounted on the furnace roof emit the hot combustion gases into the furnace chamber evenly distributed over the burner surface.
  • the reactor tubes are thus washed around by a negative temperature gradient in the flow direction of the exhaust gas (warmer at the top than below) from the hot exhaust gases.
  • the heat transfer is done by mainly by gas radiation and only to a very small extent by solid state radiation and convection without that it can lead to local overheating due to impinging flames.
  • the reactor tubes are located in a hot exhaust gas bath which, due to the flat inflow, has a significantly higher homogeneity with respect to the temperatures compared with the flame-type diffusion burners. This makes it possible to heat the reactor tubes with a high average heat transfer. Furthermore, most of the heat in the region of the highest reaction rate of the main endothermic reaction of the reaction gas is introduced in the upper region of the reactor tubes. The uniform temperature distribution prevents damage to the catalyst.
  • the pore or surface burners according to the invention are preferably fully premixing gas burners.
  • the pore or surface burners according to the invention preferably have an energy density of at least 120 kW / m 2 , more preferably at least 250 kW / m 2, more preferably at least 300 kW / m 2 .
  • the pore burners of the invention produce a radiation temperature of at least 800 ° C, more preferably at least 1000 ° C, and even more preferably at least 1400 ° C.
  • the heat effluents of the pore burners are flanked laterally along a top region B of the reactor tubes by radiation transformers.
  • radiation transformers such as radiation plates or radiation plates, which may be arranged for example parallel to the upper parts of the reformer tubes, the heat flux density can be increased by the local increase of the radiation component targeted in the required range.
  • the radiant panels can be provided with slots so that they can be adjusted in height according to the operational requirements.
  • the upper region B preferably makes up at most 50% of the longitudinal extent of the reactor tubes, more preferably at most 40%, even more preferably at most 30% and in particular at most 20%.
  • a plurality of pore or surface burners are arranged in rows and the burner lines thus formed are provided with burner hoods.
  • the burner hoods are then preferably mounted on the furnace roof.
  • the burner hoods have the advantage that the thermal separation of the pore or surface burners from the hot furnace chamber is ensured and, on the other hand, the installation and replacement of pilot burners is simplified. This offers advantages in the assembly and maintenance of the systems.
  • the number ratio of pore burners to reactor tubes is in the range of 1: 1 to 1: 100, more preferably 1: 3 to 1: 30, even more preferably 1: 5 to 1:25, most preferably 1: 8 to 1:22 and especially 1:10 to 1:20.
  • the number ratio of burner heads to reactor tubes is in the range of 1: 1 to 1:50, more preferably 1: 1 to 1:20, more preferably 1: 1 to 1:10, most preferably 1: 1 to 1: 7 and in particular 1: 1 to 1: 5.
  • Another aspect of the invention relates to a method for carrying out a gas phase reaction comprising passing a reaction gas through the reactor tubes of a reformer according to the invention described above and the heating of the furnace chamber with the pore or area burners.
  • the combustion air is not preheated in the inventive method.
  • the air ratio is preferably in the range of 1.0 to 2, more preferably 1.0 to 1.2.
  • Another aspect of the invention relates to the use of a reformer according to the invention described above for carrying out the inventive method described above.
  • Another aspect of the invention relates to the use of a pore or surface burner according to the invention described above for heating a reformer, preferably a reformer according to the invention described above.
  • the inventive exchange of conventional diffusion burner by pore or surface burner according to the invention for reformers offers the following advantages: reduction of the burner to be individually set and to be controlled; Reduction of the necessary width of the "furnace” ie significant reduction of the base area; no flames in the area of the reactor tubes, which lead to undesired local overheating or do not allow the desired heat input in the upper area; the burners emit only hot exhaust gas between the reactor tubes, which flows around them evenly and heats the reactor tubes along its entire length; for physical reasons, a negative temperature gradient arises from top to bottom (in the flow direction) (warmer at the top than below); temperature uniformity in a horizontal plane is significantly improved over conventional reformers; the variation of the burner power does not qualitatively change the heat transfer.
  • FIG. 1 schematically illustrates in plan view a section through a reformer (1) according to the invention, which comprises a furnace chamber (2) in which reactor tubes (3) are arranged, which are configured to be traversed by a reaction gas, wherein the furnace chamber (2) with pore or surface burners (4) is heated.
  • Each pore or surface burner (4) is formed linearly in the sense of a burner trough, wherein each 10 burner heads (5) along the main extension direction of the pore or surface burner (4) are evenly distributed. In this way, the 10 burner heads (5) of each pore or surface burner (4) are arranged in rows.
  • the reactor tubes (3) are also vertically arranged in several rows (6), wherein between two adjacent rows (6) each have a lane (7), above which the pore or surface burner (4) in parallel alignment with the rows (6) is arranged. Two adjacent rows (6) are at a distance from each other (A).
  • Figure 2 illustrates schematically in plan view a section through a conventional reformer, in which the not with pore or surface burners, but with conventional diffusion burners (8) can be heated.
  • the diffusion burners thereby produce vertically downwardly directed flames which extend into the furnace chamber.
  • a significantly larger number of diffusion burners is required than in FIG. 1.
  • FIG. 3 schematically illustrates a preferred embodiment in side view as a section through a reformer (1) according to the invention.
