WO2018134040A1 - Dampfreformer und verfahren zur herstellung eines dampfreformers - Google Patents

Dampfreformer und verfahren zur herstellung eines dampfreformers Download PDF

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WO2018134040A1
WO2018134040A1 PCT/EP2018/025013 EP2018025013W WO2018134040A1 WO 2018134040 A1 WO2018134040 A1 WO 2018134040A1 EP 2018025013 W EP2018025013 W EP 2018025013W WO 2018134040 A1 WO2018134040 A1 WO 2018134040A1
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reaction tubes
steam reformer
manifold
plane
connecting lines
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Christian KOKISCH
Darpankumar Gandhi
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Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
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    • 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
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/062—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes being installed in a furnace
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/067—Heating or cooling the reactor
    • 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
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step

Definitions

  • the invention relates to a steam reformer and a method for producing a corresponding steam reformer according to the preambles of the respective
  • Reaction tubes have, which are guided substantially vertically through ceiling and / or wall-fired combustion chambers and flows through from top to bottom.
  • the reaction tubes are typically arranged in several rows and open at their lower end in each case in a substantially horizontal collecting tube (English “Cold Collector”, hereinafter referred to as "first” header).
  • the first manifolds of the individual rows of reaction tubes open into a second manifold (English: “Cross Collector”, hereinafter referred to as "second” manifold), which is arranged substantially transversely to the first manifolds and the effluent from the reaction tubes and in the first manifolds derived reaction gases of the steam reforming for treatment derived.
  • each reaction tube When creating a reformer, each reaction tube must be individually welded to a corresponding nozzle or a corresponding opening of the first manifolds. This prepares especially in the field due to the high
  • Connection line are connected and only this common connection line with a corresponding first collecting pipe ("cold collector") is connected.
  • first collecting pipe for example, the connections between the reaction tubes and a corresponding connection line can be prefabricated, and in the field only a connection between the connection lines and the first collection tube has to be made.
  • the number of welded joints to be produced, in particular in the field, is thus reduced by half or less in the context of the present invention compared with the prior art.
  • each reaction tube is connected directly or possibly via a corresponding intermediate piece to the first collection tube, and there is no combination of a plurality of reaction tubes, which are then connected to the first collection tube via a common connection line.
  • the present invention proposes a steam reformer with a number of substantially vertically extending reaction tubes, which are used to dissipate Reaction gases with a substantially horizontally extending first
  • reaction tubes are “substantially perpendicular"
  • the angle may be 80%, 85%, 88% or 89% to 90% due to intentional or unwanted deviations from the perpendicular.
  • substantially horizontally extending manifolds, which have an appropriate angle with or without undesirable deviations of about 0 ° to the earth's surface.
  • Corresponding tubes are also “substantially perpendicular” or “substantially horizontal” even if only the predominant part, i. more than 50%, 60%, 70%, 80% or 90% of the total tube length of a corresponding reaction tube or manifold has a corresponding direction or position.
  • Connecting lines are provided and each of the connecting lines is connected to at least two of the reaction tubes and the first manifold.
  • Air circulation conditions may exist.
  • the present invention will be described below in particular with reference to arrangements in which two reaction tubes each having a
  • Connecting line are connected.
  • each of the connecting lines with 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 or more reaction tubes may be connected, whereby the advantages of the invention can be further increased. It is also possible in the context of the present invention, for example, to connect a different number of reaction tubes with different connecting lines.
  • the present invention comprises, in particular, provided for each connection line with a coupling element, wherein each of the connection lines with a first end is connected to the coupling element and with a second, opposite end to the first manifold.
  • a corresponding coupling element can for example be prefabricated and already connected in the factory with the reaction tubes or the connecting lines. In this way, for example, a particularly high quality of welded joints can be ensured.
  • a corresponding coupling element is designed in accordance with the number of reaction tubes to be connected to a manifold.
  • connection line exactly two
  • the coupling element receives in particular a Y-shaped configuration, wherein the coupling element in the Y-shaped configuration has a trunk and two branches, which branch off from the trunk Y-shaped or fork.
  • the trunk of the coupling elements is in particular connected to the connecting line and each of the branches is connected in each case to one of the exactly two reaction tubes.
  • the compounds can be produced in particular by welding.
  • the use of the present invention reduces in particular the number of welded joints to be produced in the field. Basically, the proposed in the context of the present invention
  • the exactly two reaction tubes each comprise a first and a second reaction tube, wherein the longitudinal axes of the first reaction tubes in a first plane, the longitudinal axes of the second reaction tubes in a second plane and the longitudinal axes of the connecting line in a third plane are arranged, wherein said planes are parallel to each other and the third plane lies between the first plane and the second plane.
  • connecting lines can be used, each having an inner channel having a clear width which is smaller than a clear width of the reaction tubes.
  • Corresponding arrangements can also be found in conventional steam reforming. The reduction of the clear width of the connecting lines and thus the creation of the inner channel is carried out according to the prior art, in particular using
  • At least one taper element can be provided, in particular for creating a transition between the inner channels of the connecting lines and the reaction tubes.
  • a tapering element is a structure which is funnel-shaped and thus in particular prevents swirling at a transition between the reaction tubes and the channels.
  • Corresponding rejuvenation elements also avoid dead zones in which deposits could form due to a low gas flow. They have in particular at one end a cross-section which corresponds to the clear width of the reaction tubes and at its other end a
  • exactly one taper element can be provided in the connection lines or the coupling elements.
