DE3149856A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von synthesegas - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von synthesegas

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DE3149856A1 DE19813149856 DE3149856A DE3149856A1 DE 3149856 A1 DE3149856 A1 DE 3149856A1 DE 19813149856 DE19813149856 DE 19813149856 DE 3149856 A DE3149856 A DE 3149856A DE 3149856 A1 DE3149856 A1 DE 3149856A1
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Robert A. Mountain Lakes N.J. McCallister
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Foster Wheeler Energy Corp
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Description

-9-
FOSTER WHEELER ENERGY CORPORATION, Livingston, NoJ. s YStA
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Synthesegas mit einem Gehalt an Kohlenmonoxid und Wasserstoff durch katalytische Reformierung einer Kohlenwasserstoffbeschickung mit Was s e r dampf „
Bekanntlich können Kohlenwasserstoffe ΰ und zwar sowohl gasförmlges wie Methan oder Propan,? als auch flüssiges wie Fraktionen von Erdöldestillat s mit Wasserdampf in Gegenwart eines Katalysators zu einem Synthesegas reformiert xverdenj, das bei der Synthese von Ammoniaks, Methanol oder Oxo-Alkoholen oder als Beschickung eines
»'"""" Reaktors vom Fischer-Tropsch-Typ verwendet werden kann«,
Das Reformieren von Kohlenwasserstoff-Beschickungen mit Wasserdampf ist ein endothermer Vorgang,, d,er die Zuführung von Wärme erfordert9 damit die Reformierungsreaktion ablaufen kanno Herkömmliches Reformieren mit Wasserdampf wird im allgemeinen unter Verwendung eines Ofens durchgeführtρ in dem mit Katalysatormaterial gepackte Röhren angeordnet sindo Normalerweise wird ein Brennstoff innerhalb des Ofens verbrannt„ so daß Strahlungswärme die innerhalb des Ofens angeordneten Röhren erhitzt0 Während der Brennstoff innerhalb des Ofens verbrannt wirds wird ein Strom aus mit Wasserdampf vermischter Kohlenwasser stoff be Schickung durch die mit dem Katalysator gefüllten Röhren hindurchgeleitet„ Die während der Verbrennung freigesetzte Wärme wird durch die Röhren aufgenommen und von dort auf den Strom übertragen , wonach die Reformierungsreaktion abläuft.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zuführung der für die Reformierungsreaktion erforderlichen Wärme durch Verwendung von Heizröhren, die so eingerichtet sind, daß sie Wärme von einer Wärmequelle, wie beispielsweise Abgase einer Gasturbine, zu den Reaktionsteilnehmern der Reformierungsreaktion übertragen.. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt zwei Kammern, Heizröhren, die sich zwischen den Kammern erstrecken, sowie ein Katalysatormaterial, das innerhalb einer der Kammern angeordnet ist. Die erste Kammer erhält ein heißes Fluid, wie beispielsweise das Abgas einer Gasturbine, und die zweite Kammer nimmt einen Strom auf, der fluiden Kohlenwasserstoff und Wasserdampf enthält. Das Katalysatormaterial ist innerhalb derjenigen Kammer angeordnet, die den fluiden Kohlenwasserstoff und den Wasserdampf aufnimmt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Strom, der fluiden Kohlenwasserstoff und Wasserdampf enthält, in eine Reaktionskammer eingeführt, in der ein Katalysatormaterial angeordnet ist. Heizröhren erstrecken sich von der Reaktionskammer in eine zweite Kammer, durch die heißes Fluid, wie beispielsweise Abgas aus einer Gasturbine, hindurchgeleitet wird. Wärme wird aus dem heißen Fluid abgeführt und anschließend durch die Heizrohren in die zweite Kammer überführt, um die Wärmeenergie zu liefern, die erforderlich ist, um den Kohlenwasserstoff und den Wasserdampf in Gegenwart des Katalysators zu einem Synthesegas zu reformieren, das aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Zeichnungen näher erläutert, worin
ο α
α ο
—1ι —
FIGoI ein Fließschema;, das das Verfahren und die Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert,
F I G ο 2 einen schematischen Querschnitt längs der Linie 2-2 von Figo 1s in dem Merkmale der Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt sinds und
F I G ο 3 ein Fließschema^ das eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem Fließbettreaktor
erläutert s,'
/α darstellenο