  • three mutually parallel, vertically oriented reactor tubes (3) are arranged below the furnace roof, in which there are two pore or surface burners (4) and burner heads (5), the burned flue gas (long dashed arrows) in the furnace chamber in the Emit areas between the reactor tubes (3).
  • radiation transformers (9) flank the outlet openings of the Pore or surface burner (4) or burner heads (5) and ensure improved heat distribution (short arrows) in this upper region (B) on the reactor tubes (3).
  • Figure 4 schematically illustrates in plan view a section through a reformer (1) according to the invention, which requires less space compared to the embodiment of Figure 1. This is expressed in particular by a smaller distance (A) of adjacent rows (6) of reactor tubes (3).
  • FIG. 5 schematically illustrates a preferred pore or surface burner (4) according to the invention, which is equipped with a burner hood (10).
  • Figure 5A shows a side perspective view
  • Figure 5B is a perspective view from below.
  • FIG. 5A shows a total of three burner heads (5) on the side facing away from the furnace chamber.
  • FIG. 5B shows these three burner heads (5) on the side facing the furnace chamber with the respective burner surfaces (11).
  • the three burner surfaces (11) are surrounded by a thermal insulation (12) and a flange surface (13), which serves for fastening the pore or surface burner (4) on the furnace roof.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reformer, vorzugsweise einen Dampfreformer, welcher einen Ofenraum umfasst, in dem Reaktorrohre angeordnet sind. Die Reaktorrohre sind dazu konfiguriert, von einem Reaktionsgas durchströmt zu werden. Der Ofenraum ist außerdem mit Poren- bzw. Flächenbrennern ausgerüstet und kann mit diesen Poren- bzw. Flächenbrennern vorzugsweise von oben beheizt werden.

Description

Reformer mit Poren- bzw. Flächenbrennern
[0001] Die Erfindung betrifft einen Reformer, vorzugsweise einen Dampfreformer, welcher einen Ofenraum umfasst, in dem Reaktorrohre angeordnet sind. Die Reaktorrohre sind dazu konfiguriert, von einem Reaktionsgas durchströmt zu werden. Der Ofenraum ist außerdem mit mehreren Poren- bzw. Flächenbrennern ausgerüstet und kann mit diesen Poren- bzw. Flächenbrennern vorzugsweise von oben beheizt werden.
[0002] Die notwendige Wärme zum Betreiben von Reformern wird üblicherweise über eine deckenbefeuerte Anordnung der Brenner an die Reaktorrohre (Reaktionsrohre, Reformerrohre) übertragen. Als Brenngas wird zumeist Erdgas oder eine Mischung von Erdgas und Prozessgasen verwendet, welche z.B. H2, CO, C02 und Kohlenwasserstoffe enthalten können.
[0003] Reformer zur Propandehydrierung (PDH) unterscheiden sich gegenüber Steam Reformern dahingehend, dass sie eine deutlich geringere Reaktionsraumhöhe haben. Des Weiteren kommt hinzu, dass neben der Hauptreaktion (Dehydrierung von Propan zu Propylen) auch diverse Nebenreaktionen auftreten (z.B. Cracking). Die geringe Bauhöhe des Reaktionsraums (Länge des Reaktorrohrs) hat zur Folge, dass die Flammenlängen der Diffusionsflammen der Strahlbrenner bei einer geringen Brenneranzahl (Verhältnis Reaktorrohre/Brenner pro Reihe von z.B. 4) zu groß sind, so dass die Temperaturverteilung im Reformer sehr ungleichmäßig wird. Es kommt dabei zu einer geringeren Beheizung der Reaktorrohre im oberen Bereich und zu einer stärkeren Beheizung im unteren Bereich. Die resultierenden heißeren Bereiche haben zu hohe Wandtemperaturen zur Folge, welche zum Bruch des Katalysators führen können. Des Weiteren nehmen bei zu hohen Temperaturen die Nebenreaktionen zu, so dass es zu Verkokung und damit zu einer schnelleren Deaktivierung des Katalysators kommt und die Propylenselektivität verringert wird.
[0004] Konventionelle Reformer haben einen vergleichsweise hohen Platzbedarf, weil gewisse Mindestabstände zwischen den Diffusionsflammen der Strahlbrenner und den Reaktorrohren eingehalten werden müssen. Konventionelle Reformer benötigen häufig mehrere hundert Brenner für häufig mehr als tausend Reaktorrohre. Daher ist die Forderung nach einer gleichmäßigen Wärmebeaufschlagung im Produktionsbetrieb nicht annährend umsetzbar. Vielmehr lassen sich in konventionellen Reformern Zonen mit Hot Spots und Zonen mit kühleren Bereichen an der Katalysatoraußenwand nicht vermeiden, was einen nachteiligen Einfluss auf das Verhalten des Katalysators hat (Bruch durch Überhitzung und/oder unterschiedlicher Ausdehnung, Deaktivierung des Katalysators, etc.).
