WO2021018535A1 - Vorrichtung und verfahren zum automatisierbaren anfahren einer dampfreformeranordnung in den normalbetriebszustand sowie verwendung sowie steuerungs-/regelungseinrichtung sowie computerprogrammprodukt - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum automatisierbaren anfahren einer dampfreformeranordnung in den normalbetriebszustand sowie verwendung sowie steuerungs-/regelungseinrichtung sowie computerprogrammprodukt Download PDF

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pressure
steam
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Ernst Sichtermann
Thorsten Brakhane
Klaus NÖLKER
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Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag
Thyssenkrupp Ag
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Definitions

  • the invention relates to a device and a method for automatically starting a steam reformer arrangement into the normal operating state, in particular from standstill.
  • the invention also relates to the use of a burner arrangement comprising at least three groups of burners, each coupled to at least one reactor with reformer tubes, for starting a steam reformer arrangement from standstill to normal operating mode.
  • the invention relates to start-up processes in which a large number of burners must be operated in such a way that a certain temperature gradient is not exceeded.
  • the invention relates to a device and a method according to the preamble of the respective independent or subsidiary claim.
  • the ignition of burners and / or the operation of valves and distributors takes place manually or by individual manual control (Fland valves, ignition lances).
  • the corresponding system components have to be set manually over a comparatively long period of time in such a way that target parameters with regard to pressure and temperature (especially the heating rate) must be adhered to as precisely as possible.
  • operators or controllers must also monitor the acoustic characteristics of individual flames. In view of the time required for the start-up process, this also justifies high personnel expenditure.
  • a temperature gradient of 50K / h for example, can be named as the usual maximum load on a system. Since a comparatively large safety factor has to be taken into account with manual operation, this leads to a start-up process in which the temperature gradient is significantly lower.
  • a temperature level of 700 ° C in the reactor can be specified as the lower limit for normal operation.
  • the current pressure must be monitored, which should also gradually increase in the start-up phase, depending on the system configuration.
  • numerous media flows must be routed and dimensioned in the start-up phase, in particular for the purpose of returning them to the process.
  • a steam process should also be monitored and adapted in terms of time to the current operating state in the reactor.
  • DE 10 2008 046 800 A1 describes a control method with regard to the problem of avoiding overheating of reformer tubes during a warm start.
  • No. 2,085,195 describes some safety measures with regard to the start-up phase of process engineering systems.
  • the object of the invention is to provide a device and a method with the features described above, with which the start-up of steam reformer processes can be designed advantageously, in particular through robust process engineering optimization, in particular also with regard to personnel expenditure, in particular with regard to automation, standardization , Operational safety.
  • this object is achieved in particular by a steam reformer arrangement, in particular for the production of hydrogen or methanol or ammonia or synthesis gas, with: a plurality of burners coupled to at least one reactor with reformer tubes, the steam reformer arrangement being set up for a controlled start-up of production;
  • the steam reformer arrangement is set up for the automated start-up of production without manual intervention, neither on the distributors or valves nor on the burners, the steam reformer arrangement having: on the one hand, burners ensuring normal operation, in particular non-startup burners, and, on the other hand, burners specially provided for start-up, in particular pilot burners and start-up burners, the burners specifically intended for start-up being set up for indirect temperature-dependent ignition of the burners intended for normal operation, in particular automated as a function of signals from at least one flame monitoring unit and / or at least one temperature measuring unit.
  • the automated ignition and start-up can avoid an overload condition with good security.
  • any manual actions can be automated.
  • only the start / beginning of the start-up process is specified manually. For example, several man-days can be saved.
  • the system operator can optionally choose whether the process should be carried out fully automatically or whether individual steps in the process should still be decided or regulated manually.
  • the start-up concept according to the invention offers maximum variability and customizability.
  • the final temperature of start-up processes is e.g. in the range of 1,000 ° C. It has been shown that, thanks to the automation according to the invention, a time saving in the range of at least 25% or even up to 50% can be achieved, that is to say several hours.
  • start-up burner In addition to the burner specifically intended for start-up (startup burner), at least some of them, optionally all of them, can also be used in normal operation.
  • Example 1 The manual ignition of burners is carried out in such a way that the temperature gradient is too high - this can lead to material failure and overfiring.
  • Example 2 All burners are accidentally ignited at the same time - with a reformer arrangement with 200 tubes, for example, this may lead to a loss of all tubes (material costs in particular in the region of 2 million euros), and possibly also to a system failure of several months, which would be associated with even more blatant financial losses.
  • the great benefit of the automation measures according to the invention can be recognized from these examples.
  • the invention is based on the concept of delivering a device and a method with which it can optionally be made possible to initiate the start-up process with a single start triggering process (keyword: “single ramp-up button”).
  • This degree of automation can on the one hand ensure a high level of standardization and easy or systematic monitoring of the process (keyword: process control system), on the other hand, the effort for the plant operator is noticeably minimized.
  • This “single ramp-up button” concept can be implemented, for example, but not conclusively, in start-up processes, especially for hydrogen production or for methanol production or for ammonia production.
  • a “single ramp-up” can be understood as a “one-button or single switch start-up concept”, i.e. a single switch (start-up switch) or a single switching point for controlling or initiating a start-up sequence for the reformer process.
  • the present invention can relate to all types of hydrogen production processes in which steam reformer technology is used.
  • the start of the start-up process can, in particular, be defined as the start-up of a nitrogen gas control system, and the end of the start-up process for pressure swing adsorption can be defined (optionally in combination with the flaring of hydrogen).
  • the ratio of the number of burners provided for normal operation (main burners or non-startup burners) to the number of burners additionally provided for the start-up process (startup burners or analogue pilot burners) is, for example, in the range of 3: 1.
  • startup burners or analogue pilot burners for example, 100 startup burners and 100 pilot burners are provided, which are set up to provide a self-ignition temperature for approx. 300 main burners.
  • a number of 200 main burners, for example, is also common.
  • the burners provided specifically for start-up (for the start-up process) can include, for example, two different types of burners and be arranged in clusters, in particular with at least one pilot burner per cluster.
  • separate or additional fuel gas distributors or flow regulators set up for the start-up sequence according to the invention can be provided, in particular for off-gas and / or purge gas (purge gas) and / or for start-up steam.
  • additional ventilation valves set up for the start-up sequence according to the invention can be provided, in particular downstream of fuel gas regulating devices (in particular fuel gas jet down ”).
  • additional ventilation valves set up for the start-up sequence according to the invention can be provided, in particular downstream of burners, which are coupled, for example, to a fuel gas distributor or to a fuel gas flow regulator on the reformer head, and / or ventilation valves coupled to steam drums, and / or ventilation valves coupled to a desulfurization section.
  • the steam reformer arrangement is set up for a three-stage ignition sequence comprising two ignitions before the final ignition of a respective main burner (non-startup burner). This also enables reliable automation.
  • the steam reformer arrangement has: a first group of burners in the form of pilot burners, a further group of burners in the form of start-up burners, the steam reformer arrangement being designed to provide the auto-ignition temperature (AIT) in the reactor by means of of the first two groups of burners, so that after reaching the self-ignition temperature, a further group of burners in the form of a non-startup burner can be ignited indirectly, in particular indirectly exclusively by supplying fuel gas.
  • AIT auto-ignition temperature
  • different groups of burners are locally distributed in clusters and are arranged in the clusters relative to one another, in particular at least one pilot burner in relation to at least one startup burner in a respective cluster.
  • the non-startup burners can be arranged locally separated from the startup burners.
  • the burners are arranged in two different types of clusters, namely in a plurality of first clusters at least comprising pilot burners and startup burners, and a plurality of second clusters at least including non-startup burners, with the first clusters in each case at least three lines comprising at least one startup fuel gas line and at least one pilot gas line and at least one off-gas line, and at least two lines each comprising at least one non-startup fuel gas line and at least one off-gas line to the second clusters Lead.
  • the flow rate in each line can preferably be regulated individually, in particular at least the flow rate for the startup burners and the non-startup burners.
  • a flow control for the pilot burner is not necessarily required.
  • the non-startup burners can be arranged individually in the second clusters.
  • the second clusters do not necessarily include a plurality of burners, but at least two lines or medium connections.
  • the pilot burners receive a fixed pre-pressure and remain unregulated.
  • the start-up burners can in particular be controlled via the temperature gradient at the reformer tube outlet.
  • the burner admission pressure can be as follows be set so that a predefinable gradient, in particular a maximum of 50K / h, is not exceeded.
  • a pilot burner is assigned to each startup burner, in particular in a paired cluster arrangement. This also maximizes the flexibility with regard to the ignition system; in particular, each startup burner can be controlled individually.
  • the individual non-startup burners can be ignited individually or jointly as a complete group by self-ignition, in particular indirectly exclusively by supplying fuel gas.
  • the start-up concept according to the invention enables the main burners to be put into operation individually depending on the operating state, with only fuel gas having to be supplied in the desired manner.
  • the steam reformer arrangement can have at least one flow regulator for the non-startup burners individually or jointly, in particular set up for regulation in steps in the range from 0.5% to 5% of the normal operating throughput.
  • the steam reformer arrangement has a distributor for a respective startup burner.
  • the steam reformer arrangement can have a distributor for a respective non-startup burner, and / or a flow control valve for a respective non-startup burner. This allows the variability of the process to be further optimized.
  • the steam reformer arrangement has at least one flow control valve for startup steam, in particular controllable for flows in the range of 5% to 40% and more in relation to 100% flow corresponding to normal operation, in particular controllable with a gradation accuracy of at least 0.5% Flow rate for normal operation.
  • the steam reformer arrangement can have at least one temperature measuring unit, in particular a temperature measuring unit at the inlet to a high temperature shift (process or system component) or CO conversion reactor and a temperature measuring unit at the reactor outlet or reformer outlet.
  • the steam reformer arrangement can have at least one pressure measuring unit, in particular a pressure measuring unit for process pressure in the reactor, a pressure measuring unit for steam pressure, a pressure measuring unit for export steam pressure and / or a pressure measuring unit for PC steam pressure.
  • the steam reformer arrangement can have at least one flame monitoring unit, in particular a plurality of flame monitors, for individual or all pilot burners and / or for individual or all startup burners and / or for individual or all non-startup burners. This also provides good controllability.
  • the aforementioned object is also achieved according to the invention by a method for starting a steam reformer arrangement (in particular from standstill) into the normal operating state, in particular for the production of hydrogen or methanol or ammonia or synthesis gas, with a plurality of burners coupled to at least one reactor with reformer tubes be controlled and regulated, with the start-up in an automated manner without manual intervention, neither on the distributors or valves nor on the burners, and is regulated by the burners ensuring normal operation (production operation), in particular non-startup burners, indirectly temperature-dependent by means specifically for the start-up (for the start-up process) provided burners, in particular pilot burners and startup burners, are ignited, in particular as a function of automatically evaluated flame monitoring and / or temperature monitoring at least on the pilot burner (s).
  • the process can optionally be initiated fully automatically according to a predetermined sequence, or a conventional start with optional manual interventions can also be implemented as an alternative.
  • the burners ensuring normal operation are ignited indirectly as a function of temperature by self-ignition, in that the burners specifically intended for start-up (startup burners) are indirectly ignited beforehand by pilot burners. This three-stage ignition sequence offers advantages in terms of automation.
  • the start-up is carried out and regulated in an automated manner by initially igniting a first group of burners as pilot burners in a first start-up phase, and then igniting a further group of burners as start-up burners, in particular by means of the pilot burners, these
  • the first two burner groups are operated in such a way that the temperature in the reactor rises above the self-ignition temperature of the fuel gas mixture, with the burners intended for normal operation (in the present case so-called non-start-up burners or main burners) in a further start-up phase ) can be ignited and operated in another group of burners, either individually or as a whole group.
  • the start-up process can in particular also be advantageously combined with a start-up phase for steam operation.
  • the pilot burner can be ignited, for example, by electrical ignition over a period of a few seconds, in particular in the single-digit seconds range.
  • the ignition of the pilot burner can include, for example, monitoring of the ignition process, in particular based on the detection of a flame within a few seconds.
  • the ignition of at least one startup burner can take place as a function of the state of the pilot burners, in particular as a function of whether all pilot burners have been ignited. A corresponding release signal can be generated for this.
  • the non-startup burners can be ignited indirectly, in particular by metered supply of the appropriate burner medium.
  • Leak tests can optionally be carried out, in particular in advance before starting up, in particular at least with regard to pilot gas lines.
  • all pilot burners of the steam reformer arrangement are ignited first, and then a single first startup burner is ignited, in particular indirectly via a corresponding pilot burner, with further startup burners being ignited only after a minimum period of time, in particular after a few minutes at the earliest.
  • this sequence also provides good control and high operational reliability, especially with exact temperature control, especially when a maximum temperature ramp of, for example, 50K / h is complied with.
  • the start-up burners are controlled and regulated in contrast to the non-start-up burners, in particular with regard to the flow of fuel gases.
  • the start-up burners can be shut down (decrease in the flow of the supplied fuel gas).
  • the individual startup burners are ignited sequentially one after the other as a function of a temperature ramp in the reactor, in particular with a temperature rise of less than or equal to 100K / h, in particular less than or equal to 50K / h.
  • the individual startup burners can be ignited sequentially one after the other until a predefinable reactor outlet temperature is reached, in particular a reactor outlet temperature of at least 350.degree.
  • the temperature-controlled start-up can also be achieved indirectly via the number of activated startup burner.
  • This procedural variability is also particularly advantageous with regard to good process reliability and variability of the start-up process, if desired in the individual case. For example, an excessive rise in temperature can be counteracted by reducing the number of active startup burners.
  • the control range for the reactor outlet temperature can also be defined, for example, from 300 to 400 ° C, depending on the individualized application.
  • the non-startup burners are ignited by self-ignition (optionally individually or jointly), in particular indirectly by supplying fuel gas, in particular gradually with a gradual increase in the fuel gas throughput each after a period of at least a few minutes, in particular based on flow control of the fuel gas (in particular in steps of 0.5% to 5% of the normal operating throughput over a period of several hours), in particular in control coordination with a pressure control depending on the current reactor outlet temperature.
  • self-ignition which can be initiated indirectly, can in particular also ensure good robustness.
  • At least three media flows are regulated for start-up, in particular as a function of one another, including pilot gas for the pilot burners, fuel gas for the startup burners, fuel gas for the non-startup burners, the respective media flow preferably via a central distributor Burners is fed.
  • pilot gas for the pilot burners including pilot gas for the pilot burners, fuel gas for the startup burners, fuel gas for the non-startup burners, the respective media flow preferably via a central distributor Burners is fed.
  • the start-up process is carried out in at least three successive start-up phases until the normal operating state is reached or until the product, for example hydrogen, is made available, with a hold phase being set or maintained after at least one of the start-up phases, the subsequent start-up phase being individually initiable, in particular when an operator enables the transition to a subsequent phase.
  • the process is divided into exactly three start-up phases.
  • the start-up process takes place in three successive start-up phases followed by an operating phase, namely one / the first start-up phase comprising the ignition of both the pilot burner and the start-up burner (and in particular also operation of the system with nitrogen in the process path), including a second start-up phase a (pure) steam operation (optionally a mixed mode of operation with nitrogen and steam), a third start-up phase comprising the (self) ignition of the non-start-up burners and the supply of feed gas (especially nitrogen), with production taking place in the subsequent operating phase , in particular with the operating phase comprising at least one pressure swing sequence for starting pressure swing adsorption.
  • This system has proven to be particularly advantageous for hydrogen production.
  • an exhaust gas (not the same as product gas) can then be used, in particular for recirculation and heat recovery for the steam reformer process.
  • the operating phase can also include other processes (other than pressure swing adsorption).
  • only one exhaust gas can alternatively be supplied from a downstream process unit or via the system boundary.
  • the burner ignition phases and the phases of media charging in the process path can be individualized depending on the system configuration. For example, non-startup burners in a first system are ignited while steam is running, and in a second system only when feed gas is fed into the system.
  • a holding phase also makes it possible in particular to define the current operating state as stable or suitable by an operator in order to initiate the subsequent start-up phase or the operating phase.
  • This option for further control can be used optionally, especially with regard to maximum operational reliability.
  • the temperature is regulated by monitoring at least the temperature in the reactor and / or at the reactor outlet and optionally also an inlet temperature for regulating the respective start-up phase.