  • it is also possible to provide two taper elements in the coupling elements in particular if already have the coupling elements corresponding inner channels with smaller clearances than the reaction tubes.
  • the inner channel of the connecting line branches into the coupling elements.
  • At least one screen plate is provided in the connecting lines or the coupling elements, which ensures that in particular no catalyst material in the connecting line and / or
  • Coupling elements passes.
  • the first collection pipe (“cold collector”) is typically connected to a second collector pipe (“cross collector”), the second collection pipe also extending substantially horizontally but substantially transversely to the first collection pipe
  • the present invention can thus be used in all steam reformers of known type.
  • the present invention also extends to a process for producing a steam reformer having a number of reaction tubes which are substantially perpendicular and are connected to a substantially horizontally extending manifold for the discharge of reaction gases.
  • the present invention is characterized in that in the manufacture of the steam reformer for connecting the reaction tubes to the first manifold at least two substantially vertically extending connecting lines are provided and each of
  • Collecting tube are connected.
  • the invention may in particular comprise a connection by welding.
  • FIG. 1 shows schematically a tube arrangement for use in a steam reformer according to a particularly preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows the tube arrangement according to FIG. 1 in a further view.
  • FIG. 3 shows the tube arrangement according to FIG. 1 in a further view.
  • FIG. 4 shows the tube arrangement according to FIG. 1 in a further view.
  • FIG. 5 shows schematically a tube arrangement for use in a steam reformer according to a particularly preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 6 shows the tube arrangement according to FIG. 4 in a further view.
  • FIG. 7 shows the tube arrangement according to FIG. 4 in a further view.
  • FIG. 8 shows the tube arrangement according to FIG. 4 in a further view.
  • FIG. 9 shows a tube arrangement for use in a steam reformer according to a particularly preferred embodiment of the invention in a detailed view.
  • FIG. 10 shows a tube arrangement for use in a steam reformer according to a particularly preferred embodiment of the invention in a detailed view. Detailed description of the drawings
  • FIG. 1 shows a tube arrangement according to a particularly preferred embodiment
  • Embodiment of the invention illustrated schematically and designated 100 in total.
  • the tube assembly 100 is part of a device 120 referred to herein as "steam reformer" and shown in a highly schematic manner
  • the tube assembly 100 comprises a plurality of reaction tubes 1, which are arranged in the illustrated in Figure 1 embodiment of the tube assembly 100 in a plane and thus form a flat row of tubes. In the view according to FIG. 1, the row of tubes is shown parallel to the plane of the paper.
  • reaction tubes 1 Via a feed line 2, from which one of the number of reaction tubes 1 corresponding number of feeders 3 branches off, the reaction tubes 1 can each be fed to a reaction insert.
  • the reaction tubes 1 are provided in operation with a suitable catalyst for the steam reforming known type and are each flowed through from top to bottom.
  • Reaction tubes 1 via a connecting line 4 with a manifold 5 ("cold collector") connected.
  • a Y-shaped connecting element 6 is provided in each case.
  • reaction tubes 1, feed lines 3, connecting lines 4 and connecting elements 6 are provided separately with reference numbers. Due to the similarity of these elements, the respective explanations for the not separately designated elements apply accordingly.
  • the first manifold 5 opens, typically together with other, not shown in Figure 1 and lying before or behind the manifold 5 further first manifolds in a second manifold 7 ("Cross Collector").
  • the second manifold 7 leads the via the connecting lines 4 and the first manifold 6 on the reaction tubes 1 derived reaction gases of a corresponding
  • Connecting lines 4 on the one hand and the axis of the first manifold 5 on the other hand are perpendicular to each other.
  • the axis of the first manifold 5 and the axis of the second manifold 7 are perpendicular to each other.
  • FIG. 2 the same pipe arrangement is illustrated as in FIG. 1 and therefore also designated by 100.
  • an illustration of the combustion chamber 110 and the steam reformer 120 has been dispensed with.
  • the row of tubes formed from the reaction tubes 1 is shown at an angle to the plane of the paper.
  • the axes of the first manifold 5 and the second manifold 6 extend obliquely to the paper plane.
  • Figure 3 shows a partial view of Figure 2 in an enlarged view.
  • the already illustrated in Figures 1 to 3 tube assembly 100 is also illustrated in an enlarged partial view.
  • the axes of the first manifold 5 and of the second manifold 7 run in or parallel to the plane of the paper.
  • the axes of the connecting lines 4 (not visible in FIG. 4 because they are hidden by the connecting elements 6) and the reaction tubes 1 run perpendicular to the plane of the paper.
  • the axes of the reaction tubes 1 and of the first collection tube 5 are arranged in a common plane in the exemplary embodiment of the tube arrangement 100 illustrated in FIGS. 1 to 4.
  • FIGS. 1 to 4 an alternative pipe arrangement is illustrated and indicated generally at 200.
  • the tube arrangement 200 differs from the tube arrangement 100 illustrated in FIGS. 1 to 4 in that the axes of the reaction tubes 1 connected to the connecting lines 4 are arranged in two planes, one of which is above and one below a plane, in the axes the connecting lines 4 are arranged. Due to this arrangement, the reaction tubes 1 of the tube assembly 200 in the view illustrated in Figure 5, which otherwise corresponds to the view of Figure 1, partially obscure each other.
  • the Y-shaped connecting elements 6 are inclined relative to the plane of the paper. Otherwise, the explanations concerning FIGS. 1 to 4 apply correspondingly.