Gemäß Figo 1S in der ein Fließschema gezeigt ist, das Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmale einer Ausführungsform gemäß der Erfindung erläutert s wird ein Brennstoffs wie beispielsweise Methane, durch Leitung der Gasturbine 14 zugeführt„ Die Gasturbine 14 umfaßt einen Kompressor 16S einen Brenner 18 sowie eine Ent-Spannungsvorrichtung 20p wobei Kompressor 16 und Entspannungsvorrichtung 20 auf einer gemeinsamen Welle 22 angeordnet sindo Die Entspannungsvorrichtung 20 der Gasturbine 14 treibt einen Elektrogenerator 24 an9 der über Welle 26 kraftschlüssig mit der Entspannungsvorrichtung 20 verbunden ist„ Selbstverständlich könnte Gasturbine 14 auch dazu verwendet werdenp um9 anstatt elektrische Energie zu erzeugen,, einen Kompressor anzutreiben^ indem man an die Welle 26 einen derartigen Kompressor kraftschlüssig anschließto Eine derartige Anwendung würde in den Fällen richtig sein,, in denen das Endprodukt Ammoniak oder Methanol ists da Anlagen^ die zur Herstellung dieser Produkte eingerichtet sind., normalerweise einen großen Kompressionsbedarf aufweisen» Der Brennstoffs der durch Leitung 12 strömt^ wird in den Brenner 18 eingeführt s während ein sauerstoffenthaltendes Gasρ wie beispielsweise Luft5 durch Leitung 28 In den Kompressor 16 und danach durch Leitung 30 ebenfalls
in den Brenner 18 eingeführt wird. Innerhalb des Brenners 18 wird der Brennstoff mit der Luft verbrannt, und ein erhitztes Abgas wird anschließend durch Leitung 32 in die Entspannungsvorrichtung 20 geleitet. Das Abgas wird aus der Entspannungsvorrichtung 20 durch Leitung 34 abgeführt und anschließend in den Abwärmeboiler 36 geleitet. Angrenzend an den Abwärmeboiler 36 ist die Einrichtung 38 für die katalytische Reformierung angeordnet. Die Reformierungseinrichtung 38 wird durch eine allgemein zylindrische Kammer 40 definiert, die an ihren entgegengesetzten Enden Verschlüsse 42 und 44 aufweist. Durch Leitung 46 wird ein fluider Kohlenwasserstoff, wie beispielsweise Methan, Propan oder eine geeignete Erdöldestillatfraktion, geleitet, während durch
15. Leitung 48 Wasser in den Wärmeaustauscher 49 geleitet wird, um Wasserdampf zu bilden. Die Gesamtmenge oder ein Teil dieses Wasserdampfes wird über Leitung 50 abgegeben und am Punkt 51 der anströmenden Kohlenwasserstoffbeschickung zugemischt. Etwa ungenutzte Anteile- des Wasserdampfes werden durch Leitung 52 entfernt. Ein Strom aus KohlenwasserstoffbeSchickung im Gemisch mit Wasserdampf strömt nun durch Leitung 53 und wird in die Reformierungseinrichtung 38 durch eine Öffnung in dem Verschluß 44 eingeleitet. Selbstverständlich kann der vermischte Strom aucli etwas Kohlendioxid enthalten. Der Strom aus der Kohlenwasserstoffbeschickung und dem Wasserdampf kann, wie in Fig. 1 gezeigt, vor seiner Einführung in die Reformierungseinrichtung 38 vorgeheizt werden, wie beispielsweise durch Anschließen der Leitung 53 an einen Wärmeaustauscher 55, der innerhalb der. Umhüllung des Abwärmeboilers 36 angeordnet ist.
Eine Anzahl Heizröhren 54 erstreckt sich zwischen dem Abwärmeboiler 36 und der Reformierungseinrichtung 38. Selbstverständlich sind dort, wo die Heizröhren 54 die Wände des Abwärmeboilers 36 und der Reformierungseinrichtung 38 durchstoßen, Abdichtungen angeordnet, um
zu verhindern, daß Fluide aus dem Abwärmeboiler 356 und bzwo oder der Reformierungseinrichtung 38 entweichen. Innerhalb der Kammer 40 ist eine Anzahl Rippen 56 aus Katalysatormaterial, wie beispielsweise Nickel, an den Heisröhren 54 befestigte Die Rippen 56 können vollständig aus einem Material„ wie beispielsweise Nickel, hergestellt seinj, sie können aber auch aus einem Metall bestehen,, das mit Katalysatormaterial überzogen ist, beispielsweise durch Aufsprüheno Da die Rippen 56 Katalysa-
10· . tormaterial enthaltens dienen sie als Promotoren der Reaktion der Kohlenwasserstoffbeschickung mit dem Wasserdampf sowie auch als zusätzliche Wärmeübertragungsoberfläche innerhalb der Kammer 40„ Eine Umhüllung 57 ist um die Abschnitte der Heizrohren 54 herum,, die sich zwisehen dem Boiler 36 und dem Reaktor 38 erstrecken^ vorgesehen „ In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Umhüllung auch um den Reaktor 38 herum. Die Wände der Umhüllung 57 können mit isolierendem Material ausgekleidet seinp oder Isolierungsmaterial 74 kann innerhalb der Umhüllung 57 gepackt sein? wie in Fig. 2 dargestellts um einen Wärmeverlust von den Heizrohren 54 und bzw6 oder dem Reaktor 38 zu verhindern.