  • a first temperature threshold in the range from 150 ° C to 250 ° C, in particular at least 200 ° C, can be recorded in the flue gas or at the reactor outlet and, if it is exceeded, a temperature gradient of a maximum of 100K / h, in particular a maximum of 50K / h through sequential Ignition of further startup burners can be set. This also enables a comparatively quick or uncomplicated achievement of a minimum temperature, from which a predefined ramp can be started.
  • a temperature-controlled regulation can in particular also relate specifically to an exit temperature at the reformer outlet and / or to a flue gas temperature on the flue gas side (flue gas tunnel, transition duct).
  • the regulation can optionally take place with regard to the reformer temperature and / or with regard to the flue gas temperature.
  • Another temperature threshold value in the range of 200 ° C in the flue gas or at the reactor outlet can be recorded, at which steam valves (especially steam vent valves on steam generators) are closed or regulated. This also enables an advantageous adaptation of pressure systems to one another, in particular the synchronization of process gas pressure and steam pressure in at least one steam system.
  • Another temperature threshold in the range of 350 ° C in the flue gas or at the reactor outlet can be recorded, up to which the sequential ignition of further startup burners is continued. This threshold value can in particular be evaluated as a starting point for initiating a subsequent start-up phase.
  • a further temperature threshold of at least 250 ° C and / or at least 350 ° C in the flue gas or at the reactor outlet can be recorded, with pressure control in the reactor and / or in a steam system being activated when the temperature threshold is exceeded, in particular by increasing the pressure to at least 20bara is increased and / or by regulating a pressure gradient of 0.5bar / min, in particular in the first and / or second start-up phase.
  • the parallel pressure control from this temperature range also provides a high level of system security. In any case, the pressure control preferably takes place at least in the steam system.
  • a further temperature threshold value of at least 350 ° C in the flue gas or at the reactor outlet and / or a further temperature threshold value of at least 180 ° C of a high-temperature shift or CO conversion reactor can be recorded, with one / the other, in particular the second, being recorded Start-up phase is initiated, in particular by introducing steam into the reactor. This also provides an advantageous compromise or process point in time for initiating further start-up steps.
  • a CO conversion reactor can in each case also be named synonym for a high temperature shift (process or system component) in the present disclosure.
  • a further temperature threshold value of 500 ° C. can be recorded, with pressure regulation being activated in the reactor for setting the target operating pressure when it is exceeded, in particular by setting a pressure gradient in the range of 0.5 bar / min. up to 1 bar / min. is regulated.
  • These threshold values have proven to be an advantageous compromise, in particular also with regard to the controllability of pressure valves.
  • a pressure control in the reactor for setting the target operating pressure can be activated at a temperature threshold value lower than a further temperature threshold value for igniting the non-startup burner, in particular by setting a pressure gradient in the range of 0.5 bar / min. up to 1 bar / min. is regulated. This procedural variation can also be mastered well.
  • a further maximum temperature threshold of 700 ° C in the flue gas or at the reactor outlet can be recorded, up to which the ignition of the startup burner is continued, with a further, in particular third, startup phase being initiated if this is exceeded, in particular by igniting the Non-startup burners.
  • This provides an advantageous compromise or process point in time for initiating further start-up steps.
  • the auto-ignition temperature (AIT) can also be dependent on the fuel gas composition.
  • the temperature threshold of 700 ° C. has proven to be particularly advantageous for natural gases, in particular for those natural gases which are mainly used as fuel gas for hydrogen and ammonia systems.
  • a further maximum temperature threshold in the range from 850 ° C to 1050 ° C in the flue gas or at the reactor outlet can be recorded, up to which charge gas is introduced with increasing throughput / flow rate. From this threshold value, a transition to normal operation is also particularly advantageous.
  • a time-related temperature gradient of a maximum of 100K / h, in particular a maximum of 50K / h temperature rise can be regulated in the respective phase. This also provides an advantageous compromise between robustness, stability and process duration.
  • a respective start-up phase can be initiated as a function of minimum temperature threshold values (lower limit). The temperature control enables advantageous process management, particularly in combination with the connection of individual burners.
  • pressure regulation takes place as a function of the reactor outlet temperature, in particular pressure regulation in the steam system.
  • the pressure in the first start-up phase can in particular be increased to at least 20 bara.
  • an increasing pressure gradient in particular in the range of 0.5 bar / min. up to 1 bar / min. be adjusted.
  • an increasing pressure gradient of in particular 10 bar / h can be regulated in the steam system or in the system front end. This has proven to be a particularly useful process engineering parameter range. It has been shown that an automated pressure control also enables great savings potential or a great increase in efficiency.
  • a load or a flow of the corresponding medium of a maximum of 40% of the maximum output or the maximum system utilization is regulated in the respective start-up phase, in particular by regulating the material flow of steam and / or feed gas.
  • the gradual start-up ramp can be run up to an advantageous transfer point for normal operation, in particular as an advantageous compromise between operational reliability, process stability and expenditure of time.
  • At least one input boundary condition from the following group is ensured for start-up: nitrogen purging completed, automatic pressure control reactor switched on, reactor outlet temperature is actively controlled depending on the pressure and throughput of fuel gas.
  • a plausibility check can also be carried out or a subsequent process step can be initiated.
  • a nitrogen pre-pressure can be checked.
  • all process media including, for example, imported steam, are available at the steam reformer system boundary or are made available there.
  • a boiler feed water system (deaerator and steam drums, pumps) is filled and in operation.
  • the filling level monitoring devices of the steam drums are in AUTO mode, especially with SetPoint at approx. 10% below the normal operating point.
  • the process system is flushed and pressurized by means of nitrogen.
  • flue gas and combustion air fans are in operation, especially at a minimum flow rate.
  • a pressure monitoring device coupled to the reformer tubes is in AUTO mode, with a control loop being set in particular to maintain the pressure in the reformer.
  • the level monitoring devices of process condensate separators are in AUTO mode, and the system is switched online and set up to remove process condensate as soon as steam is added to the system.
  • nitrogen is circulated in the process gas system, in particular by means of a compressor.
  • automatic ventilation valves on steam drums are in the open position.
  • ventilation valves for both steam systems are in the open position towards a steam silencer.
  • the reformer outlet temperature is set or regulated in a cascade mode (order of priority: temperature before fuel gas pressure or fuel gas throughput).
  • the SetPoint can be specified sequentially, especially under Consideration of a target temperature curve (desired or predefined heating rate).
  • rotating equipment is kept ready in an adequately prepared condition and is ready for operation.
  • cooling water is supplied to all consumers of the process.
  • an air cooler is in operation.
  • an outlet valve is located upstream of a pressure change unit in AUTO mode, in particular with SetPoint at 7bar.
  • At least one of the following parameters is monitored during start-up: throughput of the medium supplying the non-startup burners (in particular fuel gas), flame characteristics of a respective pilot burner, flame characteristics of a respective startup burner.
  • At least one control loop is executed with regard to at least one parameter from the following group: steam-carbon ratio, reactor / reformer outlet temperature, reactor pressure or System process pressure, medium throughput (especially air throughput, product output "hydrogen to feed”), steam pressure (especially head pressure export steam), process condensate steam pressure (especially head pressure). This ensures extensive monitoring of the process.
  • the method also includes an at least partially automated shutdown (shutdown) of the steam reformer arrangement from the normal operating state, in particular into a stand-by operating state or into a completely switched-off state, in particular in the reverse sequence of steps as the start-up described above.
  • shutdown at least partially automated shutdown of the steam reformer arrangement from the normal operating state, in particular into a stand-by operating state or into a completely switched-off state, in particular in the reverse sequence of steps as the start-up described above.
  • control / regulating device set up to carry out a method according to one of the preceding method claims, the control / regulating device being coupled to at least three groups of burners, including pilot burners, startup burners and non-startup -Burner, wherein the control / regulating device is further coupled to at least three distributors for at least three media flows, comprising the media pilot gas, fuel gas for startup burners, fuel gas for non-startup burners, and is set up to control these media flows, in particular as a function of time and / or temperature.
  • a burner arrangement comprising at least three groups of burners each coupled to at least one reactor with reformer tubes, for starting up a steam reformer arrangement, in particular from standstill, into the normal operating state, in particular for the production of hydrogen or Methanol or ammonia or synthesis gas, in particular in a steam reformer arrangement described above, with a first group of burners as pilot burners for ignition, in particular sequential ignition, being controlled and operated by a second group of burners, namely startup burners (in particular in a fully automated manner without manual intervention with regard to the ignition of the startup burners), and wherein the startup burners (second group) at least up to a minimum temperature threshold corresponding to a self-ignition temperature of the third burner group, namely non-startup burners, such ang controlled and operated so that the non-startup burners can then be ignited indirectly by supplying fuel gas at or above the auto-ignition temperature, in particular temperature and pressure-controlled up to a predefinable normal operating temperature at the
  • a temperature-dependent and / or pressure-dependent time specification for igniting individual burners can be specified or can be specified, in particular as a function of an instantaneous temperature gradient.
  • the maximum temperature gradient can, for example, be predefined to 50K / h, so that a regulation of the connection of the burners is regulated e.g. in a range from 40K / h to 50K / h or 45K / h to 50K / h.
  • the ignition and the operation of individual burners can take place in relation to a temperature gradient, e.g. in the range of 43K / h to 48K / h. This also enables a particularly time-efficient approach to the upper limit of a permissible temperature gradient.
  • the first start-up phase can also be referred to as “nitrogen commissioning in combination with startup burner ignition”.
  • nitrogen commissioning in combination with startup burner ignition all of the input boundary conditions mentioned above are met.
  • the following sequences can in particular, fully automated in response to the pressing of the "single ramp-up button" - especially figuratively speaking -:
  • valves especially for 1 min.
  • Ignition of pilot burners in particular by means of electrical ignition, in particular for 5 seconds.
  • Monitoring of a flame detection signal especially in a time window of 10 seconds. after ignition; as soon as a flame has been detected / confirmed on all pilot burners, approval to ignite a first startup burner.
  • valves (especially the vent valves) of steam drums are closed, especially when the reformer outlet temperature reaches 200 ° C.
  • the second start-up phase can also be referred to as "steam start-up".
  • a bypass connection of the main steam flow control valve is equipped with a separate start-up control valve.
  • the startup steam control valve opens gradually, especially by 5%.
  • the system is kept in this state, in particular for a period of 30 minutes.
  • the steam flow is increased, in particular by 0.5% per minute (with respect to 100% load), in particular up to an operating point corresponding to 40% load of the steam flow.
  • the ignition sequence is continued, especially with a temperature gradient below 50K / h, especially until the reformer outlet temperature reaches 700 ° C, especially by igniting more and more startup burners and by subsequently increasing the pressure.
  • the nitrogen circulation is interrupted as soon as the reformer outlet temperature reaches 700 ° C; in particular, the nitrogen flow is reduced by closing control valves within 5 minutes. decreased; the nitrogen circulation valve opens; when the nitrogen control valve is closed, the nitrogen compressor will stop automatically.
  • the operating conditions can be assumed to be sufficiently stable so that an operator can initiate the third start-up phase (optionally fully automatic initiation).
  • the third start-up phase can also be referred to as “feed in”.
  • the non-startup burners are ignited; the non-start-up burners are supplied with fuel gas via at least one corresponding fuel gas distributor; the operator can, for example, open valves upstream of each burner for this purpose; Flow regulators for non-startup burners are opened by e.g. 5% for e.g. 5 minutes; A holding phase or a phase of the same step-by-step regulation of e.g. at least 15 minutes can be observed, in particular for the purpose of process stabilization; for example, over a control interval of 3 hours, the respective control valve is gradually opened to 100%; in this case or as a result, pressure regulation can take place, in particular by regulating the reformer outlet temperature accordingly.
  • a nitrogen circulation is interrupted; a main feed control valve upstream of a feed gas / steam mixing point is closed; a Configuration with block and bleed distributor (valve combination with double shut-off and relief / intermediate bleed; English: db & b double block and bleed) of the nitrogen supply isolates the nitrogen.
  • One / the inlet valve at the system boundary is gradually opened, especially for gradually pressurizing the system with a pressure ramp of e.g. 10 bar / h.
  • the main feed valve is opened in particular by e.g. 5% for e.g. 5 minutes, in particular to initialize steam reforming; a pressure on the burners can be adjusted accordingly, especially since the temperature in the reactor initially falls due to endothermic reactions.
  • the feed gas throughput (feed flow) is gradually increased from a 5% valve position, in particular by an additional 0.25% valve opening per minute;
  • a reactivation procedure (after contact with steam) can also be specified for ammonia plants as a function of the catalyst materials used.
  • the pressure in the back end of the system (from mixing feed gas / steam to, for example, a process section upstream of pressure swing adsorption) is increased, in particular by throttling at least one flush valve in the corresponding process section, in particular in a Ramp of 0.1 bar / min until standard operating parameters are reached.
  • the reformer outlet temperature is increased to standard operating parameters, in particular with a ramp of less than 50K / h, in particular up to approx. 850 ° C.
  • the steam reformer arrangement is now fully operational and can produce raw hydrogen, which is supplied, for example, to a pressure swing adsorption process.
  • ESDV safety valve arranged upstream of the pressure swing adsorption (PSA) is reset and slowly opened, in particular over a period of at least 5 minutes, to pressurize the pressure swing adsorption; an automatic bypass can optionally be provided.
  • PSA pressure swing adsorption
  • a pressure control valve downstream of the pressure swing adsorption is completely closed.
  • a pressure control valve upstream of the pressure swing adsorption is slowly closed, whereby the pressure-controlled, downstream flush valve is opened to maintain the pressure for the PSA.
  • PSA offgas is collected and is also made available for flaring, in particular via a pressure control valve of the offgas system.
  • the PSA off-gas throughput is increased according to a predefinable ramp, in particular in such a way that all of the off-gas is directed to the reformer, i.e. without flaring off off-gas; For example, this flow / distributor control is done over a period of 60 minutes.
  • the system is now in operation, especially at 40% capacity.
  • the utilization can now be increased as desired, with good process reliability and process stability, in particular through an automated process control system.
  • the throughput of combustion air is in particular still at a minimum.
  • the combustion air throughput can be increased based on a predetermined dependency (function, ramp), in particular as a function of the output, in particular fully automatically.
  • an operator can intervene in the automated start-up process in the starting phase or regulate or adapt it individually; the automated start-up process is interrupted at this point (command hierarchy favors individual control); the operator gives the release for the optional automated continuation of the automated start-up process; optionally, the operator guides the process manually at least until the next start-up phase, from which the process can then be continued fully automatically in a particularly simple manner.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the burner and media flows according to an arrangement according to an exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a steam reformer arrangement according to an exemplary embodiment
  • 3 shows, in a schematic representation, an illustration of control loops of a steam reformer arrangement according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 illustrates four different line systems each with a specific function, the line systems supplying at least three burner types of a steam reformer arrangement 100 and regulating at least four media flows.
  • a first line system 1 (uninterrupted lines) is provided for a first group of burners 10, namely for pilot burners.
  • a second line system 2 (dash-dotted lines) is provided for a second group of burners 20, namely for startup burners.
  • a third line system 3 (dashed lines) is provided for a third group of burners 30, namely for non-startup burners or main burners.
  • a first medium M1 is supplied via the first line system 1 to individual burner arrangements or individual pilot burners, namely pilot gas, which can be supplied in a controlled manner via several distributors or control valves 71.
  • a second medium M2 is supplied via the second line system 2 to individual burner arrangements or individual clusters 11 or individual startup burners, namely startup gas, which can be supplied in a controlled manner via distributor or control valve 72.
  • individual burner arrangements or individual main burners are supplied with a third medium M3, namely fuel gas, which can be supplied in a regulated manner via a plurality of distributors or control valves 73.
  • a fourth medium M4 is fed to the respective burner arrangement or the respective cluster 11 via a fourth line system 4 (dotted lines), namely offgas / tail gas / purge gas, which can be fed in a regulated manner via a plurality of distributors or control valves 74.
  • the individual burners form burner clusters 11 comprising at least three types of burners, namely pilot burners, start-up burners and main burners, on the respective reformer tube 104.
  • the reference number 50 denotes a measuring device, in particular optical and / or acoustical, in particular comprising a flame monitoring unit.
  • the measuring device 50 can include one or more flame monitors 51 for pilot burners as well as one or more flame monitors 52 for startup burners.
  • FIG. 2 shows a steam reformer arrangement 100 comprising the previously generally described control system.
  • Reference numeral 56 denotes a temperature measuring unit, in particular comprising a first temperature measuring unit 56a at the high-temperature shift inlet and a second temperature measuring unit 56b at the outlet of a reactor 103.