  • the illustration of the pipe arrangement 200 in FIG. 6 corresponds to the illustration of the pipe arrangement 100 in FIG. 2, so that reference can be made to the above explanations.
  • the two planes in which the axes of the reaction tubes 1 lie in the tube arrangement 200 run obliquely to the plane of the paper.
  • the view of the tube arrangement 200 according to FIG. 7 again corresponds to an enlarged partial view of the tube arrangement 200, but the view is rotated with respect to FIG. 6 for better clarity.
  • the first manifold 5 is not visible in Figure 7, since it is hidden by the second manifold 7.
  • connection elements 6 are rotated relative to the arrangement 100 in the pipe arrangement 200 to the axis of the first collection pipe 5.
  • Figure 10 is a sectional view through two reaction tubes 1, a
  • Connecting element 6 a connecting line 4 and a part of a first
  • Collecting tube 5 illustrated according to an embodiment of the present invention can for example in a
  • Pipe assembly 100 or 200 according to the figures 1 to 8 are used.
  • the reaction tubes 1 can with welded joints 1 1 to the
  • Connecting element 6 are connected.
  • the connecting element 6 can be connected to the connecting line 4 with a welded connection 12.
  • Other welds are designated 13, 14 and 15.
  • the connecting line 4 comprises an inner channel 41, which is surrounded by a filling material 42.
  • a transition between the interior of the reaction tubes 1 and the connecting element 6 and To allow the inner channel 41 of the connecting line 4 in fluidically favorable manner is in the illustrated in Figure 9 embodiment
  • Rejuvenation element 42 is provided. On the input side of the tapering element 42, a screen plate 43 is arranged, which prevents a displacement of the tapering element 42 and the inner channel 41.
  • FIG. 10 shows a largely corresponding view according to FIG.
  • the connecting element 4 has two screen plates 43. Even in the connecting element 4 end plates 44 are arranged.
  • Inner channel 41 extend sub-channels 61 in the connecting element 6, which are in fluid communication with both the reaction tubes 1 and with the inner channel 41 of the connecting line 4.
  • Embodiment also each a tapering element 42, as illustrated in Figure 9, be provided.
  • the taper element 42 can be replaced according to Figure 9 by a corresponding end plate 44.

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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dampfreformer (120) mit einer Anzahl von Reaktionsrohren (1), die zur Ableitung von Reaktionsgasen mit einem im Wesentlichen waagerecht verlaufenden ersten Sammelrohr (5) verbunden sind, wobei zur Verbindung der Reaktionsrohre (1) mit dem ersten Sammelrohr (5) wenigstens zwei im Wesentlichen lotrecht verlaufende Verbindungsleitungen (4) bereitgestellt sind und jede der Verbindungsleitungen (4) mit wenigstens zwei der Reaktionsrohre (1) und dem ersten Sammelrohr (5) verbunden sind. Ein Verfahren zur Herstellung eines Dampfreformers (120) ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Description

Beschreibung
Dampfreformer und Verfahren zur Herstellung eines Dampfreformers
Die Erfindung betrifft einen Dampfreformer und ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Dampfreformers gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen
unabhängigen Patentansprüche.
Stand der Technik
Verfahren und Anlagen zur Dampfreformierung sind vielfach in der Fachliteratur wie dem Artikel "Gas Production" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Onlineausgabe 2007, DOI 10.1002/14356007.a12_169.pub2, Abschnitt 2, "Steam Reforming of Natural Gas and Other Hydrocarbons", beschrieben.
Zur Dampfreformierung werden hauptsächlich Dampfreformer eingesetzt, die
Reaktionsrohre aufweisen, welche im Wesentlichen lotrecht durch decken- und/oder wandbefeuerte Brennkammern geführt sind und von oben nach unten durchströmt werden. Die Reaktionsrohre sind dabei typischerweise in mehreren Reihen angeordnet und münden an ihrem unteren Ende jeweils in ein im Wesentlichen waagerechtes Sammelrohr (engl. "Cold Collector", nachfolgend als "erstes" Sammelrohr bezeichnet). Die ersten Sammelrohre der einzelnen Reihen von Reaktionsrohren münden in ein zweites Sammelrohr (engl "Cross Collector", nachfolgend als "zweites" Sammelrohr bezeichnet), das im Wesentlichen quer zu den ersten Sammelrohren angeordnet ist und die aus den Reaktionsrohren ausströmenden und in den ersten Sammelrohren gesammelten Reaktionsgase der Dampfreformierung zur Aufbereitung ableitet.
Bei der Erstellung eines Reformers muss jedes Reaktionsrohr einzeln an einen entsprechenden Stutzen bzw. eine entsprechende Öffnung der ersten Sammelrohre angeschweißt werden. Dies bereitet insbesondere im Feld aufgrund der hohen
Anforderungen an die Qualität und Beanspruchbarkeit der Schweißverbindungen Schwierigkeiten und verursacht hohe Material- und Fertigungskosten.
