DE69004943T2 - Vorrichtung zum Reformieren von Kohlenwasserstoffen. - Google Patents

Vorrichtung zum Reformieren von Kohlenwasserstoffen.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reformiervorrichtung für Kohlenwasserstoff zur Herstellung eines reformierten Gases bzw. Spaltgases, das als einen Hauptbestandteil Wasserstoff enthält, durch Reformierung eines Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterials mit Wasserdampf und insbesondere eine Reformiervorrichtung für Kohlenwasserstoff, die für eine Brennstoffzelle, die einen kompakten Aufbau und eine hohe Wärmeausnutzung erfordert, geeignet ist.
  • Eine Reformiervorrichtung, die dazu dient, ein reformierte Gas bw. Spaltgas (ein brennbares Gas, das Wasserstoff als einen Hauuptbestandteil, Kohlenmonoxid, Methan usw. enthält) herzustellen, indem bewirkt wird, daß eine Mischung von Kohlenwasserstoff wie z.B. Heizöl, Benzin bzw. Naphtha oder Erdgas mit Wasserdampf durch eine Katalysatorschicht hindurchgeht, ist beispielsweise aus den Japanischen Ausgelegten Patentpublikationen Nrn. 53-78992, 53-79766 und 58-63783 und der Japanischen Patentpublikation Nr 57-7538 bekannt.
  • Bei der vorstehend erwähnten bekannten Reformiervorrichtung ist in einem Reaktionsapparat ein Reaktionsrohr mit einer doppelten Struktur vorhanden. In der doppelten Struktur sind ein äußerer Schichtbereich und ein innerer Schichtbereich gebildet, und sie sind an ihren oberen Enden miteinander verbunden. Der äußere Schichtbereich wird zur Bildung einer Katalysatorschicht mit einem Katalysator gefüllt. Der Katalysator im äußeren Schichtbereich wird durch ein Verbrennungsgas erlitzt, das an einer äußeren Umfangsoberfläche des Reaktionsrohrs entlangströmt. Ein Einsatzgas wird derart zugeführt, daß es durch die Katalysatorschicht, die durch das Verbrennungsgas erhitzt wird, hindurchgeht, so daß das Einsatzgas reformiert wird. Dann wird ein auf diese Weise erhaltenes reformiertes Gas durch den inneren Schichtbereich hindurch zu der Außenseite des Reaktionsapparats abgelassen.
  • Die Temperatur des aus der Reformiervorrichtung abzulassenden Verbrennungsgases ist jedoch außerordentlich hoch, und die in dem Verbrennungsgas gespeicherte Wärme wird nicht wirksam ausgenutzt. Ferner ist auch die Temperatur des zu erzeugenden reformierten Gases hoch, so daß für die Abkühlung des reformierten Gases ein großer Wärmetauscher erforderlich ist. Um die Wärme des Verbrennungsgases und des reformierten Gases ausreichend auszunutzen, bis sie aus der Reformiervorrichtung abgelassen werden, kann in Betracht gezogen werden, das Reaktionsrohr zu vergrößern, damit die Wärmeaustauschfläche der Katalysatorschicht vergrößert wird. Solch ein verfahren ist jedoch insbesondere für die Reformiervorrichtung für eine Brennstoffzelle, die einen kompakten Aufbau erfordert, nicht geeignet.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Reformiervorrichtung für Kohlenwasserstoff bereitzustellen, die einen kompakten und einfachen Aufbau hat, um die Installationkosten zu vermindern.
  • Es ist eine andere Aufgabe der vorliegender Erfindung, eine Reformiervorrichtung für Kohlenwasserstoff bereitzustellen die die Wärme eines Verbrennungsgases und eines reformierten Gases wirksam auf ein Einsatzgas übertragen kann, um die Wärmeausnutzung zu verbessern.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Reformiervorrichtung für Kohlenwasserstoff bereitzustellen, die die Temperatur des Verbrennungsabgases und des reformierten Gases vermindern kann, um die Materialkosten der feuerfesten Materialien für Gasleitungen zu senken.
  • Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Reformiervorrichtung für Kohlenwasserstoff bereitzustellen, die das Wärmeaustauschvermögen bei einer Vorrichtung zur Abkühlung von reformiertem Gas die an die Auslaßseite der Reformiervorrichtung anzuschließen ist, vermindern kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Reformiervorrichtung für Kohlenwasserstoff mit einem ersten ringförmigen Durchgang, der einen äußeren Durchgang für Einsatzgas bildet und mit einem Katalysator zum Reformieren eines Einsatzgases gefüllt ist; einem zweiten ringförmigen Durchgang, der direkt innerhalb des erwähnten ersten ringförmigen Durchgangs in konzentrischer Beziehung dazu angeordnet ist und einen äußeren Durchgang für reformiertes Gas bildet; einem dritten ringförmigen Durchgang, der direkt innerhalb des erwähnten zweiten ringförmigen Durchgangs in konzentrischer Beziehung dazu angeordnet ist und einen inneren Durchgang für reformiertes Gas bildet; einem vierten ringförmigen Durchgang, der direkt innerhalb des erwähnten dritten ringförmigen Durchgangs in konzentrischer Beziehung dazu angeordnet ist und einen inneren Durchgang für Einsatzgas bildet, der mit dem erwähnten Katalysator zum Reformieren des erwähnten Einsatzgases gefüllt ist; einem ersten Verbindungsteil zum Verbinden eines axialen Endes des erwähnten ersten ringförmigen Durchgangs mit einem axialen Ende das erwähnten vierten ringförmigen Durchgangs, um das erwähnte Einsatzgas aus dem erwähnten äußeren Durchgang für Einsatzgas zu dem erwähnten inneren Durchgang für Einsatzgas zu führen; einem zweiten Verbindungsteil zum Verbinden eines anderen axialen Endes des erwähnten vierten ringförmigen Durchgangs mit einem axialen Ende des erwähnten dritten ringförmigen Durchgangs, un ein erzeugtes reformiertes Gas aus dem erwähnten inneren Durchgang für Einsatzgas zu dem erwähnten inneren Durchgang für reformiertes Gas zu führen; einem dritten Verbindungsteil zum Verbinden eines anderen axialen Endes des erwähnten dritten ringförmigen Durchgangs mit einem axialen Ende des erwähnten zweite ringförmigen Durchgangs, um das erwähnte reformierte Gas aus dem erwähnten inneren Durchgang für reformiertes Gas zu dem erwähnten äußeren Durchgang für reformiertes Gas zu führen; einem ersten Durchgang für Verbrennungsgas, der direkt innerhalb des erwähnten vierten ringförmigen Durchgangs gebildet ist, zum Erhitzen des erwähnten vierten ringförmigen Durchgangs und einem zweiten Durchgang für Verbrennungsgas, der direkt außerhalb des erwähnten ersten ringförmigen Durchgangs gebildet ist, zum Erhitzen des erwähnten ersten ringrörmigen Durchgangs bereitgestellt; wobei die Strömungsrichtung des erwähnten Einsatzgases in dem erwähnten äußeren Durchgang für Einsatzgas der Strömungsrichtung eines Verbrennungsgases in dem erwähnten zweiten Durchgang für Verbrennungsgas entgegengesetzt ist, die Strömungsrichtung des erwähnten Einsatzgases in dem erwähnten inneren Durchgang für Einsatzgas der Strömungsrichtung eines Verbrennungsgases in dem erwähnten ersten Durchgang für Verbrennungsgas entgegengesetzt ist, die Strömungsrichtung des erwähnten reformierten Gases in dem erwähnten inneren Durchgang für reformiertes Gas der Strömungsrichtung des erwähnten Einsatzgases in dem erwähnten inneren Durchgang für Einsatzgas entgegengesetzt ist und die Strömungsrichtung des erwähnten reformierten Gases in dem erwähnten äußeren Durchgang für reformierte Gas der Strömungsrichtung des erwähnten Einsatzgases in dem erwähnten äußeren [)urchgang für Einsatzgas entgegengesetzt ist.
  • Andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden anhand der folgenden näheren Beschreibung und der beigefügten Ansprüche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genauer verstanden werden.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist eine Senkrechtschnittzeichnung einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Reformiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, deren linke Hälfte abgeschnitten ist;
  • Fig. 2 ist eine Zeichnung, die Fig. 1 ähnlich ist und eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • Fig. 3A ist eine Senkrechtschnittzeichnung einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Reformiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 3B ist eine vergrößerte Schnittzeichnung eines in Fig. 3A gezeigten wichtigen Teils;
  • Fig. 4 und 5 sind graphische Darstellungen, die die Temperaturverteilung in verschiedenen Lagen in der in Fig. 1 bzw. 2 gezeigten Reformiervorrichtung zeigen; und
  • Fig. 6 ist eine Fig. 4 ähnliche graphische Darstellung für den Fall der Anwendung einer anderen Art der Reformiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • NÄHERE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nun wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei ein im wesentlichen zylindrischer Reaktionsapparat mit einem Wärmedämmstoff 44 ausgekleidet ist. Ein ringförmige äußeres Rohr O mit U-förmigem Querschnitt ist derart an dem Reaktionsapparat befestigt, daß es von einem oberen Teil des Reaktionsapparats herabhängt. In dem ringförmiqen äußeren Rohr O ist ein Reaktionbereich A gebildet. Das ringförmige äußere Rohr G besteht aus einem äußeren Umfangsteil 31 und einem inneren Umfangsteil 32, die an ihrem unteren Ende in einem Stück miteinander verbunden sind. Andererseits ist an dem Reaktionsapparat auch ein ringförmiges inneres Rohr I mit U-förmigem Querschnitt derart befestigt, daß es sich in dem ringförmigen äußeren Rohr O, das heißt zwischen dem äußeren Umfangsteil 31 und dem Inneren Umfangsteil 32 des ringförmigen äußeren Rohrs O, befindet. Das ringförmige innere Rohr I besteht aus einem inneren Umfangsteil 33 und einein äußeren Umfangsteil 34, die an ihrem unteren Ende in einem Stück miteinander verbunden sind. Ferner ist an dem Reaktionapparat auch eine ringförmige Trennplatte 35 derart befestigt, daß sie sich in dem ringförmigen inneren Rohr I, das heißt zwischen dem inneren Umfangsteil 33 und dem äußeren Umfangsteil 34 des ringförmigen inneren Rohrs I, befindet. Der Reaktionsbereich A ist somit in einem Raum gebildet, dein zwischen dem ringförmigen äußeren Rohr O und dem ringförmigen inneren Rohr I abgegrenzt ist, so daß ein ringförmiger äußerer Reaktionsbereich 13 und ein ringförmiger innerer Reaktionsbereich 14 derart gebildet sind, daß sie durch ein unteres Verbindingsteil P miteinander verbunden sind. In dem Reaktionsbereich A ist ein Reformielrungskatalysator wie z.B. ein Nickel-Aluminiumoxid-Katalysator als typischer Katalysator eingefüllt. Andererseits ist ein Raum, der in dem ringförmigen inneren Rohr I abgegrenzt ist, durch die ringförmige Trennplatte 35 unterteilt, um einen ringförmigen inneren Durchgang 15 zum Durchlassen eines aus dem inneren Reaktionsbereich 14 zugeführten reformierten Gases und einen ringförmigen äußeren Durchgang 16, der mit dem ringförmigen inneren Durchgang 15 durch ein unteres Verbindungsteil Q verhbunden ist, zu bilden.