Erhitzte Abgase innerhalb eines Temperaturbereiches von etwa 482 bis 816 0C (900 bis 1500 0F) werden der Gasturbine 14 entnommen und durch Leitung 34 und anschließend durch Leitungsäste 58 und 59 in den Boiler 36 geführt ο Die Wärme dieser Abgase wird durch die Heizrohren 54 und die Rippen 56 auf die durch Kammer 40 hindurchströmenden reagierenden Fluide übertragen. Wenn die in Kammer 40 übertragene Wärme unter einer vorbestimmten Grenze liegt^ so daß die Temperatur des erzeugten Synthesegases j, das aus dem Reaktor 38 abgezogen wird., unter einem vorherbestimmten Wert liegt9 kann zusätzliche Wärmeenergie durch Verwendung zusätzlicher Heizmittel 60 in den Boiler 36 eingebracht werden= Die Heizmittel 60 umfassen Brenner 62s eine Brennstoffleitung 64 und den Lei-
tungsast 59. Der Brennstoff, der durch Leitung 64 strömt, kann derselbe sein, der für die Gasturbine 14 verwendet wird. Dieser Brennstoff kann von Leitung 12 durch Öffnen des Ventils 66 abgezweigt worden sein. Das Ventil 66 ist mit einer Temperatursteuerungseinrichtung 68 verbunden, die der Leitung 70 zugeordnet ist, durch die das hergestellte Synthesegas geleitet wird. Da die Abgase der Turbine reich an Sauerstoff sind, wird ein Teil des Abgases der Turbine dazu verwendet, den Sauerstoff zu . stellen, der zur Verbrennung des Brennstoffes in den Brennern 62 benötigt wird. Das sauerstoffenthaltende Abgas wird durch Leitungsast 59 den Brennern 62 zugeführt.
Nachdem die heißen Gase über die Heizrohren 54 geleitet worden sind, kann zusätzliche Wärme aus den Abgasen gewonnen werden, indem man Beschickungsfluide vorheizt, wie beispielsweise das Boilerspeisewasser, das durch Wärmeaustauscher 49 geleitet wird und bzw. oder den Strom der Reaktionsteilnehmer für die Reformierungsreaktionr der durch den Wärmeaustauscher 53 geleitet wird. Die Abgase der Turbine werden anschließend durch Leitung 72 mit einer Temperatur von etwa 138 0C (280 0F) nach außen abgegeben.
Gemäß Fig. 2, in der ein Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1 dargestellt ist, erstrecken sich Heizrohren 54 aus dem Bereich innerhalb der Umhüllung des Abgasboilers 36 in die Kammer 40 der Reformierungseinrichtung 38. Die Umhüllung oder Ummantelung 57 ist ebenfalls dargestellt; sie besteht aus einem Blechkasten, der mit Isolationsmaterial 74 gepackt ist. Da Gasturbinen gegenüber dem Abgasgegendruck empfindlich sind, sind die Heizrohren innerhalb des Boilers 36 derart angeordnet, daß ein geringer Druckabfall quer über die Umhüllung des Boilers 36 erzeugt' wird. Jedoch kann die Refor-
mierungseinrichtung 38 einen verhältnismäßig hohen Druckabfall ausgleichen (accomodate) s und daher können die Rippen 56 dicht gepackt seinp um die Umsetzung zwischen dem Kohlenwasserstofffluid und dem Wasserdampf innerhalb der Kammer 40 zu beschleunigen» Da die Reformierungsreaktion innerhalb eines verhältnismäßig dictatfandigen Gefäßes anstatt in verhältnismäßig dünnwandigen Röhren^ wie sie In herkömmlichen Öfen eingesetzt werden^ stattfindetp kann die Umsetzung bei Temperaturen und Drücken erfolgen^ die
höher sind als diejenigen beim Betrieb mit herkömmlichen Reformierungsöfeno Es ist vorgesehen, daß die Kammer 40 bei einem Innenüberdruck von bis zu
ι 151s6 bar (2200 psig) und innerhalb eines Temperatur-
trieben wirdc
15 bereiches von 482 bis 816 0C (900 bis 1500 0F) be-
Um die Wirksamkeit der in Fig» 2 dargestellten Anordnung der Heizrohren zu erhöhen^ können zusätzliehe Rippen 76 innerhalb des Boilers 36 an den Heizröhren 54 angebracht sein. Diese Rippen brauchen nicht aus Katalysatormaterial zu bestehen,, da sie lediglich als zusätzliche Wärmeübergangsoberflächen dienen«
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise wie folgt ablaufen%