Es besteht daher der Bedarf nach Verbesserungen, die insbesondere die Erstellung entsprechender Dampfreformer erleichtern. Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch einen Dampfreformer und ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Dampfreformers mit den Merkmalen der jeweiligen
unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass ein entsprechender Dampfreformer dann besonders kostengünstig und einfach erstellt werden kann, wenn jeweils zwei oder mehr Reaktionsrohre zunächst mit einer gemeinsamen
Verbindungsleitung verbunden werden und erst diese gemeinsame Verbindungsleitung mit einem entsprechenden ersten Sammelrohr ("Cold Collector") verbunden wird. Auf diese Weise können beispielsweise die Verbindungen zwischen den Reaktionsrohren und einer entsprechenden Verbindungsleitung vorgefertigt werden und im Feld muss lediglich noch eine Verbindung zwischen den Verbindungsleitungen und dem ersten Sammelrohr hergestellt werden. Die Anzahl der, insbesondere im Feld, zu erstellenden Schweißverbindungen reduziert sich damit im Rahmen der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik auf die Hälfte oder weniger.
Ein weiterer positiver Effekt, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung erzielt wird, ist der, dass durch die Verringerung der Anzahl von Rohren, die in das erste Sammelrohr münden, verringert und damit der Abstand zwischen diesen Rohren vergrößert werden kann. Auf diese Weise kann der Luftfluss zwischen den Rohren verbessert und damit ein positiver Effekt in der Wärmereduktion erzielt werden. Wie erwähnt ist in herkömmlichen Dampfreformern jedes Reaktionsrohr direkt oder ggf. über ein entsprechendes Zwischenstück mit dem ersten Sammelrohr verbunden und es erfolgt keine Zusammenfassung mehrerer Reaktionsrohre, die dann über eine gemeinsame Verbindungsleitung mit dem ersten Sammelrohr verbunden werden.
Insgesamt schlägt die vorliegenden Erfindung einen Dampfreformer mit einer Anzahl von im Wesentlichen lotrecht verlaufenden Reaktionsrohren vor, die zur Ableitung von Reaktionsgasen mit einem im Wesentlichen waagerecht verlaufenden ersten
Sammelrohr verbunden sind.
Ist hier davon die Rede, dass bestimmte Elemente, beispielsweise Reaktionsrohre, "im Wesentlichen lotrecht" verlaufen, sei hierunter verstanden, dass entsprechende Reaktionsrohre mit gewissen, beispielsweise produktionsbedingten, Abweichungen einen Winkel von etwa 90° zur Erdoberfläche aufweisen. Der Winkel kann aufgrund gewollter oder ungewollter Abweichungen von der Lotrechten beispielsweise 80%, 85%, 88% oder 89% bis 90% betragen. Entsprechendes gilt auch für "im Wesentlichen waagerecht" verlaufende Sammelrohre, die mit entsprechenden gewollten oder ungewollten Abweichungen einen Winkel von etwa 0° zur Erdoberfläche aufweisen. Entsprechende Rohre verlaufen auch dann "im Wesentlichen lotrecht" bzw. "im Wesentlichen waagerecht", wenn nur der überwiegende Teil, d.h. mehr als 50%, 60%, 70%, 80% oder 90% der gesamten Rohrlänge eines entsprechenden Reaktionsrohres oder Sammelrohres eine entsprechende Richtung bzw. Lage aufweist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Verbindung der Reaktionsrohre mit dem ersten Sammelrohr wenigstens zwei im Wesentlichen lotrecht verlaufende
Verbindungsleitungen bereitgestellt sind und jede der Verbindungsleitungen mit wenigstens zwei der Reaktionsrohre und dem ersten Sammelrohr verbunden ist. Auf diese Weise können die zuvor erläuterten Vorteile erzielt werden, die, wie erwähnt, insbesondere in einer Material- und Arbeitsersparnis und einer verbesserten
Luftzirkulationsbedingungen bestehen können. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend insbesondere unter Bezugnahme auf Anordnungen beschrieben, in denen zwei Reaktionsrohre mit je einer
Verbindungsleitung verbunden sind. Grundsätzlich kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch auch jede der Verbindungsleitungen mit 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 oder mehr Reaktionsrohren verbunden sein, wodurch die erfindungsgemäßen Vorteile nochmals vergrößert werden können. Ebenfalls ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung beispielsweise möglich, mit unterschiedlichen Verbindungsleitungen eine unterschiedliche Anzahl an Reaktionsrohren zu verbinden.
Die vorliegende Erfindung umfasst insbesondere, das für jede Verbindungsleitung mit einem Kopplungselement bereitgestellt wird, wobei jede der Verbindungsleitungen mit einem ersten Ende mit dem Kopplungselement und mit einem zweiten, entgegensetzten Ende mit dem ersten Sammelrohr verbunden ist. Ein entsprechendes Kopplungselement kann beispielsweise vorgefertigt und bereits im Werk mit den Reaktionsrohren oder den Verbindungsleitungen verbunden werden. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise eine besonders hohe Qualität der Schweißverbindungen sicherstellen. Ein entsprechendes Kopplungselement ist entsprechend der Anzahl der mit einem Sammelrohr zu verbindenden Reaktionsrohre ausgestaltet.
Insbesondere können, wie erwähnt, mit jeder Verbindungsleitung genau zwei
Reaktionsrohre verbunden sein. In diesem Fall erhält das Kopplungselement insbesondere eine Y-förmige Ausgestaltung, wobei das Kopplungselement in der Y- förmigen Ausgestaltung einen Stamm und zwei Äste aufweist, die sich ausgehend von dem Stamm Y-förmig verzweigen bzw. gabeln. Der Stamm der Kopplungselemente wird insbesondere mit der Verbindungsleitung verbunden und jeder der Äste wird jeweils mit einem der genau zwei Reaktionsrohre verbunden. In sämtlichen Fällen können die Verbindungen insbesondere durch Schweißen hergestellt werden. Wie erwähnt, reduziert sich durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung insbesondere die Anzahl der im Feld herzustellenden Schweißverbindungen. Grundsätzlich kann die im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene
Anordnung umfassen, dass die Längsachsen der genau zwei Reaktionsrohre und die Längsachse der Verbindungsleitung in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Eine entsprechende Anordnung ist insbesondere unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren 1 bis 4 näher erläutert, sodass an dieser Stelle auf die
entsprechenden Ausführungen verwiesen werden kann.
Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die genau zwei Reaktionsrohre jeweils ein erstes und ein zweites Reaktionsrohr umfassen, wobei die Längsachsen der ersten Reaktionsrohre in einer ersten Ebene, die Längsachsen der zweiten Reaktionsrohre in einer zweiten Ebene und die Längsachsen der Verbindungsleitung in einer dritten Ebene angeordnet sind, wobei die genannten Ebenen parallel zueinander liegen und die dritte Ebene zwischen der ersten Ebene und der zweiten Ebene liegt. Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren 5 bis 8 erläutert. Der besondere Vorteil dieser Alternative besteht darin, dass eine entsprechend versetzte Anordnung eine größere Anzahl an Reaktionsrohren pro Grundfläche eingesetzt werden kann.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können insbesondere Verbindungsleitungen verwendet werden, die jeweils einen Innenkanal aufweisen, der eine lichte Weite aufweist, die geringer als eine lichte Weite der Reaktionsrohre ist. Entsprechende Anordnungen sind auch in herkömmlichen Dampfreformen zu finden. Die Verringerung der lichten Weite der Verbindungsleitungen und damit die Schaffung des Innenkanals erfolgt gemäß dem Stand der Technik insbesondere unter Verwendung
entsprechender Vakuumformmaterialien.
Sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung entsprechende Unterschiede in den lichten Weiten vorgesehen, kann insbesondere zur Schaffung eines Übergangs zwischen den Innenkanälen der Verbindungsleitungen und den Reaktionsrohren wenigstens ein Verjüngungselement bereitgestellt sein. Ein Verjüngungselement ist dabei eine Struktur, die trichterförmig ausgebildet ist und damit insbesondere eine Verwirbelung an einem Übergang zwischen den Reaktionsrohren und den Kanälen verhindert. Entsprechende Verjüngungselemente vermeiden auch Totbereiche, in denen sich aufgrund eines geringen Gasflusses vermehrt Ablagerungen bilden könnten. Sie weisen insbesondere an ihrem einen Ende einen Querschnitt auf, der der lichten Weite der Reaktionsrohre entspricht und an ihrem anderen Ende einen
Querschnitt, der der lichten Weite der Innenkanäle entspricht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann genau ein Verjüngungselement in den Verbindungsleitungen oder den Kopplungselementen bereitgestellt sein. Es ist jedoch auch möglich, zwei Verjüngungselemente in den Kopplungselementen bereitzustellen, insbesondere dann, wenn bereits die Kopplungselemente entsprechende Innenkanäle mit geringerer lichter Weite als die Reaktionsrohre aufweisen. In diesem Fall verzweigt sich beispielsweise der Innenkanal der Verbindungsleitung in die Kopplungselemente, Entsprechende Anordnungen sind insbesondere unter Bezugnahme auf die Figuren 9 und 10 erläutert, auf die an dieser Stelle verwiesen wird.
Vorteilhafterweise ist in den Verbindungsleitungen oder den Kopplungselementen jeweils wenigstens eine Siebplatte bereitgestellt, durch die sichergestellt wird, dass insbesondere kein Katalysatormaterial in die Verbindungsleitung und/oder
Kopplungselemente übergeht.
Wie bereits erläutert, ist in Dampfreformern der erläuterten Art typischerweise das erste Sammelrohr ("Cold Collector") mit einem zweiten Sammelrohr ("Cross Collector") verbunden, wobei das zweite Sammelrohr ebenfalls im Wesentlichen waagerecht, jedoch im Wesentlichen quer zu dem ersten Sammelrohr verläuft. Die vorliegende Erfindung lässt sich damit in sämtlichen Dampfreformern bekannter Art einsetzen. Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines Dampfreformers mit einer Anzahl von Reaktionsrohren, die im Wesentlichen lotrecht verlaufen und zur Ableitung von Reaktionsgasen mit einem wesentlichen waagerecht verlaufenden Sammelrohr verbunden werden. Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass bei der Herstellung des Dampfreformers zur Verbindung der Reaktionsrohre mit dem ersten Sammelrohr wenigstens zwei im Wesentlichen lotrecht verlaufende Verbindungsleitungen bereitgestellt werden und jede der
Verbindungsleitungen mit wenigstens zwei Reaktionsrohren und dem ersten
Sammelrohr verbunden werden. Wie bereits erwähnt, kann die Erfindung insbesondere eine Verbindung durch Schweißen umfassen. Durch den Einsatz des Verfahrens beim Herstellen eines Dampfreformers wird die Anzahl der zu erstellenden
Schweißverbindungen verringert.
Insbesondere werden zur Herstellung der Verbindungen jeder der
Verbindungsleitungen mit den wenigstens zwei Reaktionsrohren jeweils
Kopplungselemente verwendet, die insbesondere vor der Herstellung des
Dampfreformers mit den Reaktionsrohren verbunden wurden. Wie erwähnt kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung durch den Einsatz der Verbindungsleitung eine entsprechende Vorfertigung erfolgen. Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, welche Ausgestaltungen der Erfindung zeigen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 zeigt schematisch eine Rohranordnung zum Einsatz in einem Dampfreformer gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Figur 2 zeigt die Rohranordnung gemäß Figur 1 in einer weiteren Ansicht.