  • Reference number 57 denotes a pressure measuring unit, in particular comprising a pressure measuring unit 57a for process pressure and / or a pressure measuring unit 57b for export vapor pressure and / or a pressure measuring unit 57c for PC vapor pressure.
  • a control / regulating device 60 accesses a process database 61 in which parameter data for different parameters P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8 can be stored.
  • the control / regulating device 60 ensures activation 101:
  • a standardized start-up process can be initiated by means of a switch 101 (keyword “ramp-up button”), which is coupled to the control / regulating device.
  • the switch 101 can also be referred to here as a user interface.
  • the control / regulating device 60 is also in communication or in communicative connection with individual flow regulators 62, 63, 65 each for at least one media flow, and is also in communication with an outlet temperature control 66 (temperature control unit) and with a pressure control 67 (pressure control unit) and with an S / C control 68 for setting the steam to carbon ratio.
  • Reference numeral 70 designates a flow control device, in particular comprising control valves for the media flows M1, M2, M3, M4.
  • the reference number M5 denotes the exhaust gases.
  • a ventilation device 80 can comprise several (automatic) ventilation valves (not shown) in relation to the individual components, in particular in relation to individual burners, steam drums, in desulfurization sections. Likewise, connecting lines between components of the ventilation device and individual distributors or control valves can be provided.
  • Reference number 105 illustrates a bypass on the main steam control valve.
  • FIG 3 shows a steam reformer arrangement 100 comprising the previously generally described control system, wherein the steam reformer arrangement 100 also includes or is coupled to gas cooling or shift reaction or pressure swing adsorption (reference number 106), which can in particular be provided downstream of the reformer process .
  • gas cooling or shift reaction or pressure swing adsorption reference number 106
  • a respective temperature control unit 66 (in particular TIC temperature controller) is set up in particular to regulate the temperature at the reformer outlet, in particular by adding more or less make-up fuel.
  • a respective pressure regulating unit 67 (in particular PIC pressure controller) is set up in particular to regulate the pressure, in particular in the entire backend of the hydrogen system, in particular by opening / closing a hydrogen delivery valve.
  • Reference numeral M6 denotes feed gas.
  • the reference number M7 denotes a product stream, in particular hydrogen. List of reference symbols:
  • first group of burners in particular burners of a first type, in particular pilot burners
  • burners of a third type in particular non-startup burners or main burners
  • M3 third medium in particular fuel gas or non-startup gas
  • M4 fourth medium in particular off gas / tail gas / purge gas
  • M5 fifth medium especially exhaust / smoke gases
  • M7 seventh medium especially product (especially hydrogen)
  • P5 fifth parameter in particular temperature of exhaust gases / flue gases or
  • P7 seventh parameter in particular pressure in the steam system

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren einer Dampfreformeranordnung in den Normalbetriebszustand, insbesondere für die Produktion von Wasserstoff oder Methanol oder Ammoniak, wobei eine Mehrzahl von Brennern angesteuert und geregelt werden, die an wenigstens einen Reaktor mit Reformerrohren gekoppelt sind; wobei das Anfahren auf automatisierte Weise erfolgt und geregelt wird, indem die den Normalbetrieb sicherstellenden Brenner, insbesondere Non-Startup-Brenner, mittelbar temperaturabhängig mittels speziell für das Anfahren vorgesehener Brenner, insbesondere Pilotbrenner und Startup-Brenner, gezündet werden, insbesondere in Abhängigkeit von automatisiert ausgewerteter Flammenüberwachung zumindest an Pilotbrennern. Dies liefert insbesondere Zeiteinsparungen und Einsparungen an personellem Aufwand sowie hohe Betriebssicherheit. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zum automatisierbaren Anfahren einer Dampfreformeranordnung in den Normalbetriebszustand sowie Verwendung sowie Steuerungs-/Regelungseinrichtung sowie Computerprogrammprodukt
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum automatisierbaren Anfahren einer Dampfreformeranordnung in den Normalbetriebszustand, insbesondere aus dem Stillstand. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer Brenner- Anordnung umfassend wenigstens drei Gruppen von Brennern jeweils gekoppelt an wenigstens einen Reaktor mit Reformerrohren, zum Anfahren einer Dampfreformeranordnung aus dem Stillstand in den Normalbetriebszustand. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Anfahrprozesse, bei welchen eine Vielzahl von Brennern derart betrieben werden müssen, dass ein bestimmter Temperaturgradient nicht überschritten wird. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des jeweiligen unabhängigen oder nebengeordneten Anspruchs.
Dampfreformer-Prozesse erfordern ein vergleichsweise langwieriges oder komplexes Anfahren bzw. Einfahren (Inbetriebnahme). Ausgehend vom Stillstand der Anlage ist für die Schritte bis zum Normalbetrieb (Produktion zumindest auf einem gewissen Mindestlevel des maximalen Outputs, z.B. mindestens 40%) oder bis zum Erreichen des maximalen Anlagenoutputs vergleichsweise hoher personeller und zeitlicher Aufwand erforderlich. Der Zeitaufwand beträgt bei vielen Anwendungen deutlich über einen oder zwei Tage. Dampfreformer sind in vielen Fällen an Raffinerien gekoppelt. Steht die Raffinerie still, weil der Dampfreformer stillsteht, kann dies zu Mehrkosten im Bereich von z.B. eine Millionen US-Dollar je Tag führen.
In vielen Situationen erfolgt z.B. das Zünden von Brennern und/oder das Bedienen von Ventilen und Verteilern auf manuelle Weise bzw. durch individuelle manuelle Ansteuerung (Flandventile, Zündlanzen). Beispielsweise müssen über einen vergleichsweise langen Zeitraum die entsprechenden Anlagenkomponenten derart manuell eingestellt werden, dass Soll-Parameter bezüglich Druck und Temperatur (insbesondere Aufheizrate) möglichst exakt eingehalten werden. Beispielsweise müssen Bediener bzw. Kontrolleure auch die akustischen Charakteristika von einzelnen Flammen überwachen. In Hinblick auf den zeitlichen Umfang des Anfahrprozesses begründet dies nicht zuletzt auch hohen personellen Aufwand. Oftmals gibt es strenge Temperaturobergrenzen, die nicht überschritten werden dürfen. Ein Temperaturgradient von z.B. 50K/h kann als übliche maximale Belastung einer Anlage genannt werden. Da bei der manuellen Bedienung ein vergleichsweise großer Sicherheitsfaktor berücksichtigt werden muss, führt dies zu einem Anfahrprozess, bei welchem der Temperaturgradient deutlich niedriger ist.
Es hat sich zudem herausgestellt, dass ein hoher Anteil von Fehlern oder gar Anlagenschäden auf Unstimmigkeiten in der Anfahrphase zurückzuführen sind. Es gibt Statistiken, die je nach Anlagekonfiguration bis zu 90% aller auftretenden Fehler oder Schäden speziell der Anfahrphase zuordnen, insbesondere betreffend Ausrüstungskomponenten oder verwendete Materialien wie z.B. Katalysatormaterialien. Daher besteht Interesse daran, die Prozessführung speziell in der Anfahrphase zu optimieren, insbesondere auch robuster auszugestalten, also auch weniger fehleranfällig.
Bei Dampfreformern kann z.B. ein Temperaturniveau von 700°C im Reaktor (Reformerrohre) als Untergrenze für den Normalbetrieb genannt werden. Zudem muss eine Überwachung des momentanen Drucks erfolgen, welcher in der Anfahrphase je nach Anlagenkonfiguration ebenfalls nach und nach ansteigen soll. Zudem müssen in der Anfahrphase auch zahlreiche Medienströme geleitet und dimensioniert werden, insbesondere auch zwecks Rückführung in den Prozess. Parallel dazu soll beispielsweise auch ein Dampfprozess überwacht werden und zeitlich an den jeweils momentanen Betriebszustand im Reaktor angepasst sein/werden.
DE 10 2008 046 800 A1 beschreibt ein Regelungsverfahren bezüglich des Problems, eine Überhitzung von Reformerrohre während eines Warmstarts zu vermeiden.
DE 10 2016 221 602 A1 beschreibt Maßnahmen für eine Art Selbstzündung von Brennern auch für den Fall, dass die Selbstzündungstemperatur unterschritten wird. US 2011/0265379 A1 beschreibt Aspekt der Gas-Vermischung im Zusammenhang mit integrierten Startup-Brennern.
US 2,085,195 beschreibt einige sicherheitstechnische Maßnahmen bezüglich der Startphase von verfahrenstechnischen Anlagen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen zur Verfügung zu stellen, womit das Anfahren von Dampfreformer-Prozessen vorteilhaft ausgestaltet werden kann, insbesondere durch robuste prozesstechnische Optimierung, insbesondere auch hinsichtlich personellem Aufwand, insbesondere hinsichtlich Automatisierung, Standardisierung, Betriebssicherheit.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele werden in den Unteransprüchen aufgeführt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch eine Dampfreformeranordnung, insbesondere zur Produktion von Wasserstoff oder Methanol oder Ammoniak oder Synthesegas, mit: einer Mehrzahl von an wenigstens einen Reaktor mit Reformerrohren gekoppelten Brennern, wobei die Dampfreformeranordnung eingerichtet ist für ein geregeltes Anfahren der Produktion; wobei die Dampfreformeranordnung eingerichtet ist zum automatisierten Anfahren der Produktion ohne manuellen Eingriff weder an Verteilern oder Ventilen noch an den Brennern, wobei die Dampfreformeranordnung aufweist: einerseits den Normalbetrieb sicherstellende Brenner, insbesondere Non-Startup-Brenner, und andererseits speziell für das Anfahren vorgesehene Brenner, insbesondere Pilotbrenner und Startup- Brenner, wobei die speziell für das Anfahren vorgesehenen Brenner eingerichtet sind zur mittelbaren temperaturabhängigen Zündung der für den Normalbetrieb vorgesehenen Brenner, insbesondere automatisiert in Abhängigkeit von Signalen wenigstens einer Flammenüberwachungseinheit und/oder wenigstens einer Temperaturmesseinheit. Das automatisierte Zünden und Hochfahren kann einen Überlastzustand mit guter Sicherheit vermeiden. Insbesondere können dabei jegliche manuellen Handlungen automatisiert werden. Insbesondere wird lediglich der Start/Beginn des Anfahrprozesses manuell vorgegeben. Dabei kann z.B. ein Aufwand von mehreren Manntagen eingespart werden. Dabei bleibt dem Anlagenbetreiber optional die Wahl, ob der Prozess vollautomatisiert vorgenommen werden soll, oder ob einzelne Schritte des Prozesses nach wie vor manuell entschieden bzw. geregelt werden sollen. Anders ausgedrückt: Das erfindungsgemäße Anfahr-Konzept bietet maximale Variabilität und Individualisierbarkeit.
Die Endtemperatur von Anfahrprozessen liegt z.B. im Bereich von 1.000°C. Es hat sich gezeigt, dass dank der erfindungsgemäßen Automatisierung eine Zeiteinsparung im Bereich von mindestens 25% oder gar bis zu 50% realisierbar ist, also von mehreren Stunden.
Dabei können zum speziell für das Anfahren vorgesehenen Brenner (Startup Brenner) optional auch im Normalbetrieb zumindest teilweise, wahlweise auch allesamt genutzt werden.
Bei bisherigen manuellen Anfahr-Vorgängen besteht das Risiko von menschlichem Versagen, mit jeweils gravierenden nachteiligen Effekten. Beispiel 1 : Das manuelle Zünden von Brennern wird derart durchgeführt, dass sich ein zu hoher Temperaturgradient einstellt - es kann dann zu Materialversagen und Überfeuerung kommen.
Beispiel 2: Es werden versehentlich alle Brenner gleichzeitig gezündet - bei einer Reformer-Anordnung mit z.B. 200 Rohren führt dies möglicherweise zu einem Verlust aller Rohre (Materialkosten insbesondere im Bereich von 2 Millionen Euro), und möglicherweise auch zu einem Anlagenausfall von mehreren Monaten, was mit noch krasseren finanziellen Einbußen verbunden wäre.
An diesen Beispielen kann der hohe Nutzen der erfindungsgemäßen Automatisierungs- Maßnahmen erkannt werden. Die Erfindung beruht dabei auf dem Konzept, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu liefern, womit optional ermöglicht werden kann, den Anfahrprozess durch einen einzigen Startauslösevorgang in die Wege zu leiten (Stichwort:„single ramp-up button“). Dieser Grad an Automatisierung kann zum einen eine hohe Standardisierung und leichte bzw. systematische Überwachung des Prozesses sicherstellen (Stichwort: Prozessleitsystem), zum anderen wird der Aufwand für den Anlagenbetreiber spürbar minimiert. Dieses „single ramp-up button“-Konzept lässt sich beispielsweise, nicht abschließend, realisieren bei Anfahrprozessen insbesondere für die Wasserstoff- Produktion oder für die Methanol-Produktion oder für die Ammoniak-Produktion. Als „single ramp-up“ kann dabei ein „Einknopf- bzw. Einzelschalter-Anfahr-Konzept“ verstanden werden, also ein einzelner Schalter (Anfahrschalter) bzw. ein einzelner Schaltpunkt zur Steuerung bzw. zum Initiieren einer Anfahrsequenz für den Reformer- Prozess. Insbesondere kann sich die vorliegende Erfindung auf alle Arten von Wasserstoffproduktions-Prozessen beziehen, bei welchen Dampfreformer-Technologie zum Einsatz kommt. Als Start des Anfahrprozesses kann insbesondere die Inbetriebnahme einer Stickstoffgas-Regelung definiert werden, und als Ende kann insbesondere der Zeitpunkt der Inbetriebnahme einer Druckwechseladsorption definiert werden (wahlweise in Kombination mit dem Abfackeln von Wasserstoff).
Insbesondere können dem Betriebspersonal sämtliche bisher üblicherweise manuell durchgeführten Schritte der Anfahrsequenz abgenommen werden durch ein automatischen und kontrollierten bzw. regelungstechnisch standardisierbaren Anlagenstart.
Das Verhältnis der Anzahl der für den Normalbetrieb vorgesehenen Brenner (Hauptbrenner bzw. Non-Startup-Brenner) zur Anzahl der für den Anfahr-Prozess zusätzlich vorgesehenen Brenner (Startup-Brenner bzw. sinngemäß Pilotbrenner) liegt dabei z.B. im Bereich von 3:1. Anders ausgedrückt: Beispielsweise sind 100 Startup- Brenner und 100 Pilotbrenner vorgesehen, welche eingerichtet sind, eine Selbstzündungstemperatur für ca. 300 Hauptbrenner bereitzustellen. Üblich ist auch z.B. eine Anzahl von 200 Hauptbrennern. Dabei können die speziell für das Anfahren (für den Anfahrprozess) vorgesehenen Brenner z.B. zwei unterschiedliche Brennertypen umfassen und in Clustern angeordnet sein, insbesondere mit wenigstens einem Pilotbrenner je Cluster.
Wahlweise können für die erfindungsgemäße Anfahrsequenz eingerichtete separate bzw. zusätzliche Brenngas-Verteiler oder -Durchflussregler vorgesehen sein, insbesondere für Offgas und/oder Purgegas (Spülgas) und/oder für Startup-Dampf.
Wahlweise können für die erfindungsgemäße Anfahrsequenz eingerichtete zusätzliche Lüftungsventile vorgesehen sein, insbesondere stromab von Brenngas- Regelungseinrichtungen (insbesondere Brenngas-Jet down“).
