DE3133764A1 - Verfahren zur herstellung von wasserstoff- und stickstoffhaltigen gasen - Google Patents

Description

Verfahren zur Herstellung von wasserstoff- und stickstoffhaltigen Gasen

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Die Erfindung betrifft die Herstellung von wasserstoff- und stickstoffhaltigen Gasen, insbesondere von Synthesegas zur Ammoniakherstellung,aus Erdgas oder "Rohnaphtha" durch Dampfreformieren in einer rohrförmigen Katalysatorzone (primäres Reformieren oder erste Reformierung) und anschließend teilweise Verbrennung (sekundäres Reformieren oder zweite Reformierung) an einem entsprechenden Katalysator_β

Das Dampfreformieren unter den verschiedensten Bedingungen ist bekannt (US-PSen 4 162 290 und 4 127 389)

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Danach wird zur Herstellung eines %fasserstoff- und stickstoffhaltigen Gases ein Teil des Erdgases in einer Katalysatorzone, die rohrförmig ist und sich in einem Ofen befindet, behandelt, während der Rest

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durch ein mit einem Reformierungskatalysator erhitztes Rohrbündel innerhalb eines Wärmeaustauschers strömt, welcher durch die zweite Reformierung verlassende Heißgase beheitzt wird.

Die beiden Ströme aus dem Ofen und den Rohren des vrärmeaustauschers werden nach Vereinigung zusammen mit Luft in die zweite Reformierungsstufe geleitete

In dem Wärmeaustauscher nach US-PS 4 127 389 befinden sich in den. Rohrbündeln primäre Reformierungskatalysatoren, wie sie aus der US-PS 4 162 290 bekannt sind.

15 Dieser Wärmeaustauscher läßt sich für das erste

Reformieren anwenden, wobei als Wärmequelle die aus der zweiten Reformierung kommenden Gase dienen können.

Es ist also Stand der Technik, daß mit Katalysator gefüllte Rohre eines Rohrbündel-Wärmeaustauschers für die erste Reformierung unter Verwertung der Wärmeenergie der Gase aus der zweiten Reformierung angewandt werden kann. Es muß jedoch besonders darauf hingewiesen werden, daß bei Anwendung eines Wärmeaustauscher-Reaktors anstelle eines üblichen Reformierungsofens die Temperatur bei der zweiten Reformierung beträchtlich höher liegen muß und dies erreicht man nur durch Abbrennen eines größeren Gasvolumens mit Hilfe eines größeren Luftvolumens, so daß gegebenenfalls das Verhältnis N2 : H₂ wesentlich hoher liegen wird_xals es für den Hauptanwendungszweck des durch Reformieren hergestellten Gases, d. h* für die Ammoniaksynthese zweckmäßig ist.

Dies ist aber gerade der Grund.warum nach US-PS 4 162 290 die Reformierung parallel im Wärmeaustauscher-Reaktor und im üblichen Ofen durchgeführt wird.

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Die gleichmäßige Aufteilung der Charge nach US-PS k 162 290 auf den, Wärmeaustauscher-Reaktor einerseits und den üblichen Ofen andererseits führt zu einer komplizierten Betriebsführung und der Notwendigkeit einer zusätzlichen Anlage verbunden mit allen Schwierigkeiten der Regelung des entsprechenden Kohlenwasserstoffstroms, jedoch ohne Erleichterung der Arbeitsbedingungen des üblichen Ofens<>

Diese Komplikationen der Verfahrensführung des Prozesses nach der US-PS 4 162 290 verhinderten bisher auch.dessen Einführung in die Technik.