Gasförmiges Methan wird durch Leitung 12 in den Brenner 18 der Gasturbine 14 eingeführt» Ein sauerstoffhaltiges Gas,, wie beispielsweise Luft? wird durch Leitung 28 in den mit der Gasturbine 14 verbundenen Kompressor 16 eingeführte Das komprimierte sauerstoffhaltige Gas wird durch Leitung 30 In den Brenner 18 eingeleitet und dort mit dem Methan verbrannt. Die er-35 hitzten Abgase werden von dem Brenner 18 über Leitung
32 entfernt und in der Entspannungsvorrichtung 20 expandiert= Die Entspannungsvorrichtung 20 ist mit dem
' ·:· 3Η9856
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Kompressor 16 über eine gemeinsame Welle 22 und außerdem mit dem Elektrogenerator 24 über Welle 26 verbunden. Die expandierten, erhitzten Abgase werden anschließend durch Leitung ~5k mit einer Temperatur von etwa 538 0C (1000 0F) geleitet. Die Gesamtmenge oder, ein Teil der expandierten Abgase strömt durch Leitung 58 in den Boiler 36. Wenn lediglich ein Teil der Abgase durch Leitung 58 strömt, wird der Rest der expandierten Abgase durch Leitung 59 den Brennern 62 zugeführt. In Abhängigkeit von der Steuerungsvorrichtung 68 öffnet sich das Ventil 66, um einen Teil des gasförmigen Methans aus Leitung 12 durch Leitung 64 den Brennern 62 zuzuführen, um eine zusätzliche Erhitzung einzuleiten, wenn die Temperatur des gebildeten Synthesegases unter einem vorherbestimmten Wert liegt. Der Sauerstoff, der in dem expandierten Abgas enthalten ist, das durch Leitung 59 strömt, verbrennt das gasförmige Methan, das durch Leitung 64 zugeführt wird, in den Brennern 62, um dem Boiler 36 zusätzliche Wärme zuzuführen. Die Abgase strömen durch Boiler 36, wobei sie über Teile der Heizrohren 54 hinwegströmen. Gewünschtenfalls können Rippen 76 auf einem Teil oder der Gesamtmenge der Heizrohren innerhalb des Boilers 36 angebracht, sein. Nachdem sie über die Heizrohren 54 geströmt sind, geben die Abgase zusätzliche Wärme an das Speisewasser ab, das durch Wärmeaustauscher 49 strömt, sowie an den Strom der fluiden Reaktionsteilnehmer, die durch Wärmeaustauscher 55 geführt werden. Die Abgase werden anschließend vom Boiler 36 über Leitung 72 entfernt.
Ein fluider Kohlenwasserstoff, wie beispielsweise Methan, wird durch Leitung 46 zugeführt,und trifft am. Punkt 51 mit Wasserdampf zusammen, der aus Leitung 48 über Leitung 50 herangeführt wird, so daß ein Strom aus fluiden Reaktionsteilnehmern gebildet wird. Dieser Strom aus Reaktionsteilnehmern wird durch Leitung 53 geleitet und innerhalb des Boilers 36 auf eine Temperatur von
etwa 343 0C (650 0F) vorerhitzto Danach wird der vorgeheizte Strom aus Reaktionsteilnehmern durch eine Öffnung in dem Verschluß 44 in die Kammer 40 eingeleitet» Innerhalb der Kammer 40 strömen die reagierenden Gase über die Heizrohren 54 und die Rippen 56. Wärme, die durch die Heizrohren 54 innerhalb des Boilers 36 aufgenommen worden i-st, wird durch diese Röhren 54 auf die reagierenden Fluide in Kammer 40 übertragen. Die Rippen 56 bestehen aus Nickel und dienen dazu, die Umsetzung des Kohlenwasserstoffs mit dem Wasserdampf in dem Strom der Reaktionsteilnehmer zu beschleunigen. Die für die Reformierungsreaktion erforderliche Wärme wird durch die Rippen 56 und die Heizrohren 54 abgegeben» Um einen Wärmeverlust von den Heizrohren 54 und dem Reaktor 38 zu verhindern ist Isolationsmaterial 74, wie beispielsweise Schlackenwolle, innerhalb der Ummantelung 57 vorgesehen, die um den Reaktor 38 und Teile der Heizrohren 54p die zwischen Reaktor 38 und Boiler 36 angeordnet sindP herum angeordnet ist«, Innerhalb der Kammer 40 reagiert der Fluide Kohlenwasserstoff mit dem Wasserdampf zu Synthesegas;, das aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht. Ein Strom an erzeugtem Synthesegas wird vom Reaktor 38 durch Leitung 70 abgezogene Die Temperatur des erzeugten Gases wird durch eine Temperaturmeß- und -steuereinrichtung 68 ermittelt, und wenn die Temperatur unterhalb eines bestimmten Wertes liegt, wirkt die Steuereinrichtung 68 derartp daß das Ventil 66 geöffnet wird., um eine Zusatzheizung 60 zu betreiben, wie oben erwähnt.