[0005] DE 199 21 420 AI offenbart Rohrreformer, denen über ihre gesamte Länge Heizrohre, wie Strahlungsrohre mit Innenbrenner oder rohrförmige Poren- bzw. Flächenbrenner in dem die Strahlungsenergie ausnutzenden Rohrabstand zugeordnet sind. Der Reformer ist dabei als Doppelrohr ausgebildet mit konzentrischer Anordnung von Dampf-/Feedzuführung, Zuführung eines Oxidationsträgers und Abführung des reformierten Synthesegases, wobei eine Rohroberfläche von einem porösen, ggf. keramischen Rohr gebildet ist zur flammenlosen Verbrennung in der Betriebslage an dessen Oberfläche. Der Wärmetransport erfolgt dabei hauptsächlich durch Festkörperstrahlung und nur zu einem sehr geringen Anteil durch Gasstrahlung. Diese Anordnung hat einen großen Platzbedarf, ist konstruktiv vergleichsweise aufwändig und daher kostenintensiv, da jedes Reaktorrohr als Doppelrohr ausgebildet und über seine gesamte Länge von Heizrohren umgeben ist. Mit dieser Konstruktion ist es kaum oder überhaupt nicht realisierbar, dass ein einzelner Brenner eine Vielzahl von Reaktorrohren beheizt.
[0006] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Reformer bereitzustellen, welche die Nachteile konventioneller Reformer überwinden. Die Reformer sollten sich durch eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung auszeichnen, wobei die Temperatur einfach, gut und sicher regelbar sein sollte. Ferner sollten die Reformer mit einem geringen Platzbedarf auskommen und möglichst energieeffizient sowie möglichst wenig wartungsintensiv sein. Die Reformer sollten sich u.a. für die Durchführung von Dehydrierungsreaktionen eignen, bei denen Reaktoren in Form von einem Bündel von Rohren beheizt werden. Bezüglich der Energieverteilung sollte dabei etwa 2/3 der notwendigen Energie im ersten Drittel des Reaktorrohres eingekoppelt werden, was mit der herkömmlichen Diffusions- brennerkonfiguration nicht zu erzielen ist.
[0007] Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Patentansprüche gelöst.
[0008] Es wurde überraschend gefunden, dass Reformer mit Poren- bzw. Flächenbrennern beheizt werden können. Auf diese Weise wird eine deutlich verbesserte, gleichmäßige Temperaturverteilung im Ofenraum gewährleistet und die Ausbildung von Hot Spots und Zonen mit kühleren Bereichen an der Katalysatoraußenwand wird reduziert oder sogar vollständig unterdrückt. Infolge der verbesserten Temperaturverteilung können die Reformer kompakter gebaut werden, weshalb sie einen deutlich verringerten Platzbedarf haben. Diese wirkt sich u.a. vorteilhaft auf den Materialeinsatz und die Energieeffizienz aus.
[0009] Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Reformer, vorzugsweise einen Dampfreformer, welcher einen Ofenraum umfasst, in dem Reaktorrohre angeordnet sind. Die Reaktorrohre sind dazu konfiguriert, von einem Reaktionsgas durchströmt zu werden. Der Ofenraum ist außerdem mit Poren- bzw. Flächenbrennern ausgerüstet und kann mit diesen Poren- bzw. Flächenbrennern vorzugsweise von oben beheizt werden.
[0010] Im Vergleich zu herkömmlichen Reformern, insbesondere herkömmlichen Dampfreformern, sind bei dem erfindungsgemäßen Reformer flammengeführte Diffusionsbrenner (Düsenbrenner) durch Poren- bzw. Flächenbrenner ersetzt, welche vorzugsweise flächig ausgebildet sind im Sinne von Flächenbrennern. Dabei erfolgt die Wärmeübertragung fast ausschließlich durch Gasstrahlung und nur zu einem sehr geringen Anteil durch Konvektion und Festkörperstrahlung; das den Poren- bzw. Flächenbrenner verlassende Rauchgas durchdringt den Ofenraum und umspült dabei die Reaktorrohre, wodurch diese gleichmäßig beheizt werden. Bei gleicher Leistung aller Poren- bzw. Flächenbrenner bildet sich dabei aus physikalischen Gründen ein negativer Temperaturgradient in Strömungsrichtung aus (oben wärmer als unten), während die Temperaturen in horizontaler Ebene über den kompletten Ofenraum relativ konstant sind.
[0011] Reaktorrohre (Reaktionsrohre, Reformerrohre) im Sinne der Erfindung sind die von einem Reaktionsgas durchströmten Gebilde, in denen die chemische Umsetzung des Reaktionsgases erfolgt. Da diese chemische Umsetzung meist katalytisch erfolgt, sind die Reaktorrohre bevorzugt mit einem Katalysator oder mit einem Gemisch mehrerer Katalysatoren befüllt, welche ggf. auf einem Träger aufgebracht sein können. Geeignete Katalysatoren sind einem Fachmann bekannt. Die Wandung der Reaktorrohre ist bevorzugt aus Metall. Es sind jedoch grundsätzlich auch andere Materialien einsetzbar, beispielsweise Keramiken. Geeignete Materialien sind einem Fachmann bekannt.
[0012] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der erfindungsgemäße Reformer mindestens 100 oder mindestens 200 Reaktorrohre, bevorzugter mindestens 300 oder mindestens 400 Reaktorrohre, noch bevorzugter mindestens 500 oder mindestens 600 Reaktorrohre, am bevorzugtesten mindestens 700 oder mindestens 800 Reaktorrohre, und insbesondere mindestens 900 oder mindestens 1000 Reaktorrohre, welche vorzugsweise allesamt gemeinsam in einem Ofenraum angeordnet sind.