  • In dem ringförmigen äußeren Rohr O sind somit vier konzentrische ringförmige Durchgänge abgegrenzt, die aus einem ersten ringförmigen Durchgang als äußerem Reaktionsbereich 13, einem zweiten ringförmigen Durchgang als äußerem Durchgang 16 für reformiertes Gas, einem dritten ringförmigen Durchgang als innerem Durchgang 15 für reformiertes Gas und einem vierten ringförmigen Durchgang als innerem Reaktionsbeieich 14 bestehen.
  • Beim Betrieb wird ein Einsatzgas aus einer Einsatzgas-Einlaßdüse 11 durch einen Einlaßdurchgang 12 in den äußeren Reaktionsbereich 13 eingeführt. Das Einsatzgas strömt dann in dem äußeren Reaktionsbereich 13 nach unten, geht durch das untere Verbindungsteil P hindurch und strömt darin in dem inneren Reaktionsbereich 14 nach oben. Währenddesser wird das Einsatzgas reformiert. Ein erzeugtes reformiertes Gas ais dem inneren Reaktionsbereich 14 wird an seinem oberen Ende nach unten gerichtet und tritt in den inneren Durchgang 15 für reformiertes Gas ein. Das reformierte Gas strömt dann in dem inneren Durchgang 15 fiir reformiertes Gas nach unten, geht durch dar untere Verbindungsteil Q hindurch und strömt dann in dem äußeren Durchgang 16 für reformiertes Gas nach oben. Nachdem das reformierte Gas au dem äußeren Durchgang 16 für reformiertes Gas abgelassen worden ist, wird es durch ein Sammelrohr 17 einer Auslaßdüse 18 für reformiertes Gas zugeführt und dann zur Außenseite des Reaktionsapparats abgelassen.
  • Wie vorstehend erwähnt wurde, befindet sich das ringförmige innere Rohr I zwischen dem ringförmigen äußeren Reaktionsbereich 13 und dem ringförmigen inneren Reaktionsbereich 14, die beide einen Durchgang für Einsatzgas bilden, und die ringförmige Trennplatte 35 befindet sich in dem ringförmigen inneren Rohr I, um den inneren Durchgang 15 für reformiertes Gas und den äußeren Durchgang 16 für reformiertes Gas zu bilden, so daß eine Wärmeübertragung von dem reformierten Gas auf das Einsatzgas im Gegenstrom durchgeführt werden kann. Infolgedessen kann die Wärmeausnutzung verbessert werden, wobei die Reformiervorrichtung kompakt gehalten wird.
  • Im einzelnen wird der Katalysator, der in dem inneren Reaktionsbereich 14 und dem äußeren Reaktionsbereich 13 eingefüllt ist, durch die Wärme, die in dem reformierten Gas, das in dem inneren Durchgang 15 für reformiertes Gas und in dem äußeren Durchgang 16 für reformiertes Gas strömt, gespeichert ist, erhitzt, wodurch die Wärmeausnutzung verbessert wird. Ferner können die Materialkosten von feuerfesten Materialien oder dergleichen für eine Gasleitung gesenkt werden, da die Temperatur des reformierten Gases herabgesetzt wird. Ferner können auch die Installationskosten gesenkt werden, da der Aufbau der Reformiervorrichtung vereinfacht werden kann.
  • In einem Raum, der von dem ringförmigen äußeren Rohr O umgeben ist, ist ein Wärmezuführungsbereich B für Zuführung von Wärme zu dem Einsatzgas, das in dem Reaktionsbereich A strömt, gebildet. Bei einem oberen zentralen Bereich der Reformiervorrichtung ist ein Brenner 41 derart bereitgestellt, daß er durch eine gegen Strahlungswärme beständige Brennerkachel 42 festgehalten wird, die an der inneren Oberfläche des inneren Umfangsteils 32 des ringförmigen äußeren Rohrs befestigt ist. Der Brenner 41 ist derart angeordnet, daß eine Verbrennungsdüse davon nach unten ausgerichtet ist, damit der Ausdehnungswinkel eines Verbrennungsgases konstant gemacht wird.