Figur 3 zeigt die Rohranordnung gemäß Figur 1 in einer weiteren Ansicht.
Figur 4 zeigt die Rohranordnung gemäß Figur 1 in einer weiteren Ansicht. Figur 5 zeigt schematisch eine Rohranordnung zum Einsatz in einem Dampfreformer gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Figur 6 zeigt die Rohranordnung gemäß Figur 4 in einer weiteren Ansicht. Figur 7 zeigt die Rohranordnung gemäß Figur 4 in einer weiteren Ansicht.
Figur 8 zeigt die Rohranordnung gemäß Figur 4 in einer weiteren Ansicht.
Figur 9 zeigt eine Rohranordnung zum Einsatz in einem Dampfreformer gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Detailansicht.
Figur 10 zeigt eine Rohranordnung zum Einsatz in einem Dampfreformer gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Detailansicht. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist eine Rohranordnung gemäß einer besonders bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung schematisch veranschaulicht und insgesamt mit 100 bezeichnet. Die Rohranordnung 100 ist Teil einer hier als "Dampfreformer" bezeichneten und stark schematisiert dargestellten Einrichtung 120 zur
Dampfreformierung. Eine Brennkammer eine entsprechenden Dampfreformers ist ebenfalls stark schematisiert veranschaulicht und mit 1 10 bezeichnet. Die Rohranordnung 100 umfasst eine Vielzahl von Reaktionsrohren 1 , die in dem in Figur 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Rohranordnung 100 in einer Ebene angeordnet sind und damit eine flache Rohrreihe bilden. In der Ansicht gemäß Figur 1 ist die Rohrreihe parallel zur Papierebene dargestellt.
In Figur 1 ist lediglich eine Rohrreihe veranschaulicht. Wie bereits zuvor erläutert sind in typischen Dampfreformern üblicherweise mehrere Reihen von Reaktionsrohren vorgesehen, die in der Ansicht gemäß Figur 1 jeweils vor bzw. hinter der
veranschaulichten Rohrreihe angeordnet wären.
Über eine Zuleitung 2, von der eine der Anzahl von Reaktionsrohren 1 entsprechende Anzahl von Speiseleitungen 3 abzweigt, kann den Reaktionsrohren 1 jeweils ein Reaktionseinsatz zugeführt werden. Die Reaktionsrohre 1 werden im Betrieb mit einem für die Dampfreformierung geeigneten Katalysator bekannter Art versehen und werden jeweils von oben nach unten durchströmt.
In den in Figur 1 veranschaulichten Ausführungsbeispielen sind jeweils zwei
Reaktionsrohre 1 über eine Verbindungsleitung 4 mit einem Sammelrohr 5 ("Cold Collector") verbunden. Zur Kopplung der Reaktionsrohre 1 mit der Verbindungsleitung 4 ist jeweils ein Y-förmiges Verbindungselement 6 vorgesehen.
In der Figur 1 sind nicht sämtliche der genannten Elemente (Reaktionsrohre 1 , Speiseleitungen 3, Verbindungsleitungen 4 und Verbindungselemente 6) gesondert mit Bezugszeichen versehen. Aufgrund der Gleichartigkeit dieser Elemente gelten die jeweiligen Erläuterungen für die nicht gesondert bezeichneten Elemente entsprechend. Eines der Reaktionsrohre 1 , der besseren Unterscheidbarkeit halber mit 1 a bezeichnet, ist lediglich zur Veranschaulichung ohne eine Speiseleitung 3 dargestellt.
Das erste Sammelrohr 5 mündet, typischerweise zusammen mit weiteren, in Figur 1 nicht veranschaulichten und vor bzw. hinter dem Sammelrohr 5 liegenden weiteren ersten Sammelrohren, in ein zweites Sammelrohr 7 ("Cross Collector"). Das zweite Sammelrohr 7 führt die über die Verbindungsleitungen 4 und das erste Sammelrohr 6 auf den Reaktionsrohren 1 abgeleiteten Reaktionsgase einer entsprechenden
Aufbereitung, beispielsweise einer Kühlung, Verdichtung usw., zu. In der Ansicht gemäß Figur 1 verlaufen die Achsen der Reaktionsrohre 1 , der
Verbindungsleitungen 4 und des ersten Sammelrohrs 5 in der bzw. parallel zu der Papierebene. Eine Achse des zweiten Sammelrohrs 7 verläuft in der Ansicht gemäß Figur 1 senkrecht zur Papierebene. Die Achsen der Reaktionsrohre 1 und der
Verbindungsleitungen 4 einerseits und die Achse des ersten Sammelrohrs 5 andererseits verlaufen senkrecht zueinander. Ebenso verlaufen die Achse des ersten Sammelrohrs 5 und die Achse des zweiten Sammelrohrs 7 senkrecht zueinander.
In Figur 2 ist dieselbe Rohranordnung wie in Figur 1 veranschaulicht und daher ebenfalls mit 100 bezeichnet. Der Übersichtlichkeit halber ist auf eine Darstellung der Brennkammer 1 10 und des Dampfreformers 120 verzichtet worden. Im Gegensatz zur Ansicht gemäß Figur 1 ist die aus den Reaktionsrohren 1 gebildete Rohrreihe jedoch schräg zur Papierebene dargestellt. Somit verlaufen auch die Achsen des ersten Sammelrohrs 5 und des zweiten Sammelrohrs 6 schräg zur Papierebene. Die
Anordnung der entsprechenden Achsen zueinander bleibt jedoch dieselbe.