[0013] Durchmesser und Länge der Reaktorrohre hängen von der chemischen Umsetzung ab, welche in dem Reformer erfolgen soll. Typische Innendurchmesser der Reaktorrohre liegen im Bereich von 5 bis 15 cm, bevorzugter 8 bis 12 cm. Typische beheizte Längen der Reaktorrohre liegen im Bereich von 1 m bis 5 m, bevorzugter 2 m bis 3 m.
[0014] Bevorzugt sind die Reaktorrohre im Wesentlichen parallel zueinander und/oder im Wesentlichen vertikal angeordnet. Besonders bevorzugt sind die Reaktorrohre in mehreren Reihen angeordnet, wobei die einzelnen Reaktorrohre innerhalb einer Reihe bevorzugt parallel zueinander und/oder vertikal angeordnet sind und wobei die Reihen im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, so dass zwischen den Reihen von Reaktorrohren Gassen gebildet werden. Besonders bevorzugt sind dann die Poren- bzw. Flächenbrenner oberhalb der Gassen, bevorzugt entlang der Gassen angeordnet, so dass auch die Poren- bzw. Flächenbrenner in Reihen angeordnet sind. In der Draufsicht ergibt sich dann bevorzugt eine Abfolge paralleler Reihen aus Reaktorrohren - Poren- bzw. Flächenbrennern - Reaktorrohren - Poren- bzw. Flächenbrennern usw. In der seitlichen Ansicht sind die Poren- bzw. Flächenbrenner bevorzugt oberhalb der Oberseite der Reaktorrohre angeordnet, d.h. die Poren- bzw. Flächenbrenner erstrecken sich nicht über die Länge der Reaktorrohre. Der Wärmeeintrag erfolgt somit bevorzugt ausschließlich von oben, wobei dabei das in den Ofenraum von oben einströmende Rauchgas die Reaktorrohre erreicht, diese umspült und auf diese Weise beheizt.
[0015] Sind die Reaktorrohre in Reihen angeordnet, so beträgt der kürzeste Abstand A zwischen zwei benachbarten Reihen von Reaktorrohren bevorzugt höchstens 180 cm oder höchstens 160 cm, bevorzugter höchstens 140 cm oder höchstens 120 cm, noch bevorzugter höchstens 100 cm oder höchstens 80 cm, wobei jeweils der Mittelpunkt der Quer- schnittsfläche der Reaktorrohre für die Bestimmung des Abstands A zugrunde gelegt wird. Aufgrund der außerhalb des Ofenraums stattfindenden, praktisch flammenlosen Verbrennung ist es nicht notwendig, die Distanz zu den Reaktorrohren zu halten um Hot Spots durch Flammenberührung zu vermeiden, wie sie bei Diffusionsbrennern auftreten können. Dies führt zu ganz erheblichen möglichen Einsparungen mit Bezug auf den Bauraum. So kann die Distanz zwischen Reaktorrohr und Brenner ggf. halbiert werden.
[0016] Reaktionsgas im Sinne der Erfindung ist grundsätzlich jedes Gas oder Gasgemisch, welches in einer Gasphasenreaktion, vorzugsweise katalytisch umgesetzt werden kann. Bevorzugte Reaktionsgase umfassen Propan, welches katalytisch zu Propen und Wasserstoff dehydriert wird; sowie Erdgas, welches katalytisch zu Synthesegas umgesetzt wird, wobei aus dem Synthesegas anschließend Folgeprodukte wie z.B. Ammoniak oder Methanol gewonnen werden können. Typische Gaszusammensetzungen umfassen z.B. (i) H2 83%, CH4 5%, C2H6 3,5%, C02 7%, Rest 1,5%; oder (ii) H2 49%, CH4 45%, C2H6 3,7%, Rest 2,3%.
[0017] Poren- bzw. Flächenbrenner im Sinne der Erfindung sind einem Fachmann bekannt. Es handelt sich um Gasbrenner besonderer Bauform, bei denen die Verbrennungsreaktion des vorgemischten Brennstoff-Luft-Gemisches in einer porösen Struktur und nicht in einer offenen Flamme abläuft. Das Resultat ist eine flammenlose, volumetrische Verbrennung, welche mitunter auch als "glühender Schaum" bezeichnet wird. Da auf eine austretende freie Flamme verzichtet wird, weisen Poren- bzw. Flächenbrenner im Unterschied zu herkömmlichen Diffusionsbrennern keinen Brennraum auf, sondern einen Reaktor, welcher eine große Anzahl von kleinen, mit Keramikschaum oder anderen Strukturen gefüllten Reaktoren umfasst. Hierbei findet die Verbrennung innerhalb einer keramischen oder metallischen porösen Matrix statt. Dadurch, dass der Abgasstrom immer wieder geteilt und zusammengeführt wird, wird der Wärmeübergang von der Flamme auf die poröse Struktur verbessert. Der Brenner gibt einen in der Temperatur sehr homogenen Rauchgasstrom ab, der zunächst die Wärme hauptsächlich durch Gasstrahlung an die Umgebung abgibt und nur zu geringen Teilen durch Konvektion und Festkörperstrahlung.