In Figo 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung erläutert, wobei der"Ausführungsform gemäß Fig. 1 entsprechende Bestandteile mit entsprechenden Bezugszahlen unter Vorsatz einer 1 bezeichnet sind.
:··' '-* ·:· 3Η9856
Bei dieser Ausführungsform kann ein erhitztes Gas, wie beispielsweise Abgas einer Turbine, Abgas eines Regenerators für die katalytische Crackung oder dergleichen, durch Leitung 158 in den Boiler eingeführt werden. Wenn die direkte Erhitzung mit" einem Brennstoff, wie beispielsweise gasförmigem Methan entweder in Kombination mit dem Erhitzen durch das durch Leitung 158 geleitete heiße Gas oder statt der Verwendung dieser Wärmequelle gewünscht wird, wird der Brennstoff durch Leitungen 112 und den Brennern 162 zugeführt. Selbstverständlich können viele verschiedene Einrichtungen zum direkten Heizen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und in der erfindungsgemäßen Vorrichtung angewandt werden, einschließlieh Verbrennung in einem Fließbett (fluidized bed combustion), so daß die im einzelnen dargestellte Ausführungsform als eine lediglich gegenwärtig bevorzugte Arbeitsweise anzusehen ist.
Die Wärme, die entweder von dem durch Leitung 158 eingeführten Abgas oder den durch die Brenner 162 gebildeten Verbrennungsprodukten stammt, wird durch die Heizrohren 154 aufgenommen, die sich in den Boiler 136 hinein erstrecken. Wärme wird auch stromabwärts von den Heizrohren 154· durch Wasser aufgenommen, das durch Leitung 148 in den Wärmeaustauscher 149 strömt, wodurch das Wasser in Wasserdampf umgewandelt wird. Ein Strom aus Kohlenwasserstoffbeschickung, wie beispielsweise gasförmigem Methan, wird durch Leitung 146 bis zu einem Punkt 151 geführt, wo er sich mit dem durch Leitung 150 von Leitung 148 aus hergeführten Wasserdampf vereinigt. Der nicht verwendete Anteil des Wasserdampfs, der durch Leitung 148 strömt, wird durch Leitung 152 geleitet, während der kombinierte Strom aus Kohlenwasserstoffbeschickung und Wasserdampf durch Leitung 153 zum Vorerhitzen durch den Wärmeaustauscher 155 geleitet
-19-
wird* Abgase werden vom Boiler 136 durch Leitung 172 entfernt«,
Die Heizröhren 154 erstrecken sich von dem Bereich innerhalb des Boilers 136 in die Reformierungseinrichtung 138, Die Reformierungseinrichtung 138 besteht aus einem allgemein zylindrischen Gefäß 140 mit einem oberen Verschluß 142 und einem unteren Verschluß 144S In dem Verschluß 144 ist eine Öffnung vor handenj, durch die Leitung 153 hindurchtreten kann. Die Leitung 153 durchtritt den Verschluß 144 unterhalb einer perforierten Platte 180, die dazu dient, das eintretende Gemisch aus vorerhitzter Kohlenwasserstoff beschickung und Wasserdampf innerhalb der Reformierungseinrichtung 138 zu verteilen. Oberhalb der Platte 180 ist innerhalb der Reformierungseinrich tung 138 ein inertes Material in Form von relativ feinen Kügelchen oder Körnchen 182 verteilt und wird durch das eintretende Fluid, das durch die perforierte Platte 180 hindurchtritt, aufgewirbelt. Durch die Verwendung dieses Wirbelbettreaktors werden ein gutes Vermischen sowie ein guter Wärmeübergang auf die Reaktionsteilnehmer bewirkte Es versteht sich, daß auch andere Verteilungseinrichtungen, wie beispielsweise ein Gitter oder Rost, statt der Platte 180 verwendet werden können, um das Gemisch aus vorerhitztem Beschickungsmaterial innerhalb der Reformierungseinrichtung 138 zu verteilen.