Es wurde nun festgestellt, daß die oben aufgezählten 1^ Komplikationen und Unzulänglichkeiten der bekannten Verfahren und Anlagen, welche für die beträchtlichen Kosten des Reformierens verantwortlich sind,vermieden werden können, indem der ■Wärmeaustauscher-Reaktor in Serie zu dem Ofen angeordnet wird und die entsprechenden Umsetzungen der Kohlenwasserstoff-Charge im Ofen, im Wärmeaustauscher und bei der sekundären ReSrmierung vorgenommen werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird, Erdgas oder Rohnaphtha bei hoher Temperatur einer Dampfreformierung in zwei aufeinanderfolgenden Stufen unterworfen, wobei, wie oben erwähnt und im folgenden noch ausgeführt werden soll, Teilumsetzungen der Rohgase erfolgen .woraufhin in einer zweiten Reformierungsstufe mit Luft bei so einer Temperatur gearbeitet wird, daß die fühlbare Farm® des die

Reformierung
letzte / verlassenden Gases für den Betrieb der zweiten Dampfreformierungsstufe dieat_o Der Dampf kann auch zwischen den beiden hintereinander aageordneten Dampfreformierungsstufen gleichmäßig auf-

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geteilt werden, auch wenn er meistens vollständig in die erste Stufe eingespeist wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt somit folgende Verfahrens s tuf en:

ä) Einspeisung von Dampf und Erdgas oder Rohnaphtha bei einem Molverhältnis Dampf : Kohlenstoff von 2 bis 5, gegebenenfalls vorgewärmt auf 400 bis 650 ⁰C,in mit Reformierungskatalysator gefüllte Rohre, die sich im Strahlungsbereich eines Ofens befinden;

b) Umsetzung von 20 bis 50 % des eingespeisten Erdgases oder Rohnaphthas, wobei die Gas-Aistrittstempe-

ratur 650 bis 750 ⁰C beträgt;

c) Austragen des teilweise umgesetzten Gases aus den Rohren und

d) Einführung der aus c) kommenden Gase in die mit Katalysator gefüllten Rohre eines Wärmeaustauscher-Reaktors, in welchem die Umsetzung bis 70% geführt wird und die Gas-Austrittstemperatur 750 bis

25 850 ⁰C erreicht;

e) Austragen der Gase aus dem Färmeaustauscher-Reaktor und Einführen in einen zweiten Reformierungsreaktor, bei dem durch Abbrennen mit Luft eine Austritts

30 erreicht wird;

eine Austrittstemperatur von 920 bis 1050 ⁰G

f) Austragen der Gase aus dem zweiten Reformierungsreaktor und Zuführung dieser Gase als Heizmedium in den Wärmeaustauscher-Reaktor unter Abkühlung auf die Austrittstemperatur bei d) und schließlich

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g) Austragen des reformierten Gases (Produktgas).

Gegenüber dem Stand der Technik kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit höherem Arbeitsdruck 5 gefahren werden, insbesondere bei Drucken von 50 bis 80, vorzugsweise bei Drucken zwischen 60 und 70 bar.

Die Erfindung wird anhand des beiliegenden Fließ-10 Schemas weiter erläutert.

Ergas und Dampf werden als Strom 1 eingespeist, in dem üblichen Teil des Ofens 6 vorgewärmt und gelangen als Strom 7 in die Rohre 8 (nur eines gezeigt), in welchem sich ein Katalysator befindet.

Die Eintrittstemperatur des Gas/Dampf-Gemischs liegt bei^20 ⁰C und die Austrittstemperstur beW73O ⁰C.

Als Strom 9 wird dem Ofen gasförmiger Brennstoff zugeführt.

Das aus den Rohren 8 austretende Gas mit einem Reformierungsgrad von*>44 % gelangt dann als Strom 2 in den Wärmeaustauscher-Reaktor 10 und durchströmt dort die mit Katalysator gefüllten Rohre. Der Wärmeaustauscher-Reaktor 10 wird beheizt über in das Gehäuse eintretendes Heißgas aus der zweiten Reformierung 11, welches als Strom 4 ankommt und eine Temperatur von etwa 974 ⁰C hat.

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Das die Rohre des Wärmeaustauscher-Reaktors verlassende Gas hat eine Temperatür.von etwa 824 ⁰C und wird als Strom 3 in die zweite Reformierungsanlage 11 geführt, der als Strom 5 Luft mit
5 einer Temperatur von 550 ⁰C zugespeist wird.

Das reformierte Gas (Produktgas) verläßt das Gehäuse des Wärmeaustauscher-Reaktors als Strom 12 mit einer Temperatur von etwa 758 ⁰C. 10

Die Strömungsdaten sind in folgender Tabelle zusammengefaßt.