[0018] Der erfindungsgemäße Poren- bzw. Flächenbrenner umfasst bevorzugt zwei Zonen, eine Sperrzone, welche vergleichsweise kleinen Poren enthält, sowie eine Reaktionszone, welche bevorzugt größer als die Sperrzone ist und vergleichsweise größere Poren bzw. Hohlräume enthält. Die kleinen Poren der Sperrzone sind bevorzugt so gewählt, dass eine Entzündung des Brennstoff-Luft-Gemisches nicht möglich ist. Ebenso dient die Sperrzone als Flammensperre, um Rückzündungen und Flammenrückschlägen bei niedrigen Beladungen oder niedrigen Gas-Luft-Strömen vorzubeugen. In der an die Sperrzone angeschlossenen Reaktionszone wird die Verbrennung stabilisiert. Die guten Wärmetransporteigenschaften des porösen Mediums verhindern das Abheben der Flamme bei hohen Beladungen oder hohen Gas-Luft-Strömen. Da Flammenabhebung und Flammenrückschlag verhindert werden, kann die Leistung des Poren- bzw. Flächenbrenners in einem weiten Bereich moduliert werden, typischerweise z.B. 1 :4. Es resultiert ein kompaktes, emissionsarmes Verbrennungssystem mit hoher Leistungsdichte und Energieeffizienz.
[0019] Während konventionelle Brennersysteme durch inhomogene, strömungsstabilisierte Reaktionszonen mit lokalen Temperaturspitzen und hohen Emissionen charakterisiert werden, erlaubt der erfindungsgemäße Poren- bzw. Flächenbrenner homogene Temperaturbereiche bei einer höheren Leistungsdichte mit einer größeren Dynamik sowie den Einsatz von Brennstoffen mit niedrigem Heizwert (wie z.B. Deponiegas). Im Vergleich zu herkömmlichen Diffusionsbrennern hat der erfindungsgemäße Poren- bzw. Flächenbrenner u.a. den Vorteil, dass er einen homogenen und stabilen Verbrennungsprozess in einem Reaktor zulässt, wodurch eine signifikante Beschleunigung der Verbrennungsreaktion erreicht wird.
[0020] Im Vergleich zu herkömmlichen Diffusionsbrennern weisen die erfindungsgemäßen flammenlosen Poren- bzw. Flächenbrenner im erfindungsgemäßen Reformer eine Reihe von Vorteilen auf: Die Energiedichten sind sehr hoch; der Festkörperstrahlungsanteil ist im gesamten Leistungsbereich mit einer Strahlertemperatur von bis zu 1400 °C sehr hoch; bezüglich der Leistung ist eine hohe Modulationsfähigkeit gewährleistet; die Temperaturverteilung über den Brennraumquerschnitt ist sehr homogen; die Verteilung des Rauchgases (Abgases) über den Brennraumquerschnitt ist sehr homogen; und es treten keine freien Flammen aus, welche lokal zu Überhitzungen führen. Die Folge sind minimale Emissionen (CO und NOx); gleichmäßige Emission von heißen Rauchgasen (Abgasen) und Festkörperstrahlung über die gesamte Brennerfläche; Vermeidung von lokalen Überhitzungen; Verzicht auf Flammen im Brennraum, Ausbrandlänge sowie Flammenstabilisierungszone; Anpassung der Brennergeometrie an das zu beheizende Gut; stufenlose Modulation der Brennerleistung; keine wesentliche Veränderung der Strömungsund Temperaturfelder im Modulationsbereich; Verbesserung des Wärmeübergangs und damit Energieeinsparungen (z.B. bis zu 60%); Reduktion der C02 Emissionen; Erhöhung der Produktqualität; Erhöhung des Produktdurchsatzes; Reduktion der Schallemissionen; Verbesserung der Arbeitsbedingungen und der Ergonomie. [0021] Die erfindungsgemäßen Poren- bzw. Flächenbrenner können in ihrer Form sehr variabel gestaltet werden. Es ist möglich, die Poren- bzw. Flächenbrenner als Brennerrinnen entlang einer Gasse der Reaktorrohre zu installieren. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass entlang einer Rinne nur eine begrenzte Anzahl von Zündpunkten (2 bis 3 elektrische Zündungen) und ebenso nur eine geringe Anzahl von Überwachungselementen für eine umfängliche Überwachung notwendig sind. Dieses führt zu erheblichen Einsparungen bei der Instrumentierung eines Reformers.
[0022] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jeder Poren- bzw. Flächenbrenner mehrere Brennerköpfe, über welche die erzeugte Wärme austritt.
[0023] Bevorzugt umfasst jeder Poren- bzw. Flächenbrenner mindestens 3 Brennerköpfe, bevorzugter mindestens 4, noch bevorzugter mindestens 5, am bevorzugtesten mindestens 6 und insbesondere mindestens 7, mindestens 8, mindestens 9, mindestens 10, mindestens 11 oder mindestens 12 Brennerköpfe.
[0024] Dabei sind die mehreren Brennerköpfe vorzugsweise entlang der Haupterstreckungs- richtung des Poren- bzw. Flächenbrenners verteilt, besonders bevorzugt linienförmig. Bevorzugt beträgt das Aspektverhältnis (Länge zu Breite) jedes Poren- bzw. Flächenbrenners mindestens 3: 1, bevorzugter mindestens 4: 1 und insbesondere mindestens 5: 1. Ein typischer erfindungsgemäßer Poren- bzw. Flächenbrenner hat beispielsweise eine Länge von 4 m und eine Breite von 70 cm, wobei entlang der Haupterstreckungsrichtung 10 individuelle Brennerköpfe mit einer Länge von jeweils 40 cm und einer Breite von 70 cm angeordnet sind.