Katalysatormaterial kann auf der Außenfläche der Heizrohren 154 angeordnet oder, wie in Fig. 1 dargestellt^ zu Rippen geformt sein, die an den Heizrohren 154 innerhalb der Reformierungseinrichtung 138 angebracht sindo Auch könnte das Material des Wirbelbettes mit Katalysatormaterial überzogen sein oder sogar aus Katalysator bestehen»
·' · *-' ·- 3 H9856
Eine Ummantelung 157 ist um denjenigen Teil der Heizrohren 154 herum vorgesehen, der sich zwischen dem Boiler 136 und der Reformierungseinrichtung 138 erstreckt. Innerhalb der Ummantelung 157 ist Isolationsmaterial 174 angeordnet, und sowohl die Ummantelung 157 als auch das Isolationsmaterial 174 verhindern Wärmeverluste von den Heizrohren 154.
Innerhalb der Reformierungseinrichtung 138 reagieren Kohlenwasserstoff und Wasserdampf in Gegenwart des Katalysators, der beispielsweise aus Nickel bestehen kann, wenn Wärme von den Heizrohren 154 auf die Reformierungseinrichtung 138 übertragen wird. Aus dem Reaktor 138 wird gebildetes Synthesegas aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid durch Leitung 184 abgeführt und anschließend in den Abscheider 186 geleitet. Bestandteile des Wirbelbettes, die in dem erzeugten Gas mitgerissen worden sein könnten, werden in dem Abscheider 186 abgetrennt und durch Leitung 188 in die Reformierungseinrichtung 138 zurückgeführt. Erzeugtes Synthesegas wird aus dem Abscheider 186 durch Leitung 170 abgezogen. Eine Temperaturmeß- und -steuereinrichtung 168, die die Temperatur des erzeugten Gasstromes durch Leitung 170 mißt, ist mit dem Steuerventil 166 verbunden, um die Menge an Brennstoff, die den Brennern 162 zugeführt wird, zu steuern.
Die vorliegende Erfindung läßt sich auf viele Verfahren anwenden, beispielsweise solche zur Erzeugung von Methanol, Ammoniak und bzw. oder Oxo-Alkoholen; das erzeugte Gas läßt sich als Beschickungsgas für einen Reaktor vom Fischer- Tropsch-Typ und bzw. oder als Gas für Brennstoffzellen verwenden. Die Wärmequellen bestehen beispielsweise aus direktem Erhitzen, aus Verwendung von heißem Abgas von Gasturbinen, Abgas eines Regenerators für die katalytische Crackung und dergleichen.
«ο Λ β ο*
Selbstverständlich lassen sich die beschriebenen Ausführungsformen abändern, indem einige Merkmale ersetzt -v/erden oder auch nicht im Zusammenhang mit anderen der genannten Merkmale verwendet werden.

Claims (1)

  1. PcrrksfraßelS " °°°° °° °°° 3149856
    60iDGFiankiuriGE.M.i
    FOSTER WHEELER ENERGY CORPORATION^ Livingston, N»J. VStA
    Patentansprüche
    Ι» Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltendem Synthesegas, d a d.u-r ch gekennzeichnet^ daß man
    (a) ein erhitztes Fluid durch eine erste Kammer leitet,
    ^ (b) einen Wasserdampf und einen fluiden Kohlenwasserstoff enthaltenden Strom durch eine zweite Kammer leitet, wobei die zweite Kammer von der ersten Kammer getrennt ist und das erhitzte Fluid eine höhere Temperatur aufweist als der Stromy
    (c). eine Anzahl Heizröhren zwischen den Kammern anordnet» wobei sich ein erster Teil der Heizröhren innerhalb der ersten und ein zweiter Teil innerhalb der zxfexten Kammer erstreckt,
    (d) Katalysatormaterial innerhalb der zweiten Kammer anordnet und
    (e) den Strom über das Katalysatormaterial und <s=v den zweiten Teil der Heizröhren innerhalb der zweiten Kammer strömen IaBt9 wobei die Heizröhren Wärmeenergie von dem erhitzten Fluid auf den Strom übertragen und der Kohlenwasserstoff mit dem Wasserdampf in Gegenwart des Katalysatormaterials zu dem Synthesegas reagiert.
    2 ο Verfahren gemäß Anspruch 1s
    dadurch gekennzeichnet^ daß man ein nickelenthaltendes Katalysatormaterial verwendet»
    • - 3H9856
    3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem einen Brennstoff innerhalb der ersten Kammer zu einem erhitzten Gas verbrennt, wobei das erhitzte Gas das erhitzte Fluid umfaßt, das durch die erste Kammer geleitet wird.
    4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als erhitztes Fluid, das durch die erste Kammer geleitet wird, Abgase verwendet.