Ströme Nr<

	m3/h	Vo	■■	m3/h	%	*	%	■it·	%
	23803	76,09	11,25	15517	20,04	m3/h	9,86	m3/h	0,58
CH4	1173	3,75	2,54			9514		799
C2H6	337	1,08	0,02
C3H8	143	0,46
C4H10	47 ■	0,15
C5H12	1457	4,66	45125	58,29		66,53		55,05
H2		3678	4,75	64189	8,94	75759	11,78
CO	3519	12294	15,88	8624	13,84	16207	10,52
CO2	796	796	1,03	13350	0,82	14483	21,81
N	6	6	0,01	796	0,01	30005	0,26
A	132254	111025		6		352
H2O			103966	109825

Summe

wasserfrei

Summe

31281

163535

i³/h

77416 188441

m³/h 96479 m³/h 200445

m³/h 137605 m³/h
m³/h 247430 m³/h

berechnet auf trockenes Gas Wormalbedingungen

VJl

O VO

O I O O / U

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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also ein Reformienangsofen angewandt, der gegenüber dem Stand der Technik geringere Dimensionen besitzt, jedoch verbesserte Zuverlässigkeit zeigt, da die Arbeitsbedingungen nicht so streng sind.

Es ist auch zu beachten, daß der Verbrauch an Strahlungswärme, die dem Reformierungs-

10 ofen zuzuführen ist, um etwa 35 % herabgesetzt ist. Darüberhinaus ist zu berücksichtigen, daß beträchtliche Einsparungen an Verdichtungsenergie und damit verbundener Aufwand durch das erfindungsgemäße Verfahren gegeben sind,

da ein Produktgas mit einem solchen Druck geliefert wird, der beträchtlich höher ist als der bei üblichen Verfahren.

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Claims (6)

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS ' ' -'"·—· ™- — (-«»-»>) UIPL-CHEM. UR. E. TRl IHERK VON PECHMANN DR.-ING. DITTER BEHRENS DII'L.-ING.; DIPL.-WIKTSCH.-ING.RUPFRT COETZ 1A-55 093 . D-8000 MÜNCHEN Anm.: Snamprogetti S.p.A. schweigerstrasse2 telepon: (089) 66 20 ji TELEGRAMM: PROTECTPATENT telex: j 24070 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines wasserstoff- und stickstoffhaltigen Gases aus Erdgas oder Rohnaphtha durch Dampfreformieren und anschließend Reformieren mit Luft, dadurch g e k e η η zeichnet, daß man das Erdgas oder Rohnaphtha in zwei Stufen mit Dampf reformiert und die Reformierung mit Luft so führt ₉ daß man ein Gas so hoher Temperatur erhält, welche genügend Wärmeenergie zum Betrieb der zweiten Stufe der Dampfreformierung zur Verfugung zu stellen vermag.

2. Verfahren nach Anspruch 1_p dadurch gekennzeichnet, daß man die erste

15 Stufe der Dampfreformierung in mit Katalysator gefüllten Rohren durchführt, welche sich im Strahlungsbereich eines Ofens befinden.

3« Verfahren nach Anspruch 1 oder 2„ dadurch 20 gekennzeichnet,, daß man die

zweite Dampfreformierungsstufe in mit Katalysator gefüllten Rohren eines Rohrbündels-Wärmeaustauschers durchführt^ bei dem das Gas aus der Luftreformierung als Heizmedium dient_o

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4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß man das Erdgas oder Rohnaphtha in die erste Dampfreformierungsstufe mit einer Temperatur von 400 bis 650 ⁰C einführt und das Gas bis zu 20 bis 50 % umsetzt, wobei eine Austrittstemperatur aus der ersten Dampfreformierungsstufe von 650 bis 750 ⁰C eingehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß man in der zweiten Dampfreformierungsstufe die Umsetzung des Erdgases oder Rohnaphthas bis zu 70 % bringt und die Austrittstemperatur bei 750 bis 850 ⁰C hält.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch ge kenn ze i chne t , daß man in der Luft-Reformierung die Gas-Austrittstemperatur 20 zwischen 920 und 1 050 ⁰C hält.

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