[0025] In einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Poren- bzw. Flächenbrenner bzw. deren Brennerköpfe in Reihen angeordnet und bilden dabei bevorzugt eine Brennerrinne.
[0026] Sind die Poren- bzw. Flächenbrenner in Reihen angeordnet, so beträgt der kürzeste Abstand C zwischen zwei benachbarten Reihen von Poren- bzw. Flächenbrennern bevorzugt höchstens 180 cm oder höchstens 160 cm, bevorzugter höchstens 140 cm oder höchstens 120 cm, noch bevorzugter höchstens 100 cm oder höchstens 80 cm, wobei jeweils die Mittelachse der dem Ofenraum zugewandten Querschnittsfläche der Poren- bzw. Flächenbrenner für die Bestimmung des Abstands C zugrunde gelegt wird. [0027] In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Poren- bzw. Flächenbrenner so angeordnet, dass sie den Ofenraum von oben beheizen, d.h. die Wärmeaustritte der Porenbzw. Flächenbrenner bzw. Brennerköpfe sind so ausgerichtet, dass sie die Wärme von oben nach unten in den Ofenraum abgeben (deckenbefeuerte Anordnung der Brenner an die Reaktorrohre). Dazu können die Poren- bzw. Flächenbrenner in die Decke des Ofenraums integriert oder alternativ unterhalb der Decke des Ofenraums angeordnet sein. Das verbrannte Rauchgas strömt dann von oben in den Ofenraum und beheizt die Reaktorrohre insbesondere durch Gasstrahlung. Die auf der Ofendecke montierten Brenner emittieren, gleichmäßig über die Brennerfläche verteilt, die heißen Verbrennungsgase in den Ofenraum. Die Reaktorrohre werden also mit einem in Strömungsrichtung des Abgases negativen Temperaturgradienten (oben wärmer als unten) von den heißen Abgasen umspült. Die Wärmeübertragung geschieht dabei durch vor allem durch Gasstrahlung und nur zu einem sehr geringen Anteil durch Festkörperstrahlung und Konvektion ohne, dass es zu lokalen Überhitzungen aufgrund auftreffender Flammen kommen kann. Die Reaktorrohre befinden sich bildlich gesprochen in einem heißen Abgasbad, welches aufgrund der flächigen Einströmung eine gegenüber den Diffusionsbrennern mit Flamme deutlich höhere Homogenität mit Bezug auf die Temperaturen aufweist. Damit gelingt es die Reaktorrohre mit einem hohen mittleren Wärmeübergang zu erwärmen. Des Weiteren wird die meiste Wärme im Bereich der größten Reaktionsrate der endothermen Hauptreaktion des Reaktionsgases im oberen Bereich der Reaktorrohre eingebracht. Die gleichmäßige Temperaturverteilung beugt einer Schädigung des Katalysators vor.
[0028] Bei den erfindungsgemäßen Poren- bzw. Flächenbrennern handelt es sich vorzugsweise um vollvormischende Gasbrenner.
[0029] Bevorzugt haben die erfindungsgemäßen Poren- bzw. Flächenbrenner eine Energiedichte von mindestens 120 kW/m2, bevorzugter mindestens 250 kW/m2 noch bevorzugter mindestens 300 kW/m2.
[0030] Bevorzugt erzeugen die erfindungsgemäßen Poren- bzw. Flächenbrenner eine Strahlungstemperatur von mindestens 800°C, bevorzugter mindestens 1000°C und noch bevorzugter mindestens 1400°C erzeugen. [0031] In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Wärmeaustritte der Poren- bzw. Flächenbrenner entlang eines oberen Bereichs B der Reaktorrohre seitlich von Strahlungstransformatoren flankiert. Durch solche speziell positionierten Strahlungstransformatoren, beispielsweise Strahlungsbleche oder Strahlungsplatten, welche zum Beispiel parallel zu den oberen Teilen der Reformerrohre angeordnet sein können, kann die Wärmestromdichte durch die lokale Erhöhung des Strahlungsanteils gezielt im benötigten Bereich erhöht werden. Die Strahlungsbleche können mit Langlöchern versehen sein, so dass sie, entsprechend der betrieblichen Anforderungen, in der Höhe justiert werden können. Neben den genannten Strahlungsblechen und Strahlungsplatten ist erfindungsgemäß auch möglich, die Strahlungstransformatoren aus hoch wärmeleitenden Metallschäumen auszubilden. Der obere Bereich B macht dabei bevorzugt höchstens 50% der Längserstreckung der Reaktorrohre aus, bevorzugter höchstens 40%, noch bevorzugter höchstens 30%> und insbesondere höchstens 20%>.
[0032] In einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Poren- bzw. Flächenbrenner in Reihen angeordnet und die so gebildeten Brennerlinien sind mit Brennerhauben versehen. Die Brennerhauben sind dann bevorzugt auf der Ofendecke montiert. Die Brennerhauben haben einerseits den Vorteil, dass die thermische Trennung der Poren- bzw. Flächenbrenner vom heißen Ofenraum sichergestellt ist und andererseits der Einbau und Austausch von Zündbrennern vereinfacht wird. Dies bietet Vorteile bei der Montage und der Wartung der Systeme.