Wahlweise können für die erfindungsgemäße Anfahrsequenz eingerichtete zusätzliche Lüftungsventile vorgesehen sein, insbesondere stromab von Brennern, welche beispielsweise an einen Brenngasverteiler oder an einen Brenngas-Durchflussregler am Reformerkopf gekoppelt sind, und/oder an Dampftrommeln gekoppelte Lüftungsventile, und/oder an einen Entschwefelungsabschnitt gekoppelte Lüftungsventile.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Dampfreformeranordnung eingerichtet für eine dreistufige Zündungs-Sequenz umfassend zwei Zündungen vor der finalen Zündung eines jeweiligen Hauptbrenners (Non-Startup-Brenners). Dies ermöglicht auch eine betriebssichere Automatisierung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Dampfreformeranordnung auf: eine erste Gruppe von Brennern in Ausgestaltung als Pilotbrenner, eine weitere Gruppe von Brennern in Ausgestaltung als Startup-Brenner, wobei die Dampfreformeranordnung eingerichtet ist zum Bereitstellen der Selbstzündungstemperatur („auto ignition temperature“ AIT) im Reaktor mittels der ersten beiden Gruppen von Brennern, so dass nach Erreichen der Selbstzündungstemperatur eine weitere Gruppe von Brennern in Ausgestaltung als Non-Startup-Brenner mittelbar zündbar ist, insbesondere mittelbar ausschließlich durch Zuleiten von Brenngas. Hierdurch kann mittels einfacher Maßnahmen bereits ein sehr großer Anteil bisheriger manueller Arbeiten automatisiert und standardisiert werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind unterschiedliche Gruppen von Brennern örtlich auf Cluster verteilt und in den Clustern relativ zueinander angeordnet, insbesondere zumindest wenigstens ein Pilotbrenner in Relation mit wenigstens einem Startup- Brenner in einem jeweiligen Cluster. Hierdurch ist die Regelung auch individualisierbar; zudem wird eine Skalierbarkeit von Vorrichtung und Verfahren begünstigt. Dabei können die Non-Startup-Brenner örtlich separiert von den Startup-Brennern angeordnet sein.
Es hat sich gezeigt, dass mittels automatisiert zündbarer Pilotbrennern, welche jeweils an Startup-Brenner gekoppelt sind, eine besonders spürbare Prozessoptimierung erzielt werden kann, insbesondere in Hinblick auf eine sehr exakte temperatur-/zeitgesteuerte Anfahr-Sequenz.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Brenner in zwei unterschiedlichen Arten von Clustern angeordnet sind, nämlich in einer Mehrzahl von ersten Clustern zumindest umfassend Pilotbrenner und Startup-Brenner, und einer Mehrzahl von zweiten Clustern zumindest umfassend Non-Startup-Brenner, wobei zu den ersten Clustern jeweils wenigstens drei Leitungen umfassend wenigstens eine Startup-Brenngas-Leitung und wenigstens eine Pilotgas-Leitung und wenigstens eine Offgas-Leitung führen, und wobei zu den zweiten Clustern jeweils wenigstens zwei Leitungen umfassend wenigstens eine Non-Startup-Brenngas-Leitung und wenigstens eine Offgas-Leitung führen. Bevorzugt ist der Durchfluss in jeder Leitung individuell regelbar, insbesondere zumindest der Durchfluss für die Startup-Brenner und die Non-Startup-Brenner. Anders ausgedrückt: Eine Durchfluss-Regelung für die Pilotbrenner ist nicht notwendiger Weise erforderlich. Wahlweise sind die Non-Startup-Brenner in den zweiten Clustern jeweils individuell angeordnet. Anders ausgedrückt: die zweiten Cluster umfassen nicht notwendiger Weise eine Mehrzahl von Brennern, jedoch wenigstens zwei Leitungen bzw. Medium-Anschlüsse.
Beispielsweise erhalten die Pilotbrenner einen fest vorgegeben Vordruck und bleiben ungeregelt. Die Start-up Brenner können insbesondere über den Temperaturgradienten am Reformerrohrauslass geregelt werden. Dabei kann der Brennervordruck derart eingestellt werden, dass ein vordefinierbarer Gradient, insbesondere maximal 50K/h, nicht überschritten wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist jedem Startup-Brenner ein Pilotbrenner zugeordnet, insbesondere in einer paarweisen Cluster-Anordnung. Hierdurch wird auch die Flexibilität hinsichtlich der Zündungs-Systematik maximiert; insbesondere kann jeder Startup-Brenner individuell angesteuert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Non-Startup-Brenner individuell oder gemeinsam als komplette Gruppe durch Selbstzündung zündbar, insbesondere mittelbar ausschließlich durch Zuführen von Brenngas. Das erfindungsgemäße Anfahr- Konzept ermöglicht, die Hauptbrenner je nach Betriebszustand individuell in Betrieb zu nehmen, wobei lediglich Brenngas in der gewünschten Art und Weise zugeleitet werden muss. Die Dampfreformeranordnung kann für die Non-Startup-Brenner individuell oder gemeinsam wenigstens einen Durchflussregler aufweisen, insbesondere eingerichtet zur Regelung in Schritten im Bereich von 0,5% bis 5% des Normalbetriebsdurchsatzes.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Dampfreformeranordnung für einen jeweiligen Startup-Brenner einen Verteiler auf. Die Dampfreformeranordnung kann für einen jeweiligen Non-Startup-Brenner einen Verteiler aufweisen, und/oder für einen jeweiligen Non-Startup-Brenner ein Durchflussregelventil. Hierdurch kann die Variabilität des Prozesses weiter optimiert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Dampfreformeranordnung wenigstens ein Durchflussregelventil für Startup-Dampf auf, insbesondere regelbar für Durchflüsse im Bereich von 5% bis 40% und mehr in Bezug auf 100% Durchfluss entsprechend Normalbetrieb, insbesondere regelbar mit einer Abstufungsgenauigkeit von mindestens 0,5% des Durchflusses für den Normalbetrieb. Hierdurch kann eine vorteilhaft feine Abstimmung in einer Anfahrphase mit vergleichsweise niedrigem Output bzw. bei möglicherweise auch vergleichsweise instabilen Betriebsbedingungen sichergestellt werden. Die Dampfreformeranordnung kann wenigstens eine Temperaturmesseinheit aufweisen, insbesondere eine Temperaturmesseinheit am Einlass zu einem Hochtemperaturshift (Prozess bzw. Anlagenkomponente) oder CO- Konvertierungsreaktor und eine Temperaturmesseinheit am Reaktorauslass bzw. Reformerauslass.
Die Dampfreformeranordnung kann wenigstens eine Druckmesseinheit aufweisen, insbesondere eine Druckmesseinheit für Prozessdruck im Reaktor, eine Druckmesseinheit für Dampfdruck, eine Druckmesseinheit für Export-Dampfdruck und/oder eine Druckmesseinheit für PC-Dampfdruck.
Die Dampfreformeranordnung kann wenigstens eine Flammenüberwachungseinheit, insbesondere eine Mehrzahl von Flammenwächtern, für einzelne oder alle Pilot-Brenner und/oder für einzelne oder alle Startup-Brenner und/oder für einzelne oder alle Non- Startup-Brenner aufweisen. Dies liefert auch gute Kontrollierbarkeit.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Verfahren zum Anfahren einer Dampfreformeranordnung (insbesondere aus dem Stillstand) in den Normalbetriebszustand, insbesondere für die Produktion von Wasserstoff oder Methanol oder Ammoniak oder Synthesegas, wobei eine Mehrzahl von an wenigstens einen Reaktor mit Reformerrohren gekoppelten Brennern angesteuert und geregelt werden, wobei das Anfahren auf automatisierte Weise ohne manuellen Eingriff weder an Verteilern oder Ventilen noch an den Brennern erfolgt und geregelt wird, indem die den Normalbetrieb (Produktionsbetrieb) sicherstellenden Brenner, insbesondere Non- Startup-Brenner, mittelbar temperaturabhängig mittels speziell für das Anfahren (für den Anfahrprozess) vorgesehenen Brennern, insbesondere Pilotbrennern und Startup- Brennern, gezündet werden, insbesondere in Abhängigkeit von automatisiert ausgewerteter Flammenüberwachung und/oder Temperaturüberwachung zumindest an (den) Pilotbrennern. Dies liefert zuvor genannte Vorteile. Insbesondere kann der Prozess wahlweise vollautomatisiert gemäß einer vorgegebenen Sequenz initiiert werden, oder ein konventionelles Starten mit optionalen manuellen Eingriffen kann ebenfalls alternativ realisiert werden. Gemäß einer Ausführungsform werden die den Normalbetrieb sicherstellenden Brenner mittelbar temperaturabhängig durch Selbstzündung gezündet, indem zuvor die speziell für das Anfahren vorgesehenen Brenner (Startup-Brenner) mittelbar durch Pilotbrenner gezündet werden. Diese dreistufige Zündungs-Sequenz liefert Vorteile hinsichtlich Automatisierbarkeit.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Anfahren auf automatisierte Weise erfolgt und geregelt, indem zunächst in einer ersten Anfahrphase eine erste Gruppe von Brennern als Pilotbrenner gezündet werden, und daraufhin eine weitere Gruppe von Brennern als Startup-Brenner gezündet werden, insbesondere mittels der Pilotbrenner, wobei diese ersten beiden Brenner-Gruppen derart betrieben werden, dass die Temperatur im Reaktor über die Selbstzündungstemperatur des Brenngasgemisches steigt, wobei nach Erreichen der Selbstzündungstemperatur in einer weiteren Anfahrphase die für den Normalbetrieb vorgesehenen Brenner (als vorliegend so genannte als Non-Startup- Brenner bzw. Hauptbrenner) in einer weiteren Gruppe von Brennern gezündet und betrieben werden, entweder individuell oder als gesamte Gruppe. Hierdurch kann der Anfahr-Prozess insbesondere auch auf vorteilhafte Weise mit einer Anfahr-Phase für den Dampfbetrieb kombiniert werden.
Das Zünden der Pilotbrenner kann z.B. durch eine elektrische Zündung über eine Dauer von einigen Sekunden erfolgen, insbesondere im einstelligen Sekundenbereich. Das Zünden der Pilotbrenner kann z.B. ein Überwachen des Zündvorgangs umfassen, insbesondere basierend auf der Detektion einer Flamme binnen einiger Sekunden.
Das Zünden wenigstens eines Startup-Brenners kann in Abhängigkeit des Zustandes der Pilotbrenner erfolgen, insbesondere in Abhängigkeit davon, ob alle Pilotbrenner gezündet wurden. Dazu kann ein entsprechendes Freigabe-Signal generiert werden.
Die Non-Startup-Brenner können mittelbar gezündet werden, insbesondere durch dosiertes Zuleiten des entsprechenden Brennermediums.
Wahlweise können Dichtheitsprüfungen durchgeführt werden, insbesondere vorab vor dem Anfahren, insbesondere zumindest bezüglich Pilotgas-Leitungen. Gemäß einer Ausführungsform werden zunächst alle Pilotbrenner der Dampfreformeranordnung gezündet, wobei daraufhin ein einzelner erster Startup- Brenner gezündet wird, insbesondere mittelbar über einen korrespondierenden Pilotbrenner, wobei weitere Startup-Brenner jeweils erst nach einer Mindest-Zeitspanne gezündet werden, insbesondere frühestens nach einigen Minuten. Diese Sequenz liefert nicht zuletzt auch gute Kontrolle und hohe Betriebssicherheit, insbesondere bei exakter Temperaturregelung, insbesondere bei Respektierung einer maximalen Temperaturrampe von z.B. 50K/h.
Es hat sich gezeigt, dass eine Phase von einigen Minuten im unteren zweistelligen Bereich, z.B. mindestens ca. zehn Minuten, zwischen dem Zünden der einzelnen Startup-Brenner vorteilhaft ist, insbesondere in Hinblick auf Reaktionszeiten des Reformers (insbesondere Totzeiten im Bereich von einigen Minuten). Es hat sich gezeigt, dass sich Veränderungen in den prozessualen Zuständen durch Messinstrumente nach ca. zehn Minuten mit guter Belastbarkeit (Messdatensicherheit) auswerten lassen. Durch Respektierung solcher Haltezeiten beim Anfahrprozess kann besonders gute Stabilität der Anfahrsequenz sichergestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Startup-Brenner gegensätzlich zu den Non- Startup-Brennern angesteuert und geregelt, insbesondere in Bezug auf den Durchfluss von Brenngasen. Sprich: In dem Maße, wie die Non-Startup-Brenner hochgefahren werden (Steigerung des Durchflusses des zugeführten Brenngases), können die Startup-Brenner heruntergefahren werden (Verminderung des Durchflusses des zugeführten Brenngases).
Gemäß einer Ausführungsform werden die einzelnen Startup-Brenner sequentiell nacheinander in Abhängigkeit von einer Temperaturrampe im Reaktor gezündet, insbesondere bei einem Temperaturanstieg kleiner gleich 100K/h, insbesondere kleiner gleich 50K/h. Dabei können die einzelnen Startup-Brenner sequentiell nacheinander bis zum Erreichen einer vordefinierbaren Reaktorauslass-Temperatur gezündet werden, insbesondere einer Reaktorauslass-Temperatur von mindestens 350°C. Hierdurch kann das temperaturgeregelte Anfahren insbesondere auch mittelbar über die Anzahl der aktivierten Startup-Brenner erfolgen. Diese prozessuale Variabilität ist insbesondere auch vorteilhaft in Hinblick auf gute Prozesssicherheit und Variabilität des Anfahrprozesses, falls im Einzelfall gewünscht. Beispielsweise kann einem zu starken Temperaturanstieg durch Verringerung der Anzahl aktiver Startup-Brenner entgegengewirkt werden. Der Regelbereich für die Reaktorauslass-Temperatur kann dabei je nach individualisiertem Anwendungsfall z.B. auch von 300 bis 400°C definiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform werden in der weiteren Anfahrphase in Abhängigkeit von einem Mindesttemperaturschwellwert die Non-Startup-Brenner durch Selbstzündung gezündet, (wahlweise individuell oder gemeinsam), insbesondere mittelbar durch Zuführen von Brenngas, insbesondere graduell bei schrittweiser Steigerung des Brenngasdurchsatzes jeweils nach einer Zeitspanne von mindestens einigen Minuten, insbesondere basierend auf Durchflussregelung des Brenngases (insbesondere in Schritten von 0,5% bis 5% des Normalbetriebsdurchsatzes über eine Zeitspanne von mehreren Stunden), insbesondere in regelungstechnischer Abstimmung mit einer Druckregelung in Abhängigkeit von der momentanen Reaktorauslass- Temperatur. Durch die mittelbar initiierbare Selbstzündung kann insbesondere auch eine gute Robustheit sichergestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform werden für das Anfahren wenigstens drei Medienströme geregelt, insbesondere in Abhängigkeit voneinander, umfassend Pilotgas für die Pilotbrenner, Brenngas für die Startup-Brenner, Brenngas für die Non-Startup-Brenner, wobei der jeweilige Medienstrom bevorzugt über einen zentralen Verteiler den entsprechenden Brennern zugeführt wird. Dieser Umfang der Regelbarkeit ist auch hinsichtlich Variabilität und Robustheit des Prozesses vorteilhaft.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Anfahrprozess in wenigstens drei aufeinanderfolgenden Anfahrphasen bis zum Erreichen des Normalbetriebszustandes oder bis zum Bereitstellen des Produktes, beispielsweise Wasserstoff, durchgeführt, wobei nach wenigstens einer der Anfahrphasen eine Haltephase eingestellt bzw. eingehalten wird, wobei die darauffolgende Anfahrphase individuell initiierbar ist, insbesondere indem ein Bediener den Übergang in eine darauffolgende Phase freigibt. Hierdurch kann auch die Betriebssicherheit und die Robustheit des Anfahrprozesses weiter optimiert werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Prozess in exakt drei Anfahrphasen untergliedert.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt der Anfahrprozess in drei aufeinanderfolgenden Anfahrphasen gefolgt von einer Betriebsphase, nämlich einer/der ersten Anfahrphase umfassend das Zünden sowohl der Pilotbrenner als auch der Startup-Brenner (und insbesondere auch Betrieb der Anlage mit Stickstoff im Prozessweg), einer zweiten Anfahrphase umfassend einen (reinen) Dampfbetrieb (optional eine Mischfahrweise mit Stickstoff und Dampf), einer dritten Anfahrphase umfassend das (Selbst-)Zünden der Non-Startup-Brenner und das Zuführen von Beschickungsgas (insbesondere Stickstoff), wobei in der darauf folgenden Betriebsphase die Produktion erfolgt, insbesondere mit der Betriebsphase umfassend wenigstens eine Druckwechsel-Sequenz für das Anfahren einer Druckwechseladsorption. Diese Systematik hat sich insbesondere für die Wasserstoff-Produktion als vorteilhaft erwiesen. Stromab der Betriebsphase kann dann ein Abgas (ungleich Produktgas) genutzt werden, insbesondere zur Rückführung und Wärmerückgewinnung für den Dampfreformer-Prozess. Bei einer Produktion von Methanol, Ammoniak oder einem weiteren Produkt kann die Betriebsphase auch andere Prozesse (ungleich Druckwechseladsorption) umfassen. Insbesondere kann in der Betriebsphase alternativ auch lediglich ein Abgas aus einer Downstream- Prozesseinheit oder über die Anlagengrenze zugeführt werden.