Figur 3 zeigt eine Teilansicht der Figur 2 in vergrößerter Darstellung. Die obigen Erläuterungen gelten zu Figur 3 damit entsprechend. In Figur 4 ist die bereits in den Figuren 1 bis 3 veranschaulichte Rohranordnung 100 ebenfalls in vergrößerter Teildarstellung veranschaulicht. In der Darstellung gemäß Figur 4 verlaufen die Achsen des ersten Sammelrohrs 5 und des zweiten Sammelrohrs 7 in der bzw. parallel zur Papierebene. Die Achsen der Verbindungsleitungen 4 (in Figur 4 nicht sichtbar, weil durch die Verbindungselemente 6 verdeckt) sowie der Reaktionsrohre 1 verlaufen senkrecht zur Papierebene.
Wie aus Figur 4 ersichtlich, sind die Achsen der Reaktionsrohre 1 und des ersten Sammelrohrs 5 in dem in den Figuren 1 bis 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Rohranordnung 100 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet.
In Figur 5 ist eine alternative Rohranordnung veranschaulicht und insgesamt mit 200 bezeichnet. Die Rohranordnung 200 unterscheidet sich von der Rohranordnung 100, die in den Figuren 1 bis 4 dargestellt ist, dadurch, dass die Achsen der mit den Verbindungsleitungen 4 verbundenen Reaktionsrohre 1 in zwei Ebenen angeordnet sind, von denen eine oberhalb und eine unterhalb einer Ebene liegt, in der die Achsen der Verbindungsleitungen 4 angeordnet sind. Aufgrund dieser Anordnung verdecken die Reaktionsrohre 1 der Rohranordnung 200 in der in Figur 5 veranschaulichten Ansicht, die im Übrigen der Ansicht der Figur 1 entspricht, einander teilweise. Die Y- förmigen Verbindungselemente 6 sind gegenüber der Papierebene schräg gestellt. Im Übrigen gelten die Erläuterungen zu den Figuren 1 bis 4 in entsprechender Weise.
Die Darstellung der Rohranordnung 200 in Figur 6 entspricht der Darstellung der Rohranordnung 100 in Figur 2, sodass auf die obigen Erläuterungen verwiesen werden kann. Wie aus Figur 6 ersichtlich, verlaufen die beiden Ebenen, in denen die Achsen der Reaktionsrohre 1 in der Rohranordnung 200 liegen, schräg zur Papierebene.
Die Ansicht der Rohranordnung 200 gemäß Figur 7 entspricht wiederum einer vergrößerten Teildarstellung der Rohranordnung 200, die Ansicht ist jedoch gegenüber Figur 6 der besseren Anschaulichkeit halber gedreht. Das erste Sammelrohr 5 ist in Figur 7 nicht sichtbar, da es durch das zweite Sammelrohr 7 verdeckt ist.
Die Darstellung der Rohranordnung 200 gemäß Figur 8 entspricht wiederum der Ansicht der Rohranordnung 100 gemäß Figur 4. Wie aus Figur 8 deutlich wird, sind die Verbindungselemente 6 gegenüber der Anordnung 100 in der Rohranordnung 200 zur Achse des ersten Sammelrohr 5 verdreht.
In Figur 10 ist eine Schnittansicht durch zwei Reaktionsrohre 1 , ein
Verbindungselement 6, ein Verbindungsleitung 4 und einen Teil eines ersten
Sammelrohrs 5 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Verbindung veranschaulicht. Eine entsprechende Anordnung kann beispielsweise in einer
Rohranordnung 100 oder 200 gemäß den Figuren 1 bis 8 zum Einsatz kommen.
Die Reaktionsrohre 1 können mit Schweißverbindungen 1 1 an das
Verbindungselement 6 angebunden werden. Das Verbindungselement 6 kann mit einer Schweißverbindung 12 an die Verbindungsleitung 4 angebunden werden. Weitere Schweißverbindungen sind mit 13, 14 und 15 bezeichnet.
In dem in Figur 9 veranschaulichten Beispiel umfasst die Verbindungsleitung 4 einen Innenkanal 41 , der von einem Füllmaterial 42 umgeben ist. Um einen Übergang zwischen dem Innenraum der Reaktionsrohre 1 und des Verbindungselements 6 und dem Innenkanal 41 der Verbindungsleitung 4 in strömungstechnisch günstiger Weise zu ermöglichen, ist in der in Figur 9 veranschaulichten Ausführungsform ein
Verjüngungselement 42 vorgesehen. Eingangsseitig des Verjüngungselements 42 ist eine Siebplatte 43 angeordnet, die eine Verlegung des Verjüngungselements 42 bzw. des Innenkanals 41 verhindert.
Figur 10 zeigt eine weitgehend der Ansicht gemäß Figur 9 entsprechende
Schnittdarstellung. Abweichend zu dem in Figur 9 veranschaulichten
Ausführungsbeispiel ist jedoch der Übergang zwischen den Reaktionsrohren 1 bzw. den Verbindungselements 6 und der Verbindungsleitung 4 bzw. deren Innenkanals 41 abweichend gestaltet. Das Verbindungselement 4 weist zwei Siebplatten 43 auf. Noch in dem Verbindungselement 4 sind Endplatten 44 angeordnet. Ausgehend dem
Innenkanal 41 erstrecken sich Teilkanäle 61 in dem Verbindungselement 6, die sowohl mit den Reaktionsrohren 1 als auch mit dem Innenkanal 41 der Verbindungsleitung 4 fluidtechnisch in Verbindung stehen.