[0033] Bevorzugt liegt das Zahlenverhältnis von Poren- bzw. Flächenbrennern zu Reaktorrohren im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 100, bevorzugter 1 :3 bis 1 :30, noch bevorzugter 1 :5 bis 1 :25, am bevorzugtesten 1 :8 bis 1 :22 und insbesondere 1 : 10 bis 1 :20.
[0034] Bevorzugt liegt das Zahlenverhältnis von Brennerköpfen zu Reaktorrohren im Bereich von 1 : 1 bis 1 :50, bevorzugter 1 : 1 bis 1 :20, nach bevorzugter 1 : 1 bis 1 : 10, am bevorzugtesten 1 : 1 bis 1 :7 und insbesondere 1 : 1 bis 1 :5.
[0035] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer Gasphasenreaktion umfassend das Durchleiten eines Reaktionsgases durch die Reaktorrohre eines vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Reformers und das Beheizen des Ofenraums mit den Poren- bzw. Flächenbrennern. [0036] Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Verbrennungsluft nicht vorgewärmt. Bei Normalbetrieb liegt die Luftzahl bevorzugt im Bereich von 1,0 bis 2, bevorzugter 1,0 bis 1,2.
[0037] Alle bevorzugten Ausführungsformen, welche vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Reformer beschrieben wurden, gelten analog auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
[0038] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Reformers zur Durchführung des vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Poren- bzw. Flächenbrenners zum Beheizen eines Reformers, bevorzugt eines vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Reformers.
[0039] Alle bevorzugten Ausführungsformen, welche vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Reformer bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden, gelten analog auch für die erfindungsgemäßen Verwendungen.
[0040] Zusammenfassend bietet der erfindungsgemäße Austausch herkömmlicher Diffusionsbrenner durch erfindungsgemäße Poren- bzw. Flächenbrenner für Reformer u.a. folgende Vorteile: Reduzierung der einzeln einzustellenden und anzusteuernden Brenner; Reduzierung der notwendigen Breite des "Ofens" d.h. signifikante Verringerung der Grundfläche; keine Flammen im Bereich der Reaktorrohren, die zu unerwünschten lokalen Überhitzungen führen oder den gewünschten Wärmeeintrag im oberen Bereich nicht ermöglichen; die Brenner emittieren nur heißes Abgas zwischen die Reaktorrohre, welches diese gleichmäßig umspült und die Reaktorrohre auf der gesamten Länge erwärmt; aus physikalischen Gründen stellt sich dabei ein negativer Temperaturgradient von oben nach unten (in Strömungsrichtung) ein (oben wärmer als unten); die Temperaturgleichmäßigkeit in einer horizontalen Ebene wird gegenüber herkömmlichen Reformern deutlich verbessert; die Variation der Brennerleistung verändert nicht qualitativ den Wärmeübergang. [0041] Die Erfindung wird nachfolgend durch die Figuren 1 bis 5 näher erläutert. Ein Fachmann erkennt, dass die in den Figuren erläuterten Ausführungsformen der Erfindung nicht einschränkend auszulegen sind und dass bestimmte Merkmale für die Funktionsweise der Erfindung nicht wesentlich sind, so dass diese Merkmale nicht zwingend verwirklicht sein müssen, sondern ggf. auch weggelassen werden können.
[0042] Figur 1 illustriert schematisch in der Draufsicht einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Reformer (1), welcher einen Ofenraum (2) umfasst, in dem Reaktorrohre (3) angeordnet sind, welche dazu konfiguriert sind, von einem Reaktionsgas durchströmt zu werden, wobei der Ofenraum (2) mit Poren- bzw. Flächenbrennern (4) beheizbar ist. Jeder Poren- bzw. Flächenbrenner (4) ist linienförmig im Sinne einer Brennerrinne ausgebildet, wobei jeweils 10 Brennerköpfe (5) entlang der Haupterstreckungsrichtung des Poren- bzw. Flächenbrenners (4) gleichmäßig verteilt sind. Auf diese Weise sind die 10 Brennerköpfe (5) jedes Poren- bzw. Flächenbrenners (4) in Reihen angeordnet. Die Reaktorrohre (3) sind vertikal ebenfalls in mehreren Reihen (6) angeordnet, wobei sich zwischen zwei benachbarten Reihen (6) jeweils eine Gasse (7) befindet, oberhalb welcher der Poren- bzw. Flächenbrenner (4) in paralleler Ausrichtung zu den Reihen (6) angeordnet ist. Zwei benachbarte Reihen (6) weisen zueinander den Abstand (A) auf.
[0043] Zum Vergleich illustriert Figur 2 schematisch in der Draufsicht einen Schnitt durch einen herkömmlichen Reformer, bei dem der nicht mit Poren- bzw. Flächenbrennern, sondern mit herkömmlichen Diffusionsbrennern (8) beheizbar ist. Die Diffusionsbrenner erzeugen dabei vertikal nach unten gerichtete Flammen, welche sich in den Ofenraum hinein erstrecken. Um eine ausreichende Beheizung der Reaktorrohre zu gewährleisten, ist eine deutlich größere Anzahl von Diffusionsbrennern erforderlich als in Figur 1.