    5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem eine Anzahl Rippen in der ersten Kammer vorsieht, die an dem ersten Abschnitt der Heiz-
    röhren angebracht sind.
    6. Verfahren gemäß Anspruch 1, 20. dadurch gekennzeichnet,
    daß man außerdem den Strom aus Kohlenwasserstoff und Wasserdampf vorerhitzt, bevor man ihn in die zweite Kammer leitet.
    W 25 7. Verfahren gemäß Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem in der ersten Kammer einen Brennstoff verbrennt, um zusätzliche Wärmeenergie in die erste Kammer einzuführen. 30
    8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem die Temperatur des Synthesegases mißt und die Strömung des in der ersten Kammer zu verbrennenden Brennstoffs in Abhängigkeit von dieser Temperaturmessung steuert.
    9 ο Verfahren gemäß Anspruch 45
    dadurch gekennzeichnet^ daß man Abgase von einer Gasturbine verwendet und außerdem an die Gasturbine einen Elektrogenerator zur Erzeugung elektrischer Energie anschließt»
    1Ο» Verfahren gemäß Anspruch 1 s
    dadurch gekennzeichnet.) daß man das Katalysatormaterial in der zweiten Kammer dadurch vorsiehty daß man an den zweiten Abschnitt der · Heizröhren eine Anzahl Katalysatormaterial enthaltender metallischer Rippen anbringtP
    11 ο Verfahren gemäß Anspruch 1 3
    dadurch gekennzeichnet, daß man das Katalysatormaterial in der zweiten Kammer dadurch vorsieht, daß man den zweiten Abschnitt der Heizröhren mit Katalysatormaterial beschichtet., ,
    12ο Verfahren gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,, daß man außerdem in der zweiten Kammer an einer Stelle unterhalb des zweiten Abschnittes der Heizröhren eine Verteilereinrichtung vorsiehtP daß man das Katalysatormaterial innerhalb der zweiten Kammer dadurch vorsieht, daß man ein festes, teilchenförmiges? Katalysatormaterial enthaltendes Material innerhalb der zweiten Kammer oberhalb der Verteilungseinrichtung anordnet, daß man den Wasserdampf und fluiden Kohlenwasserstoff enthaltenden Strom durch die zweite Kammer dergestalt führt, daß man den Strom unterhalb der Verteilungseinrichtung einleitet j ihn durch die Verteilungseinrichtung hindurchführt und ihn mit einer derartigen Geschwindigkeit strömen läßtp daß das teilchenförmige Material oberhalb der Verteilungseinrichtung aufgewirbelt wird»
    <· Il
    . 3U9856-
    13. Verfahren gemäß Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß man die Verbrennung des Brennstoffes innerhalb der ersten Kammer in Form der Verbrennung eines aufgewirbelten teilchenförmigen Brennstoffes durchführt.
    14. Verfahren gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß man Heizröhren vorsieht, die einen Abschnitt zwisehen der ersten und der zweiten Kammer aufweisen und daß man Isoliermaterial um diesen Abschnitt der Heizröhren vorsieht.
    15. Vorrichtung zur Herstellung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltendem Synthesegas, enthaltend
    (a) eine erste Kammer (36, 136) zur Aufnahme eines erhitzten Fluids,
    (b) eine zweite Kammer·(40, 140), die von der ersten ' Kammer getrennt ist, zur Aufnahme eines fluiden Kohlen-20 wasserstoff und Wasserdampf enthaltenden Stroms, der
    ' eine tiefere Temperatur besitzt als das erhitzte Fluid,
    (c) eine Anzahl Heizröhren (54, 154), die zwischen der ersten und zweiten Kammer angeordnet sind und von denen sich ein erster Abschnitt innerhalb der ersten Kammer und ein zweiter Abschnitt innerhalb der zweiten Kammer erstreckt,
    (d) ein Katalysatormaterial, das innerhalb der zweiten Kammer angeordnet ist, wobei der Wasserdampf mit dem fluiden Kohlenwasserstoff in Gegenwart des Katalysators zu dem Synthesegas reagiert,
    (e) Mittel (58, 158) zum Einleiten des erhitzten Fluids in die erste Kammer,
    (f) Mittel (53, 153) zur Einleitung des Stroms in die zweite Kammer und
    (g) Mittel (70; 184, 186, 170) zur Entfernung des Synthesegases aus der zweiten Kammer.