Erwähnenswert ist, dass die Brennerzündphasen und die Phasen der Medienbeschickung im Prozessweg je nach Anlagenkonfiguration individualisierbar sind. Beispielsweise werden Non-startup-Brenner einer ersten Anlage bereits in der Dampffahrt gezündet, und in einer zweiten Anlage erst dann, wenn Einsatzgas in die Anlage geleitet wird.
Eine Haltephase ermöglicht dabei insbesondere auch, den momentanen Betriebszustand durch einen Operator als stabil oder geeignet zu definieren, um die darauffolgende Anfahrphase bzw. die Betriebsphase zu initiieren. Diese Option zur weiteren Kontrolle kann optional genutzt werden, insbesondere in Hinblick auf maximale Betriebssicherheit. Gemäß einer Ausführungsform erfolgt eine Temperaturregelung, indem zumindest die Temperatur im Reaktor und/oder am Reaktorauslass und wahlweise auch eine Einlass- Temperatur zum Regeln der jeweiligen Anfahrphase überwacht wird. Dabei kann ein erster Temperaturschwellwert im Bereich von 150°C bis 250°C, insbesondere von mindestens 200°C, im Rauchgas oder am Reaktor-Auslass erfasst werden und bei Überschreiten ein Temperaturgradient von maximal 100K/h, insbesondere maximal 50K/h durch sequentielles Zünden weiterer Startup-Brenner eingestellt werden. Dies ermöglicht auch ein vergleichsweise schnelles oder unkompliziertes Erreichen einer Mindesttemperatur, ausgehend von welcher eine vordefinierte Rampe gestartet werden kann.
Ein temperaturgesteuertes Regeln kann sich dabei insbesondere auch speziell auf eine Austritts-Temperatur am Reformer-Auslass und/oder auf eine Rauchgastemperatur an der Rauchgasseite (Rauchgastunnel, Übergangskanal) beziehen. Anders ausgedrückt: Wahlweise kann die Regelung bezüglich der Reformer-Temperatur und/oder bezüglich der Rauchgas-Temperatur erfolgen.
Dabei kann ein weiterer Temperaturschwellwert im Bereich von 200°C im Rauchgas oder am Reaktor-Auslass erfasst werden, bei welchem Dampf-Ventile (insbesondere Dampf-Entlüftungs-Ventile auf Dampferzeugern) geschlossen bzw. eingeregelt werden. Dies ermöglicht auch eine vorteilhafte Anpassung von Drucksystemen aufeinander, insbesondere das Synchronisieren von Prozessgasdruck und Dampfdruck in wenigstens einem Dampfsystem.
Dabei kann ein weiterer Temperaturschwellwert im Bereich von 350°C im Rauchgas oder am Reaktor-Auslass erfasst werden, bis zu welchem ein sequentielles Zünden weiterer Startup-Brenner fortgeführt wird. Dieser Schwellwert kann insbesondere als Startpunkt für das Initiieren einer folgenden Anfahrphase ausgewertet werden.
Dabei kann ein weiterer Temperaturschwellwert von mindestens 250°C und/oder mindestens 350°C im Rauchgas oder am Reaktor-Auslass erfasst werden, wobei bei Überschreiten des Temperaturschwellwertes eine Druckregelung im Reaktor und/oder in einem Dampfsystem aktiviert wird, insbesondere indem der Druck auf mindestens 20bara erhöht wird und/oder indem ein Druckgradient von 0,5bar/min eingeregelt wird, insbesondere in der ersten und/oder zweiten Anfahrphase. Die parallele Druckregelung ab diesem Temperaturbereich liefert insbesondere auch eine hohe Systemsicherheit. Bevorzugt erfolgt die Druckregelung jedenfalls zumindest im Dampfsystem.
Dabei kann ein weiterer Temperaturschwellwert von mindestens 350°C im Rauchgas oder am Reaktor-Auslass und/oder ein weiterer Temperaturschwellwert von mindestens 180°C eines Hochtemperatur-Shift oder CO-Konvertierungsreaktors erfasst werden, wobei jeweils bei Überschreiten eine/die weitere, insbesondere zweite Anfahrphase initiiert wird, insbesondere durch Einleiten von Dampf in den Reaktor. Dies liefert auch einen vorteilhaften Kompromiss bzw. Verfahrenszeitpunkt für das Initiieren weiterer Anfahr-Schritte.
Synonym für einen Hochtemperatur-Shift (Prozess bzw. Anlagenkomponente) kann in der vorliegenden Offenbarung jeweils auch ein CO-Konvertierungsreaktor genannt werden.
Dabei kann ein weiterer Temperaturschwellwert von 500°C erfasst werden, wobei bei Überschreiten eine Druckregelung im Reaktor zum Einstellen des Soll-Betriebsdrucks aktiviert wird, insbesondere indem ein Druckgradient im Bereich von 0,5bar/min. bis 1 bar/min. eingeregelt wird. Diese Schwellwerte haben sich als vorteilhafter Kompromiss erwiesen, insbesondere auch in Hinblick auf eine Ansteuerbarkeit von Druckventilen. Dabei kann eine Druckregelung im Reaktor zum Einstellen des Soll-Betriebsdrucks bei einem Temperaturschwellwert niedriger als ein weiterer Temperaturschwellwert für das Zünden der Non-Startup-Brenner aktiviert werden, insbesondere indem ein Druckgradient im Bereich von 0,5bar/min. bis 1 bar/min. eingeregelt wird. Diese prozessuale Variation kann auch gut beherrscht werden.
Dabei kann ein weiterer maximaler Temperaturschwellwert von 700°C im Rauchgas oder am Reaktor-Auslass erfasst werden, bis zu welchem die Zündung der Startup- Brenner fortgeführt wird, wobei bei Überschreiten eine/die weitere, insbesondere dritte Anfahrphase initiiert wird, insbesondere durch Zünden der Non-Startup-Brenner. Dies liefert einen vorteilhaften Kompromiss bzw. Verfahrenszeitpunkt für das Initiieren weiterer Anfahr-Schritte. Insbesondere hat sich gezeigt, dass die gewünschten Selbstzündungsbedingungen ab diesem Temperaturschwellwert mit guter Sicherheit sichergestellt werden können. Die Selbstzündungstemperatur (AIT) kann dabei auch abhängig sein von der Brenngaszusammensetzung. Der Temperaturschwellwert von 700°C hat sich insbesondere für Erdgase als vorteilhaft erwiesen, insbesondere für solche Erdgase, die hauptsächlich für Wasserstoff- und Ammoniakanlagen als Brenngas verwendet werden.
Dabei kann ein weiterer maximaler Temperaturschwellwert im Bereich von 850°C bis 1050°C im Rauchgas oder am Reaktor-Auslass erfasst werden, bis zu welchem Beschickungsgas mit zeitlich ansteigendem Durchsatz/Durchfluss eingeleitet wird. Ab diesem Schwellwert ist auch eine Überleitung in den Normalbetrieb besonders vorteilhaft.
Dabei kann ein zeitbezogener Temperaturgradient von maximal 100K/h, insbesondere maximal 50K/h Temperaturanstieg in der jeweiligen Phase eingeregelt werden. Dies liefert auch einen vorteilhaften Kompromiss aus Robustheit, Stabilität und Prozessdauer. Dabei kann eine jeweilige Anfahrphase in Abhängigkeit von minimalen Temperaturschwellwerten (Untergrenze) initiiert werden. Die Temperatursteuerung ermöglicht insbesondere in Kombination mit dem Zuschalten individueller Brenner eine vorteilhafte Prozessführung.
Die Formulierung„im Bereich von“ umfasst dabei insbesondere auch jeweils exakt den entsprechenden Wert sowie leichte prozessuale oder regelungstechnische Variationen im einstelligen Prozentbereich.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt eine Druckregelung in Abhängigkeit der Reaktorauslass-Temperatur, insbesondere eine Druckregelung im Dampfsystem. Dies ermöglicht auch eine gute Kontrolle der Effekte im Reaktor. Dabei kann der Druck in der ersten Anfahrphase insbesondere auf mindestens 20bara erhöht werden. In der ersten und/oder zweiten Anfahrphase kann ein ansteigender Druckgradient insbesondere im Bereich von 0,5bar/min. bis 1 bar/min. eingeregelt werden. In einer/der dritten Anfahrphase kann im Dampfsystem bzw. im Anlagen-Front-End ein ansteigender Druckgradient von insbesondere 10bar/h eingeregelt werden. Dies hat sich jeweils als besonders zweckdienlicher verfahrenstechnischer Parameterbereich erwiesen. Es hat sich gezeigt, dass eine automatisierte Druckregelung ebenfalls ein großes Einsparpotential bzw. eine große Effizienzsteigerung ermöglicht. Bisher war es oftmals üblich, eine Druckregelung auf manuelle Weise durchzuführen, also indem manuell schrittweise eine Druckanpassung vorgenommen wird. Bei Dampfreformer- Anordnungen müssen dabei üblicherweise wenigstens zwei oder drei Drucksysteme aufeinander abgestimmt werden, nämlich der Prozessgasdruck und der Druck in wenigstens einem Dampfsystem (häufig in wenigstens zwei Dampfsystemen). Insbesondere muss der momentane Prozessgasdruck kleiner als der momentane Dampfdruck eingestellt sein. Erfindungsgemäß kann auch diese Druckregelung auf automatisierte Weise eingeregelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird in der jeweiligen Anfahrphase eine Last oder ein Durchfluss des entsprechenden Mediums von maximal 40% des maximalen Outputs oder der maximalen Anlagen-Auslastung eingeregelt, insbesondere indem der Stoffstrom von Dampf und/oder Beschickungsgas geregelt wird. Hierdurch kann die graduelle Anfahr-Rampe bis zu einem vorteilhaften Übergabepunkt für den Normalbetrieb gefahren werden, insbesondere als vorteilhafter Kompromiss aus Betriebssicherheit, Prozess-Stabilität und Zeitaufwand.
Gemäß einer Ausführungsform wird für das Anfahren wenigstens eine Eingangs- Randbedingung aus der folgenden Gruppe sichergestellt: Stickstoff-Spülung vervollständigt, automatische Druckregelung Reaktor eingeschaltet, Reaktorauslass- Temperatur wird aktiv geregelt in Abhängigkeit von Druck und Durchsatz von Brenngas. Hierdurch kann auch jeweils eine Plausibilitäts-Prüfung erfolgen oder ein folgender Prozess-Schritt initiiert werden. Wahlweise kann dabei ein Stickstoff-Vordruck kontrolliert werden.
Insbesondere sind alle Prozessmedien, beispielsweise auch importierte Dampf, an der Dampfreformer-Anlagengrenze verfügbar bzw. werden dort bereitgestellt.
Insbesondere ist ein Kesselspeisewasser-System (Deaerator und Dampftrommeln, Pumpen) gefüllt und in Betrieb. Insbesondere befinden sich Füllstands-Überwachungseinrichtungen der Dampftrommeln im AUTO-Modus, insbesondere mit SetPoint bei ca. 10% unterhalb des normalerweise üblichen Betriebspunktes.
Insbesondere ist das Prozesssystem gespült und mittels Stickstoff mit Druck beaufschlagt.
Insbesondere sind Rauchgas- und Verbrennungsluft-Lüfter in Betrieb, insbesondere bei minimaler Durchflussrate.
Insbesondere sind alle Sub-Systeme (Brenngas, Beschickungsgas, Dampf) eingekoppelt bzw. verbunden.
Insbesondere befinden sich alle Temperatur-Überwachungseinrichtungen, welche Kesselspeisewasser-Einspritzung mittels Dampfkühlern nutzen, im AUTO-Modus, insbesondere mit vorhergesehenem SetPoint für einen normalen üblichen Betriebspunkt. Für Dampf-Superheater kann es von Nutzen sein, den SetPoint derart zu verringern, dass ein Erreichen bzw. Überschreiten der üblichen Soll-/Betriebstemperatur währen der Startup-Phase(n) vermieden wird.
Insbesondere befindet sich eine an die Reformerrohre gekoppelte Druck- Überwachungseinrichtung im AUTO-Modus, wobei insbesondere eine Regelschleife zum Aufrechterhalten des Drucks im Reformer eingestellt ist.
Insbesondere befindet sich eine Regelschleife zum Einstellen der Auslasstemperatur am Prozessgaskühler im AUTO-Modus.
Insbesondere befinden sich Füllstands-Überwachungseinrichtungen von Prozesskondensat-Separatoren im AUTO-Modus, und das System ist online geschaltet und eingerichtet zum Entfernen von Prozesskondensat, sobald dem System Dampf zugegeben wird.
Insbesondere wird Stickstoff im Prozessgas-System zirkuliert, insbesondere mittels eines Kompressors.
Insbesondere sind automatische Lüftungs-Ventile an Dampftrommeln in der Offen- Stellung.
Insbesondere sind Lüftungs-Ventile beider Dampfsysteme (Hochdruck und Prozesskondensat) hin zu einem Dampf-Silencer in der Offen-Stellung.
Insbesondere wird die Reformerauslasstemperatur in einem Kaskaden-Modus eingestellt bzw. geregelt (Rangfolge: Temperatur vor Brenngas-Druck bzw. Brenngas- Durchsatz). Der SetPoint kann sequentiell vorgegeben werden, insbesondere unter Berücksichtigung einer Soll-Temperaturkurve (gewünschte bzw. vordefinierte Aufheizrate).
Insbesondere wird rotierendes Equipment in adäquat vorbereitetem Zustand bereitgehalten und ist betriebsbereit.
Insbesondere wird Kühlwasser zu allen Verbrauchern des Prozesses geliefert.
Insbesondere befindet sich ein Luftkühler in Betrieb.
Insbesondere befindet sich ein Auslassventil stromauf von einer Druckwechseleinheit im AUTO-Modus, insbesondere mit SetPoint bei 7bar.
Gemäß einer Ausführungsform wird beim Anfahren wenigstens einer der folgenden Parameter überwacht: Durchsatz des die Non-Startup-Brenner versorgenden Mediums (insbesondere Brenngas), Flammencharakteristik eines jeweiligen Pilotbrenners, Flammencharakteristik eines jeweiligen Startup-Brenners. Durch Überwachung der Durchsätze und Flammen ist der Prozess auf besonders einfache und robuste Weise automatisierbar.