Anstelle der Endplatten 44 kann auch in dem in Figur 10 veranschaulichten
Ausführungsbeispiel auch jeweils ein Verjüngungselement 42, wie es in Figur 9 veranschaulicht, vorgesehen sein. Umgekehrt kann auch das Verjüngungselement 42 gemäß Figur 9 durch eine entsprechende Abschlussplatte 44 ersetzt sein.

Claims

Patentansprüche
1 . Dampfreformer (120) mit einer Anzahl von in Wesentlichen lotrecht verlaufenden Reaktionsrohren (1 ), die zur Ableitung von Reaktionsgasen mit einem im
Wesentlichen waagerecht verlaufenden ersten Sammelrohr (5) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung der Reaktionsrohre (1 ) mit dem ersten Sammelrohr (5) wenigstens zwei im Wesentlichen lotrecht verlaufende Verbindungsleitungen (4) bereitgestellt sind und jede der Verbindungsleitungen (4) mit wenigstens zwei der Reaktionsrohre (1 ) und mit dem ersten Sammelrohr (5) verbunden ist.
2. Dampfreformer nach Anspruch 1 , bei dem jedes der Sammelrohre mit 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 der Reaktionsrohre (1 ) verbunden ist.
3. Dampfreformer nach Anspruch 1 oder 2, bei dem für jedes Sammelrohr (5) ein Kopplungselement (6) bereitgestellt und jede der Verbindungsleitungen (4) mit einem ersten Ende mit dem Kopplungselement (6) und einem zweiten,
entgegengesetzten Ende mit dem ersten Sammelrohr (5) verbunden ist.
4. Dampfreformer nach Anspruch 3, bei dem mit jeder Verbindungsleitung (4) genau zwei Reaktionsrohre (1 ) verbunden sind.
5. Dampfreformer nach Anspruch 4, wobei die Kopplungselemente (6) Y-förmig mit einem Stamm und zwei Ästen ausgebildet sind, wobei der Stamm der
Kopplungselemente (6) mit der Verbindungsleitung (4) und ein jeder der Äste jeweils mit einem der genau zwei Reaktionsohre (1 ) verbunden ist.
6. Dampfreformer nach Anspruch 4 oder 5, bei dem Längsachsen der genau zwei Reaktionsrohre (1 ) sowie eine Längsachse der Verbindungsleitung (4) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
7. Dampfreformer nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die genau zwei Reaktionsrohre (1 ) jeweils ein erstes und ein zweites Reaktionsrohr (1 ) umfassen, wobei die Längsachsen der ersten Reaktionsrohre (1 ) in einer ersten Ebene, die
Längsachsen der zweiten Reaktionsrohre in einer zweiten Ebene und die Längsachse der Verbindungsleitung (4) in einer dritten Ebene angeordnet sind, wobei die Ebenen parallel zueinander liegen und die dritte Ebene zwischen der ersten Ebene und der zweiten Ebene liegt.
8. Dampfreformer n nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die
Verbindungsleitungen (4) jeweils einen Innenkanal (41 ) aufweisen, der eine lichte Weite aufweist, die geringer als eine lichte Weite der Reaktionsrohre (1 ) ist.
9. Dampfreformer nach Anspruch 8, bei dem zum Schaffen eines Übergangs
zwischen den Innenkanälen (41 ) der Verbindungsleitungen (4) und den
Reaktionsrohren (1 ) wenigstens ein Verjüngungselement (42) bereitgestellt ist.
10. Dampfreformer nach Anspruch 9, bei dem jeweils ein Verjüngungselement (41 ) in den Verbindungsleitungen (4) und/oder den Kopplungselementen (6) oder zwei Verjüngungselemente (42) in den Kopplungselementen (6) bereitgestellt ist.
1 1 . Dampfreformer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem jeweils
wenigstens eine Siebplatte in den Verbindungsleitungen (4) und/oder den
Kopplungselementen (6) bereitgestellt ist.
12. Dampfreformer nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das erste
Sammelrohr (5) mit einem zweiten Sammelrohr (7) verbunden ist.
13. Verfahren zur Herstellung eines Dampfreformers (120) mit einer Anzahl von im Wesentlichen lotrecht verlaufenden Reaktionsrohren (1 ), die zur Ableitung von
Reaktionsgasen mit einem im Wesentlichen waagerecht verlaufenden ersten Sammelrohr (5) verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Dampfreformers zur Verbindung der Reaktionsrohre (1 ) mit dem ersten Sammelrohr (5) wenigstens zwei im Wesentlichen lotrecht verlaufende Verbindungsleitungen (4) bereitgestellt werden und jede der Verbindungsleitungen
(4) mit wenigstens zwei der Reaktionsrohre (1 ) und dem ersten Sammelrohr (5) verbunden werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem zur Herstellung der Verbindungen jeder der Verbindungsleitungen (4) mit den wenigstens zwei Reaktionsrohren (1 ) jeweils Kopplungselemente (6) verwendet werden, die vor der Herstellung des Dampfreformers (120) mit den Reaktionsrohren verbunden (1 ) wurden.
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