[0044] Figur 3 illustriert schematisch eine bevorzugte Ausführungsform in der Seitenansicht als Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Reformer (1). Dabei sind drei parallel zueinander, vertikal ausgerichtete Reaktorrohre (3) unterhalb der Ofendecke angeordnet, in welcher sich zwei Poren- bzw. Flächenbrenner (4) bzw. Brennerköpfe (5) befinden, die verbranntes Rauchgas (lange gestrichelte Pfeile) in den Ofenraum in die Bereiche zwischen den Reaktorrohren (3) emittieren. Dabei flankieren in der gezeigten Ausführungsform im oberen Bereich (B) der Reaktorrohre (3) Strahlungstransformatoren (9) die Austrittsöffnungen der Poren- bzw. Flächenbrenner (4) bzw. Brennerköpfe (5) und gewährleisten eine verbesserte Wärmeverteilung (kurze Pfeile) in diesem oberen Bereich (B) auf die Reaktorrohre (3).
[0045] Figur 4 illustriert schematisch in der Draufsicht einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Reformer (1), welcher im Vergleich zu der Ausführungsform gemäß Figur 1 einen geringeren Platzbedarf auskommt. Dies kommt insbesondere durch einen geringeren Abstand (A) benachbarter Reihen (6) von Reaktorrohren (3) zum Ausdruck.
[0046] Figur 5 illustriert schematisch einen bevorzugten, erfindungsgemäßen Poren- bzw. Flächenbrenner (4), welcher mit einer Brennerhaube (10) ausgerüstet ist. Figur 5A zeigt eine seitlich perspektivische Ansicht, Figur 5B eine perspektivische Ansicht von unten. Figur 5A zeigt insgesamt drei Brennerköpfe (5) auf der dem Ofenraum abgewandten Seite. Figur 5B zeigt diese drei Brennerköpfe (5) auf der dem Ofenraum zugewandten Seite mit den jeweiligen Brennerfiächen (11). Die drei Brennerflächen (11) sind von einer Wärmedämmung (12) sowie einer Flanschfläche (13) umgeben, welche zur Befestigung des Poren- bzw. Flächenbrenners (4) auf der Ofendecke dient.
[0047] Bezugszeichenliste :
(1) Reformer
(2) Ofenraum
(3) Reaktorrohr
(4) Poren- bzw. Flächenbrenner
(5) Brennerkopf
(6) Reihen
(7) Gassen
(8) Diffusionsbrenner
(9) Strahlungstransformator
(10) Brennerhaube
(11) Brennerfläche
(12) Wärmedämmung
(13) Flanschfiäche

Claims

Patentansprüche :
1. Ein Reformer (1) umfassend einen Ofenraum (2), in dem Reaktorrohre (3) angeordnet sind, welche dazu konfiguriert sind, von einem Reaktionsgas durchströmt zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofenraum (2) mit Poren- bzw. Flächenbrennern (4) beheizbar ist.
2. Der Reformer (1) nach Anspruch 1, wobei jeder Poren- bzw. Flächenbrenner (4) mehrere Brennerköpfe (5) umfasst.
3. Der Reformer (1) nach Anspruch 2, wobei jeder Poren- bzw. Flächenbrenner (4) mindestens drei Brennerköpfe (5) umfasst.
4. Der Reformer (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die mehreren Brennerköpfe (5) linienförmig entlang der Haupterstreckungsrichtung des Poren- bzw. Flächenbrenners (4) verteilt sind.
5. Der Reformer (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Poren- bzw.
Flächenbrenner (4)
- in Reihen angeordnet sind und/oder
- den Ofenraum von oben beheizen.
6. Der Reformer (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Poren- bzw.
Flächenbrenner (4)
- vollvormischende Gasbrenner sind; und/oder
- eine Energiedichte von mindestens 120 kW/m2 haben; und/oder
- eine Strahlungstemperatur von mindestens 800°C erzeugen.
7. Der Reformer (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Reaktorrohre (3)
- im Wesentlichen parallel zueinander und/oder
- im Wesentlichen vertikal angeordnet sind.
8. Der Reformer (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Reaktorrohre (3) in Reihen (6) angeordnet sind, welche im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, so dass zwischen den Reihen (6) von Reaktorrohren (3) Gassen (7) gebildet werden.
9. Der Reformer (1) nach Anspruch 8, wobei die Poren- bzw. Flächenbrenner (4) oberhalb der Gassen (7) angeordnet sind.
10. Der Reformer (1) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der kürzeste Abstand A zwischen zwei benachbarten Reihen (6) höchstens 180 cm beträgt.
11. Der Reformer (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Wärmeaustritte der Poren- bzw. Flächenbrenner (4) entlang eines oberen Bereichs B der Reaktorrohre (3) seitlich von Strahlungstransformatoren (9) flankiert werden.
12. Der Reformer (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Zahlenverhältnis von Poren- bzw. Flächenbrennern (4) zu Reaktorrohren (3) im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 100 liegt.
13. Der Reformer (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei das Zahlenverhältnis von Brennerköpfen (5) zu Reaktorrohren (3) im Bereich von 1 : 1 bis 1 :50 liegt.
14. Ein Verfahren zur Durchführung einer Gasphasenreaktion umfassend das Durchleiten eines Reaktionsgases durch die Reaktorrohre (3) eines Reformers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und das Beheizen des Ofenraums (2) mit den Poren- bzw. Flächenbrennern (4).
15. Verwendung eines Reformers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 14.
16. Verwendung eines Poren- bzw. Flächenbrenners (4) definiert wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Beheizen eines Reformers (1).
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