Gemäß einer Ausführungsform wird beim Anfahren, insbesondere im Zusammenhang mit zuvor beschriebenen Einzelschalter-Anfahr-Konzept, wenigstens eine Regelschleife bezüglich wenigstens eines Parameters aus der folgenden Gruppe ausgeführt: Dampf- Carbon-Verhältnis, Reaktor-/Reformerauslass-Temperatur, Reaktor-Druck bzw. System-Prozessdruck, Medium-Durchsatz (insbesondere Luftdurchsatz, Produktoutput „hydrogen to feed“), Dampf-Druck (insbesondere Kopfdruck Export-Dampf), Prozesskondensat-Dampf-Druck (insbesondere Kopfdruck). Hierdurch ist ein umfangreiches Monitoring des Prozesses sichergestellt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren auch ein zumindest teilweise automatisiertes Herunterfahren (Abfahren) der Dampfreformeranordnung vom Normalbetriebszustand, insbesondere in einen Stand-By-Betriebszustand oder in einen komplett ausgeschalteten Zustand, insbesondere in umgekehrter Schrittfolge wie das zuvor beschriebene Anfahren. Hierdurch lassen sich die zuvor beschriebenen Vorteile auch für das Abfahren realisieren (Synergieeffekte bei der Implementierung). Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch eine Steuerungs- /Regelungseinrichtung eingerichtet zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei die Steuerungs-/Regelungseinrichtung an wenigstens drei Gruppen von Brennern gekoppelt ist, umfassend Pilotbrenner, Startup- Brenner und Non-Startup-Brenner, wobei die Steuerungs-/Regelungseinrichtung ferner an wenigstens drei Verteiler für wenigstens drei Medienströme gekoppelt ist, umfassend die Medien Pilotgas, Brenngas für Startup-Brenner, Brenngas für Non-Startup-Brenner, und dabei eingerichtet ist zur Regelung dieser Medienströme, insbesondere in zeitlicher Abhängigkeit voneinander und/oder temperaturabhängig. Dies liefert zuvor genannte Vorteile.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch Verwendung einer Brenner-Anordnung umfassend wenigstens drei Gruppen von Brennern jeweils gekoppelt an wenigstens einen Reaktor mit Reformerrohren, zum Anfahren einer Dampfreformeranordnung, insbesondere aus dem Stillstand, in den Normalbetriebszustand, insbesondere für die Produktion von Wasserstoff oder Methanol oder Ammoniak oder Synthesegas, insbesondere in einer zuvor beschriebenen Dampfreformeranordnung, wobei eine erste Gruppe der Brenner als Pilotbrenner zum Zünden, insbesondere sequentiellen Zünden, von einer zweiten Gruppe der Brenner, nämlich Startup-Brennern, angesteuert und betrieben werden (insbesondere auf vollautomatisierte Weise ohne manuelle Intervention bezüglich des Zündens der Startup-Brenner), und wobei die Startup-Brenner (zweite Gruppe) zumindest bis zu einem Mindesttemperaturschwellwert entsprechend einer Selbstzündungstemperatur der dritten Brenner-Gruppe, nämlich Non-Startup-Brenner, derart angesteuert und betrieben werden, dass die Non-Startup-Brenner daraufhin mittelbar durch Zuleiten von Brenngas auf oder oberhalb der Selbstzündungstemperatur zündbar sind, insbesondere temperatur- und druckgesteuert bis zu einer vordefinierbaren Normalbetriebs-Temperatur am Reaktorauslass (insbesondere 850°C). Dies liefert zuvor genannte Vorteile. Insbesondere hat sich gezeigt, dass durch das automatisierte Zünden der Startup-Brenner ein sehr großer Anteil an Aufwand eingespart werden kann. Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein Com puterprogramm produkt eingerichtet zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wenn das Verfahren auf einem Computer ausgeführt wird, wobei mittels des Computerprogrammprodukts ein Ansteuerung- /Regelungsablauf sowohl für die Ansteuerung von für den Normalbetrieb vorgesehener Brennern (Non-Startup-Brenner) als auch von für speziell für das Anfahren vorgesehener Brennern (insbesondere Politbrenner und korrespondierende Startup- Brenner) sichergestellt wird, insbesondere in Bezug auf temperaturabhängige Zündungszeitpunkte und/oder Medienströme/-durchflüsse. Dies liefert zuvor genannte Vorteile. Insbesondere können die jeweils gewünschten Parameterkurven, insbesondere Temperatur-/Druck-Sollkurven, kontinuierlich berechnet und in Bezug auf eine momentane prozessuale Situation vorgegeben werden. Dabei können jeweils Maximal-/Minimal-Schwellwerte für einen jeweiligen Parameter vorgegeben werden.
Dabei kann mittels des Com puterprogramm produkts eine temperaturabhängige und/oder druckabhängige zeitliche Vorgabe zum Zünden einzelner der Brenner vorgegeben werden bzw. vorgebbar sein, insbesondere als Funktion eines momentanen Temperaturgradienten. Der maximale Temperaturgradient kann z.B. auf 50K/h vordefiniert sein, so dass eine Regelung des Zuschaltens der Brenner z.B. in einem Bereich von 40K/h bis 50K/h oder 45K/h bis 50K/h geregelt wird. Somit kann die Zündung und die Betriebsweise einzelner Brenner in Bezug auf einen Temperaturgradienten z.B. im Bereich von 43K/h bis 48K/h erfolgen. Dies ermöglicht auch ein besonders zeiteffizientes Anfahren am oberen Limit eines zulässigen Temperaturgradienten.
Im Folgenden werden spezifische Beispiele für Sequenzen einer jeweiligen Anfahrphase bzw. in einer darauffolgenden Betriebsphase gegeben.
Beispielhafte Sequenzen insbesondere in erster Anfahrphase
Die erste Anfahrphase kann auch als„Stickstoff-Inbetriebnahme in Kombination mit Startup-Brenner-Zündung“ bezeichnet werden. Zuvor genannte Eingang- Randbedingungen sind insbesondere allesamt erfüllt. Folgende Sequenzen können insbesondere vollautomatisiert in Reaktion auf das - insbesondere auch bildlich gesprochen - Betätigen des„single ramp-up button“ initiiert werden:
1.1/ Spülen des/der Dampfreformer vor dem Zünden, insbesondere für 15min. nach Initiieren des Startvorgangs.
1.2/ Automatische Dichtigkeitsprüfung des Brenngassystems: Beschicken mit Stickstoff und Halten des Test-Drucks; nach der Prüfung wird ein Not-Ventil (emergency shut down) stromauf von jedem Brenner zurückgesetzt, insbesondere für 2min., um Test- Gas abzulassen.
1.3/ Automatische Dichtigkeitsprüfung des Offgassystems: Beschicken mit Stickstoff und Halten des Test-Drucks.
1.4/ Zurücksetzen von Ventilen, insbesondere für 1 min., zum Bereitstellen von Pilotgas an den Brennern und Ventilen/Verteilern; Zündung von Pilotbrennern, insbesondere mittels elektrischer Entflammung, insbesondere während 5Sek. Überwachen eines Flammendetektionssignals, insbesondere im Zeitfenster von 10Sek. nach Zündung; sobald an allen Pilotbrennern eine Flamme nachgewiesen/bestätigt ist, Freigabe zum Zünden eines ersten Startup-Brenners.
1.5/ Zurücksetzen eines/des automatischen Spülventils (englisch: vent valve), welches an den Brenngas-Verteiler am Reformerkopf gekoppelt ist, sowie eines/des Spülventils stromab des ersten Brenngas-Jet down“; gegebenenfalls Regeln der Geschwindigkeit des Öffnens der Ventile, insbesondere Begrenzen der Geschwindigkeit, zur Vermeidung von Auswirkungen auf den Brenngas-Druckregler; durch diese Schritte strömt Brenngas durch die Verteiler und Ventile; während z.B. ca. 5 Minuten wird das Testgas durch Brenngas ersetzt (Gas-Austausch-Phase); nach ca. 5 Minuten kann eine Freigabe zum Zurücksetzen eines Sicherheitsventils (englisch: ESDV emergency shut down valve) stromauf vom jeweiligen Startup-Brenner gegeben werden.
1.6/ Zünden des ersten Startup-Brenners: Zurücksetzen der involvierten Armaturen; allmähliches Öffnen (binnen 30Sek.).
1.7/ Nach 10min.: Zünden des zweiten Startup-Brenners; Zurücksetzen der involvierten Armaturen.
1.8/ Fortsetzen der Zündungs-Sequenz, bis die Rauchgastemperatur 200°C erreicht; danach Einhalten eines Temperaturgradienten von max. 50K/h.
1.9/ Ein/das automatische Spülventil des Brenngases sowie ein/das Spülventil stromab eines/des Brenngas-Jet down“ werden langsam geschlossen (insbesondere Schließvorgang über eine Dauer von z.B. zwei Minuten), sobald ca. mindestens fünf Startup-Brenner in einem stabilen Betrieb mit Flammensignal gebracht sind.
1.10/ Fortsetzen der Zündungs-Sequenz, bis die Rauchgastemperatur 350°C erreicht, insbesondere durch Starten/Zünden von so vielen Brennern wie möglich und durch Steigern des Drucks des Brenngases; wenn/sobald sich alle Startup-Brenner in Betrieb befinden, wird ein die Reformerauslasstemperatur regelnder Temperaturregler (Kaskade zum Brenngas-Druck) in den Auto-Betriebsmodus geschaltet, insbesondere mit einer vorgegebenen Temperaturrampe von z.B. maximal 50K/h.
1.11/ Parallel zum Zünden der Brenner werden Ventile (insbesondere die Entlüftungsventile) von Dampftrommeln geschlossen, insbesondere wenn die Reformerauslasstemperatur 200°C erreicht.
1.12/ Sobald die Reformerauslasstemperatur 250°C erreicht, wird der Druck in Dampfsystemen, insbesondere in den zwei Dampfsystemen, auf 20bara gesteigert (Bezug: t_sat = 212°C), insbesondere bei einem Gradienten von 0,5bar/min; dieser Gradient (Druck-Rampe) kann durch ein Signal im Bereich von (wenigen) Sekunden abgebildet werden, wodurch eine gute Regelbarkeit bzw. Reaktivität beim Regeln sichergestellt werden kann (Reaktivität der involvierten Druckventile); dabei kann eine Druckgradient-Bestimmung individuell implementiert sein.
1.13/ Sobald die Reformerauslasstemperatur 350°C übersteigt, wird eine Einlasstemperatur eines Flochtemperatur-Shift von größer 180°C eingestellt und der Prozess stabilisiert, so dass der Bediener den nächsten Schritt der Anfahrsequenz aktivieren kann (zweite Anfahrphase).
Beispielhafte Sequenzen insbesondere in zweiter Anfahrphase
Die zweite Anfahrphase kann auch als„Dampf-Inbetriebnahme“ bezeichnet werden.
2.1/ Eine Bypass-Verbindung des Haupt-Dampf-Durchflussregelventils ist mit einem separaten Startup-Regelventil ausgerüstet.
2.2/ Das Startup-Dampf-Regelventil wird allmählich geöffnet, insbesondere um 5%. Das System wird in diesem Zustand gehalten, insbesondere über eine Zeit von 30min. Nach der Haltezeit wird der Dampf-Strom gesteigert, insbesondere um 0,5% pro Minute (bezüglich 100% Last), insbesondere bis zu einem Betriebspunkt entsprechend 40% Last des Dampf-Flusses. 2.3/ Parallel dazu wird die Zündungssequenz fortgesetzt, insbesondere bei einem Temperaturgradienten unter 50K/h, insbesondere bis die Reformerauslasstemperatur 700°C erreicht, insbesondere durch Zünden von mehr und mehr Startup-Brennern und durch nachfolgendes Steigern des Drucks.
2.4/ Sobald die Reformerauslasstemperatur 500°C erreicht, wird der Druck in beiden Dampfsystemen auf das normale Betriebsniveau gesteigert, insbesondere bei einem Druckgradienten von 0,5bar/min, insbesondere basierend auf einem binnen weniger Sekunden wiederkehrenden Signal, welches an wenigstens ein Druckregelventil gekoppelt ist.
2.5/ Eine/die Stickstoff-Zirkulation wird unterbrochen, sobald die die Reformerauslasstemperatur 700°C erreicht; insbesondere wird der Stickstoff-Strom durch Schließen von Regelventilen binnen 5min. verringert; das Stickstoff-Zirkulations- Ventil öffnet; wenn das Stickstoff-Regelungsventil geschlossen ist, wird der Stickstoff- Kompressor automatisch angehalten.
2.6/ Sobald die Reformerauslasstemperatur 700°C übersteigt, kann von ausreichend stabilen Betriebsbedingungen ausgegangen werden, so dass ein Bediener die dritte Anfahrphase initiieren kann (wahlweise vollautomatische Initiierung).
Beispielhafte Sequenzen insbesondere in dritter Anfahrphase
Die dritte Anfahrphase kann auch als„feed in“ bezeichnet werden.
3.1/ Bevor dem Prozess weiteres Gas zugeführt wird, werden die Non-Startup-Brenner gezündet; die Non-Startup-Brenner werden über wenigstens einen entsprechenden Brenngas-Verteiler mit Brenngas beaufschlagt; der Bediener kann dafür beispielsweise Ventile stromauf eines jeden Brenners öffnen; Durchflussregler für Non-Startup-Brenner werden insbesondere um z.B. 5% für z.B. 5 Minuten geöffnet; dabei kann eine Haltephase oder eine Phase gleicher schrittweiser Regelung von z.B. mindestens 15 Minuten eingehalten werden, insbesondere zwecks Prozess-Stabilisierung; beispielsweise über ein Regelungs-Intervall von 3 Stunden wird das jeweilige Regelventil schrittweise auf 100% geöffnet; dabei bzw. dadurch kann eine Druckregelung erfolgen, insbesondere indem die Reformerauslasstemperatur entsprechend geregelt wird.
3.2/ Eine Stickstoffzirkulation wird unterbrochen; ein Haupt-Feed-Regelventil stromauf eines Beschickungsgas-/Dampf-Vermischungspunktes wird geschlossen; eine Konfiguration mit Block- und Entlüftungsverteiler (Ventilkombination mit Doppelabsperrung und Entlastung/Zwischenentlüftung; englisch: db&b double block and bleed) der Stickstoff-Versorgung isoliert den Stickstoff.
3.3/ Ein/das automatische Spülventil stromab eines/des Entschwefelungsabschnitts wird nach und nach geöffnet, insbesondere zum Einstellen eines Beschickungsgas- Durchflusses entsprechend 40% Anlagen-Last (bzw. 40% des maximalen Outputs).
3.4/ Ein/das Einlassventil an der Anlagengrenze wird nach und nach geöffnet, insbesondere zum graduellen Druckbeaufschlagen des Systems bei einer Druck- Rampe von z.B. 10bar/h.
3.5/ Sobald der standardmäßige Betriebsdruck des Entschwefelungsabschnitts sichergestellt ist, wird dem Prozess Beschickungsgas zugeführt.
3.6/ Das Haupt-Zuström-Ventil (feed valve) wird insbesondere um z.B. 5% für z.B. 5 Minuten geöffnet, insbesondere zum Initialisieren einer Dampfreformierung; ein Druck an den Brennern kann entsprechend nachgeregelt werden, insbesondere da die Temperatur im Reaktor aufgrund endothermer Reaktionen zunächst fällt.
3.7/ Zum schrittweisen Hochregeln auf 40% Anlagen-Output wird der Beschickungsgas- Durchsatz (feed flow) von einer 5%-Ventilstellung schrittweise gesteigert, insbesondere durch 0,25% zusätzlicher Ventil-Öffnung pro Minute; insbesondere kann für Ammoniak- Anlagen eine Reaktivierungs-Prozedur (nach Dampf-Kontakt) auch in Abhängigkeit der verwendeten Katalysator-Materialien vorgegeben werden.
3.8/ Die Dampf-Durchflussrate wird aufrechterhalten; sobald 40% des maximalen Outputs erreicht werden, wird eine Regelung für das Dampf-/Karbon-Verhältnis aktiviert, wobei die Dampf-Durchflussrate auf einen Standard-Betriebswert herabgeregelt wird, insbesondere bei einer Rampe von 1.000 kg/h/h.
3.9/ Parallel zum Steigern der Feed-Durchflussrate wird der Druck im Back-End der Anlage (vom Vermischen von Beschickungsgas/Dampf bis hin zu beispielsweise einem Prozessabschnitt stromauf einer Druckwechseladsorption) gesteigert, insbesondere durch Drosseln wenigstens eines Spülventils im entsprechenden Prozessabschnitt, insbesondere bei einer Rampe von 0,1 bar/min, bis zum Erreichen von Standard- Betriebsparametern.
3.10/ Parallel zum Steigern der Feed-Durchflussrate wird die Reformerauslasstemperatur auf Standard-Betriebsparameter gesteigert, insbesondere bei einer Rampe von weniger als 50K/h, insbesondere bis auf ca. 850°C. Die Dampfreformeranordnung ist nun vollständig in Betrieb genommen und kann Roh- Wasserstoff produzieren, welches beispielsweise zu einem Druckwechseladsorptions- Prozess geliefert wird.
Beispielhafte Sequenzen insbesondere in einer darauffolgenden Betriebsphase
Die folgenden Beispiele werden in Hinblick auf Wasserstoff als Produkt gegeben.
4.1/ Das stromauf von der Druckwechseladsorption (PSA) angeordnete Sicherheitsventils (ESDV) wird zurückgesetzt und langsam geöffnet, insbesondere über eine Dauer von mindestens 5 Minuten, zum Druckbeaufschlagen der Druckwechseladsorption; wahlweise kann ein automatischer Bypass vorgesehen sein. 4.2/ Ein Druckregelventil stromab von der Druckwechseladsorption wird vollständig geschlossen.
4.3/ Beide Spülventile für Produkt-Medium (Wasserstoff) und Offgas befinden sich in einem AUTO-Regelzustand, mit den Standard-Betriebsparametern als Referenz.
4.4/ Der Druckwechseladsorptions-Prozess wird bei Druckausgleich gestartet.
4.5/ Ein Druckregelventil stromauf von der Druckwechseladsorption wird langsam geschlossen, wobei das druckgeregelte, stromab angeordnete Spülventil geöffnet wird, um den Druck für die PSA aufrecht zu erhalten.
4.6/ Wasserstoff wird zum Abfackeln bereitgestellt; PSA-Offgas wird angesammelt und wird ebenfalls zum Abfackeln bereitgestellt, insbesondere über ein Druckregelventil des Offgas-Systems.