  • Das Verbrennungsgas, das durch den Brenner 41 erzeugt wird, wird aus einer Verbrennungskammer 21 durch einen Zwischenraum, der zwischen dem unteren Ende des ringförmigen äußeren Rohrs O und einer unteren Wand des Reaktionsapparat abgegrenzt ist, hindurch zu einem Durchgang 22 für Verbrennungsgas geführt, der zwischen dem äußeren Umfangsteil 31 des ringförmigen äußeren Rohrs O und einer inneren Seitenwand des Reaktionsapparats gebildet ist. Das Verbrennungsgas, das aus dem Durchgang 22 für Verbrennungsgas abgelassen wird, wird an seinem oberen Ende nach unten gerichtet und wird dann aus einer Verbrennungsgas-Auslaßdüse 23 zu der Außenseite des Reaktionsapparats abgelassen.
  • Währenddessen wird der innere Reaktionsbereich 14 hauptsächlich durch das innere Umfangsteil 32 hindurch mittels einer Wirkung der Übertragung von Strahlungswärme aus der Verbrennungskammer 21 erhitzt, während der außere Reaktionsbereich 13 hauptsächlich durch das äußere Umfangsteil 31 hindurch mittels einer Wirkung der Übertragung von Konvektionswärme in dem Durchgang 22 für Verbrennungsgas erhitzt wird.
  • Um den Wärmeaustausch zu beschleunigen, kann in einen Teil der Verbrennungskammer 21 und des Durchgangs 22 für Verbrennungsgas ein Wärmeübertragungsmaterial wie z.B Aluminiumoxid-Kugeln oder Raschig-Ringe eingefüllt werden. Ferner kann die Einsatzgas-Einlaßdüse 11 zur Verminderung des Wärmeverlustes aus der Seitenwand des Reaktionsapparats derart angeordnet werden, daß sie sich entlang dem Wärmedämmstoff 44, der dem Durchgang 22 für Verbrennungsgas gegenüberliegt, erstreckt, so daß durch die Einsatzgas-Düse 11 eine Gasphasen-Wärmedämmschicht gebildet werden und die Einlaßdüse 11 als Vorerhitzungsbereich für das Einsatzgas wirken kann.
  • Im folgenden wird auf Fig. 2 Bezug genommen, die eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei der Brenner 41 bei einem unteren zentralen Bereich der Reformiervorrichtung befestigt ist, so daß die Verbrennungsdüse nach oben ausgerichtet ist. Ferner ist innerhalb des inneren Umfangsteils 32 des ringförmigen äußeren Rohrs O konzentrisch ein innerer Zylinder 36 bereitgestellt, so daß die verbrennungskammer 21 innerhalb des inneren Zylinders 36 gebildet ist und zwischen dem inneren Zylinder 36 und dem inneren Umfangsteil 32 ein Durchgang 24 für Verbrennungsgas gebildet ist. Ferner befindet sich die Auslaßdüse 18 für reformiertes Gas bei dem oberen zentralen Bereich der Reformiervorrichtung.
  • Bei dieser Bauart steigt das in der Verbrennungskammer 21 erzeugte Verbrennungsgas erst auf und wird dann am oberen Ende des inneren Zylinders 36 nach unten gerichtet, so daß es in den Durchgang 24 für Verbrennungsgas eintritt. Dann strömt das Verbrennungsgas in dem Durchgang 24 für Verbrennungsgas nach unten. Der Durchgang 24 für Verbrennungsgas und der innere Reaktionsbereich 14 als Durchgang für Einsatzgas sind demnach im Gegenstrom angeordnet, so daß in dem Durchgang 24 für Verbrennungsgas eine Wirkung der Übertragung von Konvektionswärme gezeigt wird.