    16ο Vorrichtung gemäß Anspruch 15P dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (36P 136)p die zur Aufnahme eines erhitzten Fluids eingerichtet ist, eine Kammer istj, die zur Aufnahme von Abgasen eingerichtet ist»
    17o- Vorrichtung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet;, daß die Abgase aus einer Gasturbine (18) stammen, an die zur Erzeugung von elektrischer Energie ein Elektrogenerator (24) angeschlossen ist»
    18o Vorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet ΰ daß die erste Kammer (36, 136), die zur Aufnahme eines erhitzten Fluids eingerichtet ist, aus einem Boiler (36) besteht, der eine Ummantelung sowie Mittel (62) zum Verbrennen eines Brennstoffes innerhalb der Ummantelung aufweistο
    19o Vorrichtung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,, daß sie außerdem Mittel (62, 162) zum Verbrennen eines Brennstoffs innerhalb der ersten Kammer (36, 136) zur Zuführung zusätzlicher Wärmeenergie in die erste Kammer aufweist..
    20ο Vorrichtung gemäß Anspruch 15» .dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem mehrere Rippen (76) innerhalb der ersten Kammer (36, 136) aufweist, die an dem ersten Abschnitt der Heizröhren (54, 154) angebracht sind«
    """ " ··'·" 3U9856
    21. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das in der zweiten Kammer (40, 140) angeordnete Katalysatormaterial eine Anzahl.metallischer Rippen (56) mit einem Gehalt an Katalysatormaterial umfaßt, die innerhalb der zweiten Kammer angeordnet und an dem zweiten-Abschnitt der Heizröhren (54, 154) befestigt sind.
    22. Vorrichtung gemäß Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    ^ daß das Katalysatormaterial, das in der zweiten Kammer (40, 140) angeordnet ist, Katalysatormaterial umfaßt, mit dem der zweite Abschnitt der Heizröhren (54, 154) überzogen ist.
    23. Vorrichtung gemäß Anspruch 15, ρ dadurch gekennzeichnet,
    daß sie außerdem eine innerhalb der zweiten Kammer (14O) und unterhalb des zweiten Abschnittes der Heizröhren (154) angeordnete Verteilungseinrichtung (180) enthält, daß die Mittel (153) zum Einführen des Stromes in die zweite Kammer derart eingerichtet sind, daß sie den Strom in die Kammer unterhalb der Verteilungsein- ^ 25 richtung einleiten, und daß das innerhalb der zweiten
    Kammer angeordnete Katalysatormaterial festes, teilchenförmiges Material umfaßt, das oberhalb der Verteilungseinrichtung angeordnet ist.
    24. Vorrichtung gemäß Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Heizröhren (54, 154) außerdem einen Teil zwi- ; sehen der ersten und der zweiten Kammer umfassen und
    j daß die Vorrichtung außerdem Mittel (74, 174) zum Iso-
    35 lieren dieses Zwischenabschnittes der Heizröhren sowie
    der zweiten Kammer (40, 14O) enthält.
    O 0 0 O ft O OO
    as™° ""*-· . 3K9S56
    25o Vorrichtung gemäß Anspruch 19S dadurch gekennzeichnet^ daß sie außerdem Mittel (68j, 169) zur Messung der Temperatur, die an die Mittel (70 9 170) zur Sntfernung des Synthesegases angeschlossen sindj, wodurch die Temperatur des Synthesegases gemessen werden sowie Mittel (66P 166) zur Steuerung der Menge an in der ersten Kammer (36S 136) zu verbrennendem Brennstoff enthält.
    26o Vorrichtung gemäß Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet,, daß die Mittel zum Einführen des erhitzten Fluids in die erste Kammer (36) eine erste Leitung (58) zum Einleiten eines ersten Anteils des erhitzten Fluids unmittelbar in die erste Kammer sowie eine zttfeite Leitung (59) zum Zuführen des restlichen Anteils des erhitzten Fluids bzwο Abgases zu den Mitteln (62) zum Verbrennen des Brennstoffes innerhalb der ersten Kammer umfassen und daß die Mittel (62) zum Verbrennen einen zur Zuführung von zusätzlicher Wärmeenergie in die erste Kammer geeigneten Brenner umfassen=,
    27ο Vorrichtung gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet^ daß sie außerdem einen an die Gasturbine (18) ange= schlossenen Elektrogenerator (24) aufweist«
    28. Vorrichtung gemäß Anspruch 23» dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (184, 186, 170) zum Entfernen des Syn- ■ thesegases aus der zweiten Kammer (140) eine Leitung (184) zur Aufnahme des Synthesegases aus der zweiten Kammer, Mittel (186) zum Abtrennen von teilchenförmigen Material aus dem Synthesegas, Mittel (188) zum Zurückführen des abgetrennten teilchenförmigen Materials in die zweite Kammer sowie Mittel (170) zum Entfernen des Synthesegases aus den Mitteln zur Abtrennung des teilchenförmigen Materials umfassen.
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