4.7/ Nach einer PSA-Betriebsphase von z.B. 30 Minuten wird reiner Wasserstoff für den Hydrogenierungs-Reaktor des Entschwefelungsabschnitts recycelt; ein Wasserstoff- Kompressor wird automatisch gestartet, wobei das den Durchfluss zum Hydrogenierungs-Reaktor regelnde Ventil geschlossen wird; nach z.B. 5 Minuten Betriebsdauer des Wasserstoff-Recycling-Kompressors wird der Wasserstoff-Durchsatz z.B. mit einer Rampe von 10 Nm3/h/h auf Standard-Betriebsparameter hochgefahren. 4.8/ Der Bediener öffnet die/alle Ventile stromauf der Brenner, bevor PSA-Offgas eingelassen wird; ein oder mehrere Regelventile für das PSA-Offgas werden langsam geöffnet, insbesondere in 5%-Schritten; die erste (kleinste) Offen-Position wird insbesondere während 15 Minuten gehalten; dies hat sich zur Stabilisierung von Temperatur- und Reformerdruckregelung als vorteilhaft erwiesen.
4.9/ Nach beispielsweise 10 Minuten wird der PSA-Offgas-Durchsatz gemäß einer vordefinierbaren Rampe hochgefahren, insbesondere derart, dass das gesamte Offgas zum Reformer geleitet wird, also ohne Offgas abzufackeln; beispielweise wird diese Durchfluss-/Verteiler-Regelung über eine Dauer von 60 Minuten erledigt.
Die Anlage ist nun insbesondere bei 40% Auslastung in Betrieb. Die Auslastung kann nun wunschgemäß gesteigert werden, bei guter Prozesssicherheit und Prozessstabilität, insbesondere durch ein automatisiertes Prozessleitsystem.
Der Durchsatz von Verbrennungsluft ist insbesondere noch bei einem Minimum. Zum Steigern der Anlagen-Auslastung kann der Verbrennungsluft- Durchsatz basierend auf einer vorgegebenen Abhängigkeit (Funktion, Rampe) insbesondere als Funktion des Outputs gesteigert werden, insbesondere vollautomatisch.
Wahlweise kann ein Bediener in der Startphase in den automatisierten Anfahrprozess eingreifen oder diesen individuell regeln oder anpassen; der automatisierte Anfahrprozess wird zu diesem Zeitpunkt unterbrochen (Befehlshierarchie favorisiert individuelle Regelung); der Bediener gibt die Freigabe für das optionale automatisierte Weiterführen des automatisierten Anfahrprozesses; wahlweise führt der Bediener den Prozess auf manuelle Weise zumindest bis zur nächsten Anfahrphase, ab welcher der Prozess dann auf besonders einfache Weise wieder vollautomatisiert weitergeführt werden kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschrei-bung wenigstens eines Ausführungsbeispiels anhand von Zeichnungen, sowie aus den Zeichnungen selbst. Dabei zeigen
Fig. 1 in schematischer Darstellung Brenner und Medienströme gemäß einer Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Dampfreformeranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 3 in schematischer Darstellung eine Veranschaulichung von Regelkreisen einer Dampfreformeranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Bei Bezugszeichen, die nicht explizit in Bezug auf eine einzelne Figur beschrieben werden, wird auf die anderen Figuren verwiesen. Die Figuren werden zwecks leichteren Verständnisses zumindest teilweise zusammen unter Bezugnahme auf alle Bezugszeichen beschrieben. In den jeweiligen Figuren gezeigte Einzelheiten oder Besonderheiten werden individuell beschrieben.
Die Fig. 1 veranschaulicht vier unterschiedliche Leitungssysteme jeweils mit einer spezifischen Funktion, wobei die Leitungssysteme wenigstens drei Brennertypen einer Dampfreformeranordnung 100 versorgen und dabei wenigstens vier Medienströme regeln.
Ein erstes Leitungssystem 1 (ununterbrochene Linien) ist für eine erste Gruppe von Brennern 10 vorgesehen, nämlich für Pilotbrenner. Ein zweites Leitungssystem 2 (Strichpunktinien) ist für eine zweite Gruppe von Brennern 20 vorgesehen, nämlich für Startup-Brenner. Ein drittes Leitungssystem 3 (gestrichelte Linien) ist für dritte Gruppe von Brennern 30 vorgesehen, nämlich für Non-Startup-Brenner bzw. Hauptbrenner.
Über das erste Leitungssystem 1 wird einzelnen Brenneranordnungen bzw. einzelnen Pilotbrennern ein erstes Medium M1 zugeführt, nämlich Pilotgas, welches über mehrere Verteiler oder Regelventil 71 geregelt zuführbar ist. Über das zweite Leitungssystem 2 wird einzelnen Brenneranordnungen bzw. einzelnen Clustern 11 bzw. einzelnen Startup-Brennern ein zweites Medium M2 zugeführt, nämlich Startup-Gas, welches über Verteiler oder Regelventil 72 geregelt zuführbar ist. Über das drittes Leitungssystem 3 wird einzelnen Brenneranordnungen bzw. einzelnen Hauptbrennern ein drittes Medium M3 zugeführt, nämlich Brenngas, welches über mehrere Verteiler oder Regelventil 73 geregelt zuführbar ist. Über ein viertes Leitungssystem 4 (gepunktete Linien) wird der jeweiligen Brenneranordnung bzw. dem jeweiligen Cluster 11 ein viertes Medium M4 zugeführt, nämlich Offgas/Tailgas/Purgegas, welches über mehrere Verteiler oder Regelventil 74 geregelt zuführbar ist. Die einzelnen Brenner bilden am jeweiligen Reformerrohr 104 Brenner-Cluster 11 umfassend wenigstens drei Typen von Brennern, nämlich Pilotbrenner, Startup-Brenner und Hauptbrenner.
Die Bezugsziffer 50 bezeichnet eine Messeinrichtung, insbesondere optisch und/oder akustisch, insbesondere umfassend eine Flammenüberwachungseinheit. Beispielsweise kann die Messeinrichtung 50 sowohl einen oder mehrere Flammenwächter 51 für Pilot-Brenner als auch einen oder mehrere Flammenwächter 52 für Startup-Brenner umfassen.
Die Fig. 2 zeigt eine Dampfreformeranordnung 100 umfassend die zuvor allgemein beschriebene Regelungs-Systematik.
Die Bezugsziffer 56 bezeichnet eine Temperaturmesseinheit, insbesondere umfassend eine erste Temperaturmesseinheit 56a am Einlass Hochtemperaturshift sowie eine zweite Temperaturmesseinheit 56b am Auslass eines Reaktors 103.
Die Bezugsziffer 57 bezeichnet eine Druckmesseinheit, insbesondere umfassend eine Druckmesseinheit 57a für Prozessdruck und/oder eine Druckmesseinheit 57b für Export-Dampfdruck und/oder eine Druckmesseinheit 57c für PC-Dampfdruck.
Eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung 60 greift auf eine Prozessdatenbank 61 zu, in welcher Parameterdaten für unterschiedliche Parameter P1 , P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8 hinterlegt sein können. Die Steuerungs-/Regelungseinrichtung 60 stellt eine Einschaltung 101 sicher: Mittels eines Schalters 101 (Stichwort„ramp-up button“), der an die Steuerungs-/Regelungseinrichtung gekoppelt ist, kann ein standardisierter Anfahrprozess initiiert werden. Der Schalter 101 kann hier exemplarisch auch als Benutzerschnittstelle bezeichnet werden.
Die Steuerungs-/Regelungseinrichtung 60 steht zudem in Kommunikation bzw. in kommunikativer Verbindung mit einzelnen Durchflussreglern 62, 63, 65 jeweils für wenigstens einen Medienstrom, und steht ferner in Kommunikation mit einer Auslasstemperaturregelung 66 (Temperaturregeleinheit) sowie mit einer Druckregelung 67 (Druckregeleinheit) und mit einer S/C-Regelung 68 zum Einstellen des Dampf zu Carbon-Verhältnisses.
Die Bezugsziffer 70 bezeichnet eine Durchflussregeleinrichtung, insbesondere umfassend Regelventile für die Medienströme M1 , M2, M3, M4.
Die Bezugsziffer M5 bezeichnet abgeführte Rauchgase.
Eine Lüftungseinrichtung 80 kann je nach individueller Ausgestaltung des Prozesses mehrere (automatische) Lüftungsventile (nicht dargestellt) in Relation zu den einzelnen Komponenten umfassen, insbesondere in Relation zu einzelnen Brennern, Dampftrommeln, in Entschwefelungsabschnitten. Ebenso können Verbindungsleitungen zwischen Komponenten der Lüftungseinrichtung und einzelnen Verteilern oder Regelventilen vorgesehen sein.
Die Bezugsziffer 105 veranschaulicht einen Bypass am Haupt-Dampf-Regelventil.
Die Fig. 3 zeigt eine Dampfreformeranordnung 100 umfassend die zuvor allgemein beschriebene Regelungs-Systematik, wobei die Dampfreformeranordnung 100 auch eine Gaskühlung bzw. Shift-Reaktion bzw. Druckwechseladsorption (Bezugsziffer 106) umfasst oder daran gekoppelt ist, welche insbesondere stromab des Reformerprozesses vorgesehen sein kann.
Eine jeweilige Temperaturregeleinheit 66 (insbesondere TIC Temperature Controller) ist insbesondere eingerichtet zum Regeln der Temperatur am Reformeraustritt, insbesondere durch Zugabe von mehr oder weniger Make-up-Fuel.
Eine jeweilige Druckregeleinheit 67 (insbesondere PIC Pressure Controller) ist insbesondere eingerichtet zum Regeln des Drucks, insbesondere im gesamten Backend der Wasserstoffanlage, insbesondere durch Öffnen/Schließen eines Wasserstoffabgabeventils.
Die Bezugsziffer M6 bezeichnet Beschickungsgas (feed gas). Die Bezugsziffer M7 bezeichnet einen Produktstrom, insbesondere Wasserstoff. Bezugszeichenliste:
1 erstes Leitungssystem, insbesondere für erste Gruppe von Brennern
2 zweites Leitungssystem, insbesondere für zweite Gruppe von Brennern
3 drittes Leitungssystem, insbesondere für dritte Gruppe von Brennern
4 viertes Leitungssystem, insbesondere für viertes Medium
10 erste Gruppe von Brennern, insbesondere Brenner eines ersten Typs, insbesondere Pilotbrenner
11 Brenner-Cluster umfassend wenigstens drei Typen von Brennern
20 zweite Gruppe von Brennern, insbesondere Brenner eines zweiten Typs, insbesondere Startup-Brenner
30 dritte Gruppe von Brennern, insbesondere Brenner eines dritten Typs, insbesondere Non-Startup-Brenner bzw. Hauptbrenner
50 Messeinrichtung, insbesondere Flammenüberwachungseinheit, insbesondere optisch und/oder akustisch
51 Flammenwächter für Pilot-Brenner
52 Flammenwächter für Startup-Brenner
56 Temperaturmesseinheit
56a Temperaturmesseinheit Einlass Hochtemperaturshift
56b Temperaturmesseinheit Reaktorauslass
57 Druckmesseinheit
57a Druckmesseinheit Prozessdruck
57b Druckmesseinheit Export-Dampfdruck
57c Druckmesseinheit PC-Dampfdruck
60 Steuerungs-/Regelungseinrichtung
61 Prozessdatenbank
62 Durchflussregler für Startup-Dampf
63 Durchflussregler für weiteres Medium
65 Durchflussregler für Produkt, insbesondere für Wasserstoff 66 Auslasstemperaturregelung bzw. Temperaturregeleinheit
67 Druckregelung bzw. Druckregeleinheit
68 S/C-Regelung (Dampf zu Carbon-Verhältnis)
70 Durchflussregeleinrichtung
71 Verteiler oder Regelventil für Pilotgas
72 Verteiler oder Regelventil für Brenngas für Startup-Brenner
73 Verteiler oder Regelventil für Brenngas für Non-Startup-Brenner
74 Verteiler oder Regelventil für Offgas und/oder Purgegas
80 Lüftungseinrichtung
M1 erstes Medium, insbesondere Pilotgas
M2 zweites Medium, insbesondere Startup-Gas
M3 drittes Medium, insbesondere Brenngas bzw. Non-Startup-Gas
M4 viertes Medium, insbesondere Offgas/Tailgas/Purgegas
M5 fünftes Medium, insbesondere Abgase/Rauchgase
M6 sechstes Medium, insbesondere Beschickungsgas (feed gas)
M7 siebtes Medium, insbesondere Produkt (insbesondere Wasserstoff)
P1 erster Parameter, insbesondere Durchfluss erstes Medium
P2 zweiter Parameter, insbesondere Durchfluss zweites Medium
P3 dritter Parameter, insbesondere Durchfluss drittes Medium
P4 vierter Parameter, insbesondere Durchfluss viertes Medium
P5 fünfter Parameter, insbesondere Temperatur Abgase/Rauchgase bzw.
Reaktorauslass-Temperatur
P6 sechster Parameter, insbesondere Einlass-Temperatur
P7 siebter Parameter, insbesondere Druck im Dampfsystem
P8 achter Parameter, insbesondere Druck im Reaktor
100 Dampfreformeranordnung
101 Einschaltung bzw. Schalter für Anfahrprozess („ramp-up button“)
103 Reaktor
104 Reformerrohr
105 Bypass am Haupt-Dampf-Regelventil 106 Gaskühlung bzw. Shift-Reaktion bzw. Druckwechseladsorption

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Anfahren einer Dampfreformeranordnung (100) in den
Normalbetriebszustand, insbesondere für die Produktion von Wasserstoff oder Methanol oder Ammoniak oder Synthesegas, wobei eine Mehrzahl von Brennern (10, 20, 30) angesteuert und geregelt werden, die an wenigstens einen Reaktor (103) mit Reformerrohren (104) gekoppelt sind;
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Anfahren auf automatisierte Weise erfolgt und geregelt wird, indem die den Normalbetrieb sicherstellenden Brenner (30), insbesondere Non-Startup-Brenner, mittelbar temperaturabhängig mittels speziell für das Anfahren vorgesehenen Brennern (10, 20), insbesondere Pilotbrennern und Startup-Brennern, gezündet werden, insbesondere in
Abhängigkeit von automatisiert ausgewerteter Flammenüberwachung und/oder Temperaturüberwachung zumindest an Pilotbrennern (10).