  • Wie vorstehend erwähnt wurde, befindet sich der Brenner 41 bei dem unteren zentralen Bereich der Reformiervorrichtung und befindet sich die Auslaßdüse 18 für reformiertes Gas bei dem oberen zentralen Bereich der Reformiervorrichtung. Infolgedessen kann mit einem einfachen Aufbau eine gleichmäßige Strömung des reformierten Gases gewährleistet werden, wodurch ein Problem, das auf eine ungleichmäßige Strömung des reformierten Gases zurückzuführen ist, verhindert wird.
  • Da der innere Zylinder 36 bereitgestellt ist, um den Durchgang 24 für Verbrennungsgas zu bilden, kann ferner hinsichtlich der Zuführung von Wärme zu dem inneren Umfangsteil 32 sowohl die Wirkung der Übertragung von Strahlungswärme als auch die Wirkung der Übertragung von Konvektionswarme erzielt werden. Die Wärmeausnutzung kann infolgedessen stärker verbessert werden, was zur Folge hat, daß die Katalysatorschicht verkürzt werden kann, wodurch die Reformiervorrichtung kompakter gemacht wird.
  • Ferner ist es vorzuziehen, daß der innere Zylinder 36 aus einem Wärmedämmstoff gebildet wird, dessen Wärmedämmvermögen so groß wie oder größer als das Wärmedämmvermögen des Reaktionsrohrs ist, weil das Verbrennungsgas, das eine hohe Temperatur hat, den inneren Zylinder 36 berührt.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 3A und 3B, die eine dritte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, ist der Aufbau im wesentlichen derselbe wie der in Fig. 2 gezeigte, außer daß zum Zweck eines leichten Austausches des Katalysators und zur Erleichterung von Überprüfung und Austausch des Reaktionsrohrs eine Flanschstruktur angewandt wird.
  • Das heißt, die Reformiervorrichtung kann gemäß dem folgenden Verfahren auseinandergenommen werden:
  • (1) Muttern 61 und 62, die an einem Flanschteil einer Auslaßdüse 51 für reformiertes Gas angebracht sind, werden gelöst, um die Auslaßdüse 51 für reformiertes Gas zu Entfernen.
  • (2) Muttern 63, die an einem Flanschteil eines Einsatzgas-Einführungsrohrs 50 angebracht sind, und Muttern 64, die an einem Flanschteil eines oberen Deckels 52 des Reaktionsapparats angebracht sind, werden gelöst, um den oberen Deckel 52 zu entfernen.
  • (3) Muttern 65, die an einem oberen Deckel 53 für einen Durchgang für Einsatzgas und an einem Flanschteil 59 des ringförmigen äußeren Rohrs O angebracht sind, werden gelöst, um den oberen Deckel 53 und einen äußeren Dehnungsausgleicher 54 zu entfernen.
  • (4) Muttern 66, die an einem oberen, äußern Deckel 55 für einen Durchgang für reformiertes Gas angebracht sind, werden gelöst, um den oberen, äußeren Deckel 55, eiren inneren Dehnungsausgleicher 56 und ein Ablaßrohr 57 für reformierte Gas zu enfernen.
  • (5) Muttern 67, die an einem oberen, inneren Deckel 58 für den Durchgang für reformierte Gas angebracht sind, werden gelöst, um den oberen, inneren Deckel 58 zu entfernen.
  • (6) In dieser Stufe kann der Katalysator, der in dem äußeren Reaktionsbereich 13 und dem inneren Reaktionsbereich 14 eingefüllt ist, ausgetauscht werden.
  • (7) Im Fall von Überprüfung und Austausch des Reaktionsrohrs wird das Flanschteil 59 des ringförmigen äußeren Rohrs O gehalten, um das Reaktionsrohr nach oben zu ziehen.