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, wobei die den
Normalbetrieb sicherstellenden Brenner (30) mittelbar temperaturabhängig durch Selbstzündung gezündet werden, indem zuvor die speziell für das Anfahren vorgesehenen Brenner (20) mittelbar durch Pilotbrenner (10) gezündet werden; und/oder wobei das Anfahren auf automatisierte Weise erfolgt und geregelt wird, indem zunächst in einer ersten Anfahrphase eine erste Gruppe von Brennern als Pilotbrenner (10) gezündet werden, und daraufhin eine weitere Gruppe von
Brennern als Startup-Brenner (20) gezündet werden, insbesondere mittels der Pilotbrenner, wobei diese ersten beiden Brenner-Gruppen derart betrieben werden, dass die Temperatur im Reaktor über die Selbstzündungstemperatur steigt, wobei nach Erreichen der Selbstzündungstemperatur in einer weiteren Anfahrphase die für den Normalbetrieb vorgesehenen Brenner in einer weiteren Gruppe von
Brennern gezündet und betrieben werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei zunächst alle Pilotbrenner (10) der Dampfreformeranordnung (100) gezündet werden, wobei daraufhin ein einzelner erster Startup-Brenner (20) gezündet wird, insbesondere mittelbar über einen korrespondierenden Pilotbrenner, wobei weitere Startup- Brenner (20) jeweils erst nach einer Mindest-Zeitspanne gezündet werden, insbesondere frühestens nach einigen Minuten; und/oder wobei die einzelnen Startup-Brenner (20) sequentiell nacheinander in Abhängigkeit von einer
Temperaturrampe im Reaktor gezündet werden, insbesondere bei einer Steigung kleiner 100K/h, insbesondere kleiner gleich 50K/h; und/oder wobei die einzelnen Startup-Brenner sequentiell nacheinander bis zum Erreichen einer vordefinierbaren Reaktorauslass-Temperatur gezündet werden, insbesondere einer Reaktorauslass- Temperatur von mindestens 350°C.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei in der weiteren Anfahrphase in Abhängigkeit von einem Mindesttemperaturschwellwert die Non-Startup-Brenner (30) durch Selbstzündung gezündet werden, insbesondere mittelbar durch Zuführen von Brenngas, insbesondere graduell bei schrittweiser Steigerung des Brenngasdurchsatzes jeweils nach einer Zeitspanne von
mindestens einigen Minuten, insbesondere basierend auf Durchflussregelung des Brenngases (M3), insbesondere in regelungstechnischer Abstimmung mit einer Druckregelung in Abhängigkeit von der momentanen Reaktorauslass-Temperatur (56b); und/oder wobei für das Anfahren wenigstens drei Medienströme geregelt werden, insbesondere in Abhängigkeit voneinander, umfassend Pilotgas (M1 ) für die Pilotbrenner, Brenngas (M2) für die Startup-Brenner, Brenngas (M3) für die Non-Startup-Brenner, wobei der jeweilige Medienstrom bevorzugt über einen zentralen Verteiler (71 , 72, 73) den entsprechenden Brennern zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei der
Anfahrprozess in wenigstens drei aufeinanderfolgenden Anfahrphasen bis zum Erreichen des Normalbetriebszustandes oder bis zum Bereitstellen des Produktes, beispielsweise Wasserstoff, durchgeführt wird, wobei nach wenigstens einer der Anfahrphasen wahlweise eine Haltephase eingestellt wird, wobei die
darauffolgende Anfahrphase individuell initiierbar ist; und/oder wobei der
Anfahrprozess in drei aufeinanderfolgenden Anfahrphasen gefolgt von einer Betriebsphase erfolgt, nämlich einer/der ersten Anfahrphase umfassend das Zünden sowohl der Pilotbrenner (10) als auch der Startup-Brenner (20), einer zweiten Anfahrphase umfassend einen Dampfbetrieb, einer dritten Anfahrphase umfassend das Zünden der Non-Startup-Brenner (30) und das Zuführen von Beschickungsgas (M6), wobei in der Betriebsphase die Produktion erfolgt, insbesondere mit der Betriebsphase umfassend wenigstens eine Druckwechsel- Sequenz für das Anfahren einer Druckwechseladsorption.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei eine
Temperaturregelung erfolgt, indem zumindest die Temperatur im Reaktor (103) und/oder am Reaktorauslass und wahlweise auch eine Einlass-Temperatur zum Regeln der jeweiligen Anfahrphase überwacht wird; und/oder wobei ein erster Temperaturschwellwert im Bereich von 150°C bis 250°C, insbesondere von mindestens 200°C, im Rauchgas (M5) oder am Reaktor-Auslass erfasst wird und bei Überschreiten ein Temperaturgradient von maximal 100K/h, insbesondere maximal 50K/h durch sequentielles Zünden weiterer Startup-Brenner (20) eingestellt wird; und/oder wobei ein weiterer Temperaturschwellwert im Bereich von 200°C im Rauchgas oder am Reaktor-Auslass erfasst wird, bei welchem Dampf- Ventile geschlossen werden; und/oder wobei ein weiterer Temperaturschwellwert im Bereich von 350°C im Rauchgas oder am Reaktor-Auslass erfasst wird, bis zu welchem ein sequentielles Zünden weiterer Startup-Brenner (20) fortgeführt wird; und/oder wobei ein weiterer Temperaturschwellwert von mindestens 250°C und/oder mindestens 350°C im Rauchgas oder am Reaktor-Auslass erfasst wird und wobei bei Überschreiten eine Druckregelung im Reaktor (103) und/oder in einem Dampfsystem aktiviert wird, insbesondere indem der Druck auf mindestens 20bara erhöht wird und/oder indem ein Druckgradient von 0,5bar/min eingeregelt wird, insbesondere in der ersten und/oder zweiten Anfahrphase; und/oder wobei ein weiterer Temperaturschwellwert von mindestens 350°C im Rauchgas oder am Reaktor-Auslass und/oder ein weiterer Temperaturschwellwert von mindestens 180°C eines Hochtemperatur-Shift oder CO-Konvertierungsreaktors erfasst wird und wobei jeweils bei Überschreiten eine/die weitere, insbesondere zweite
Anfahrphase initiiert wird, insbesondere durch Einleiten von Dampf in den Reaktor (103); und/oder wobei ein weiterer Temperaturschwellwert von 500°C erfasst wird und wobei bei Überschreiten eine Druckregelung im Reaktor zum Einstellen des Soll-Betriebsdrucks aktiviert wird, insbesondere indem ein Druckgradient im Bereich von 0,5bar/min. bis 1 bar/min. eingeregelt wird; und/oder wobei eine Druckregelung im Reaktor (103) zum Einstellen des Soll-Betriebsdrucks bei einem
Temperaturschwellwert niedriger als ein weiterer Temperaturschwellwert für das Zünden der Non-Startup-Brenner aktiviert wird, insbesondere indem ein Druckgradient im Bereich von 0,5bar/min. bis 1 bar/min. eingeregelt wird; und/oder wobei ein weiterer maximaler Temperaturschwellwert von 700°C im Rauchgas oder am Reaktor-Auslass erfasst wird, bis zu welchem die Zündung der Startup-Brenner (20) fortgeführt wird und wobei bei Überschreiten eine/die weitere, insbesondere dritte Anfahrphase initiiert wird, insbesondere durch Zünden der Non-Startup- Brenner (30); und/oder wobei ein weiterer maximaler Temperaturschwellwert im Bereich von 850°C bis 1050°C im Rauchgas oder am Reaktor-Auslass erfasst wird, bis zu welchem Beschickungsgas mit zeitlich ansteigendem Durchsatz/Durchfluss eingeleitet wird; und/oder wobei ein zeitbezogener Temperaturgradient von maximal 100K/h, insbesondere maximal 50K/h Temperaturanstieg in der jeweiligen Phase eingeregelt wird; und/oder wobei eine jeweilige Anfahrphase in Abhängigkeit von minimalen Temperaturschwellwerten initiiert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei eine
Druckregelung in Abhängigkeit der Reaktorauslass-Temperatur erfolgt,
insbesondere eine Druckregelung im Dampfsystem; und/oder wobei der Druck in der ersten Anfahrphase auf mindestens 20bara erhöht wird; und/oder wobei in der ersten und/oder zweiten Anfahrphase ein ansteigender Druckgradient im Bereich von 0,5bar/min. bis 1 bar/min. eingeregelt wird; und/oder wobei in einer/der dritten Anfahrphase im Dampfsystem ein ansteigender Druckgradient von 10bar/h eingeregelt wird; und/oder wobei in der jeweiligen Anfahrphase eine Last oder ein Durchfluss des entsprechenden Mediums von maximal 40% des maximalen
Outputs oder der maximalen Anlagen-Auslastung eingeregelt wird, insbesondere indem der Stoffstrom von Dampf und/oder Beschickungsgas geregelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei für das Anfahren wenigstens eine Eingangs-Randbedingung aus der folgenden Gruppe sichergestellt wird: Stickstoff-Spülung vervollständigt, automatische Druckregelung Reaktor eingeschaltet, Reaktorauslass-Temperatur wird aktiv geregelt in
Abhängigkeit von Druck und Durchsatz von Brenngas; und/oder wobei beim
Anfahren wenigstens einer der folgenden Parameter überwacht wird: Durchsatz des die Non-Startup-Brenner versorgenden Mediums, Flammencharakteristik eines jeweiligen Pilotbrenners, Flammencharakteristik eines jeweiligen Startup-Brenners; und/oder wobei beim Anfahren wenigstens eine Regelschleife bezüglich wenigstens eines Parameters aus der folgenden Gruppe ausgeführt wird: Dampf-Carbon- Verhältnis, Reaktorauslass-Temperatur, Reaktor-Druck, Medium-Durchsatz, Dampf- Druck, Prozesskondensat-Dampf-Druck.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei das
Verfahren auch ein zumindest teilweise automatisiertes Herunterfahren der
Dampfreformeranordnung (100) vom Normalbetriebszustand umfasst, insbesondere in umgekehrter Schrittfolge wie das zuvor beschriebene Anfahren.
10. Steuerungs-/Regelungseinrichtung (60) eingerichtet zum Ausführen eines
Verfahrens nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei die Steuerungs-/Regelungseinrichtung an wenigstens drei Gruppen von Brennern (10, 20, 30) gekoppelt ist, umfassend Pilotbrenner (10), Startup-Brenner (20) und Non- Startup-Brenner (30), wobei die Steuerungs-/Regelungseinrichtung ferner an wenigstens drei Verteiler (71 , 72, 73, 74) für wenigstens drei Medienströme gekoppelt ist, umfassend die Medien Pilotgas, Brenngas für Startup-Brenner, Brenngas für Non-Startup-Brenner, und dabei eingerichtet ist zur Regelung dieser Medienströme, insbesondere in zeitlicher Abhängigkeit voneinander und/oder temperaturabhängig.
11. Dampfreformeranordnung (100), insbesondere zur Produktion von Wasserstoff oder Methanol oder Ammoniak oder Synthesegas, mit: einer Mehrzahl von an
wenigstens einen Reaktor (103) mit Reformerrohren (104) gekoppelten Brennern (10, 20, 30), wobei die Dampfreformeranordnung eingerichtet ist für ein geregeltes Anfahren der Produktion;
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Dampfreformeranordnung eingerichtet ist zum automatisierten Anfahren der Produktion, wobei die
Dampfreformeranordnung aufweist: einerseits den Normalbetrieb sicherstellende Brenner (30), insbesondere Non-Startup-Brenner, und andererseits speziell für das Anfahren vorgesehene Brenner (10, 20), insbesondere Pilotbrenner und Startup- Brenner, wobei die speziell für das Anfahren vorgesehenen Brenner eingerichtet sind zur mittelbaren temperaturabhängigen Zündung der für den Normalbetrieb vorgesehenen Brenner (30), insbesondere automatisiert in Abhängigkeit von Signalen wenigstens einer Flammenüberwachungseinheit (50) und/oder wenigstens einer Temperaturmesseinheit.
12. Dampfreformeranordnung nach dem vorhergehenden Vorrichtungsanspruch, wobei die Dampfreformeranordnung (100) eingerichtet ist für eine dreistufige Zündungs- Sequenz umfassend zwei Zündungen vor der finalen Zündung eines jeweiligen Hauptbrenners (30); und/oder wobei die Dampfreformeranordnung aufweist: eine erste Gruppe von Brennern in Ausgestaltung als Pilotbrenner (10), eine weitere Gruppe von Brennern in Ausgestaltung als Startup-Brenner (20), wobei die
Dampfreformeranordnung eingerichtet ist zum Bereitstellen der
Selbstzündungstemperatur im Reaktor (103) mittels der ersten beiden Gruppen von Brennern, so dass nach Erreichen der Selbstzündungstemperatur eine weitere Gruppe von Brennern (30) mittelbar zündbar ist, insbesondere mittelbar
ausschließlich durch Zuleiten von Brenngas (M3).
13. Dampfreformeranordnung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei unterschiedliche Gruppen von Brennern örtlich auf Cluster (11 ) verteilt und in den Clustern relativ zueinander angeordnet sind, insbesondere zumindest wenigstens ein Pilotbrenner (10) in Relation mit wenigstens einem Startup-Brenner (20) in einem jeweiligen Cluster; und/oder wobei jedem Startup-Brenner (20) ein Pilotbrenner (10) zugeordnet ist, insbesondere in einer paarweisen Cluster- Anordnung (11 ); und/oder wobei die Non-Startup-Brenner (30) örtlich separiert von den Startup-Brennern (20) angeordnet sind.
14. Dampfreformeranordnung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei die Brenner (10, 20, 30) in zwei unterschiedlichen Arten von Clustern angeordnet sind, nämlich in einer Mehrzahl von ersten Clustern zumindest umfassend Pilotbrenner und Startup-Brenner, und einer Mehrzahl von zweiten Clustern zumindest umfassend Non-Startup-Brenner, wobei zu den ersten Clustern jeweils wenigstens drei Leitungen umfassend wenigstens eine Startup-Brenngas- Leitung (2) und wenigstens eine Pilotgas-Leitung (1 ) und wenigstens eine Offgas- Leitung (4) führen, und wobei zu den zweiten Clustern jeweils wenigstens zwei Leitungen umfassend wenigstens eine Non-Startup-Brenngas-Leitung (3) und wenigstens eine Offgas-Leitung (4) führen.
15. Dampfreformeranordnung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei die einzelnen Non-Startup-Brenner (30) individuell oder gemeinsam als komplette Gruppe durch Selbstzündung zündbar sind, insbesondere mittelbar ausschließlich durch Zuführen von Brenngas; und/oder wobei die
Dampfreformeranordnung für die Non-Startup-Brenner individuell oder gemeinsam wenigstens einen Durchflussregler (73) aufweist, insbesondere eingerichtet zur Regelung in Schritten von jeweils 0,5% bis 5% des Normalbetriebsdurchsatzes; und/oder wobei die Dampfreformeranordnung (100) für einen jeweiligen Startup- Brenner (20) einen Verteiler (72) aufweist; und/oder wobei die
Dampfreformeranordnung für einen jeweiligen Non-Startup-Brenner (30) einen Verteiler (73) aufweist; und/oder wobei die Dampfreformeranordnung für einen jeweiligen Non-Startup-Brenner ein Durchflussregelventil aufweist.
16. Dampfreformeranordnung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei die Dampfreformeranordnung wenigstens ein Durchflussregelventil für Startup-Dampf aufweist, insbesondere regelbar er Durchflüsse im Bereich von 5% bis 40% und mehr von 100% Durchfluss für den Normalbetrieb, insbesondere regelbar mit einer Abstufungsgenauigkeit von mindestens 0,5% des Durchflusses für den Normalbetrieb; und/oder wobei die Dampfreformeranordnung wenigstens eine Temperaturmesseinheit aufweist, insbesondere eine Temperaturmesseinheit am Einlass zu einem Hochtemperaturshift oder CO-Konvertierungsreaktor und eine Temperaturmesseinheit am Reaktorauslass; und/oder wobei die
Dampfreformeranordnung wenigstens eine Druckmesseinheit aufweist,
insbesondere eine Druckmesseinheit für Prozessdruck im Reaktor, eine
Druckmesseinheit für Dampfdruck, eine Druckmesseinheit für Export-Dampfdruck und/oder eine Druckmesseinheit für PC-Dampfdruck.
17. Dampfreformeranordnung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei die Dampfreformeranordnung wenigstens eine
Flammenüberwachungseinheit (51 , 52), insbesondere eine Mehrzahl von
Flammenwächtern, für Pilot-Brenner und/oder für Startup-Brenner aufweist.
18. Verwendung einer Brenner-Anordnung umfassend wenigstens drei Gruppen von Brennern (10, 20, 30) jeweils gekoppelt an wenigstens einen Reaktor (103) mit Reformerrohren (104), zum Anfahren einer Dampfreformeranordnung (100) in den Normalbetriebszustand, insbesondere für die Produktion von Wasserstoff oder Methanol oder Ammoniak oder Synthesegas, insbesondere in einer
Dampfreformeranordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei eine erste Gruppe der Brenner (10) als Pilotbrenner zum Zünden, insbesondere sequentiellen Zünden, von einer zweiten Gruppe der Brenner (20), nämlich Startup-Brennern, angesteuert und betrieben werden, und wobei die Startup-Brenner zumindest bis zu einem Mindesttemperaturschwellwert entsprechend einer
Selbstzündungstemperatur der dritten Brenner-Gruppe (30), nämlich Non-Startup- Brenner, derart angesteuert und betrieben werden, dass die Non-Startup-Brenner daraufhin mittelbar durch Zuleiten von Brenngas (M3) auf oder oberhalb der Selbstzündungstemperatur zündbar sind, insbesondere temperatur- und
druckgesteuert bis zu einer vordefinierbaren Normalbetriebs-Temperatur (P5) am Reaktorauslass.
19. Computerprogrammprodukt eingerichtet zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wenn das Verfahren auf einem Computer ausgeführt wird, wobei mittels des Computerprogrammprodukts ein Ansteuerung-/Regelungsablauf sowohl für die Ansteuerung von für den
Normalbetrieb vorgesehener Brennern (30) als auch von für speziell für das
Anfahren vorgesehener Brennern (10, 20) sichergestellt wird.
20. Computerprogrammprodukt nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei mittels des Computerprogrammprodukts eine temperaturabhängige und/oder
druckabhängige zeitliche Vorgabe zum Zünden einzelner der Brenner (10, 20, 30) vorgebbar ist, insbesondere als Funktion eines momentanen
Temperaturgradienten.
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