  • Die Reformiervorrichtung kann auf diese Weise auseinandergenommen werden, wodurch die Wartungsarbeit sehr leicht gemacht wird.
  • In bezug auf den Gasaustritt bei der vorstehend beschriebenen Reformiervorrichtung, die die Flanschstruktur hat, ist es vom Standpunkt der Sicherheit zulässig, daß ein brennbares Gas, das sich in dem Durchgang für Einsatzgas befindet in ein brennbares Gas, das sich in dem Durchgang für reformiertes Gas befindet, austritt oder umgekehrt. Es muß jedoch unbedingt verhindert werden, daß das brennbare Gas in ein Verbrennungsabgas austritt, das sich in dem Durchgangsbereich für Verbrennungsgas befindet. Infolgedessen ist bei dem in Fig. 3A gezeigten Reformiervorrichtung an den Flanschteilen, die durch die Muttern 63 und 65 befestigt werden, eine hohe Abdichtbarkeit erforderlich. An dem Flanschteil, das durch die Muttern 63 befestigt wird, kann die Abdichtbarkeit durch eine normale Dichtung ausreichend sichergestellt werden, weil die Temperatur an diesem Flanschteil verhältnismäßig niedrig ist und der Innendurchmesser klein ist Andererseits ist an dem Flanschteil, das durch die Muttern 65 befestigt wird, die Temperatur verhältnismäßig hoch und der Innendurchmesser groß. Es ist infolgedessen vorzuziehen, daß der obere, äußere Deckel 53 und das Flanschteil 59 durch Dichtschweißnaht-Dichtungselemente 71 und 72 dichtgeschweißt werden, wie es in Fig. 3B gezeigt ist, um sicherzustellen, daß der Gasaustritt verhindert wird.
  • Ferner kann gemäß der vorstehend erwähnten Flanschstruktur ein Unterschied in der auf eine Temperaturänderung zurückzuführenden Expansion oder Kontraktion jedes Bauteils in seiner Längsrichtung gedämpft werden. Einer Temperaturschwankung, die bei einer Schwankung der Belastung der Reformiervorrichtung hervorgerufen wird, kann deshalb flexibel gefolgt werden. Außerdem kann bei der in Fig. 3A gezeigten Reformiervorrichtung auch eine leichte Überprüfung und Wartung des Brenners 41 sichergestellt werden, weil der Brenner 41 nach hinten gezogen werden kann.
  • Fig. 4 und 5 sind graphische Darstellungen, die eine Temperaturverteilung in verschiedenen Lagen bei hier in Fig. 1 bzw. 2 gezeigten Reformiervorrichtung zeigen.
  • Wie aus Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, kann die Temperatur des Einsatzgases in der unteren Lage (2) des äußeren Reaktionsbereichs 13 erhöht werden und kann die Temperatur des Verbrennungsgases in der oberen Lage (11) des Ablaßdurchgangs 22 fur Verbrennungsgas vermindert werden. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Wärmeaustausch zwischen dem Einsatzgas in dem äußeren Reaktionsbereich 13 und dem Verbrennungsgas in dem Ablaßdurchgang 22 für Verbrennungsgas eher durch Wärmeübertragung im Gegenstrom als durch Wärmeübertragung im Gleichstrom erfolgt. Auf diese Weise kann die Reformierungsreaktion in einer Anfangsstufe wirksam durchgeführt werden, wodurch die Menge des Katalysators verringert und die Wanddicke der Wärmedämmschicht vermindert wird.
  • Ferner wird das Einsatzgas, das in dem äußeren Reaktionsbereich 13 teilweise reformiert worden ist, (dieses Einsatzgas wird nachstehend als Prozeßgas bezeichnet) dem inneren Reaktionsbereich 4 zugeführt, und das auf diese Weise erhaltene Prozeßgas wird durch das Verbrennungsgas aus dem Wärmezuführungsbereich B mittels der Wirkung der Übertragung von Strahlungswärme und/oder mittels der Wirkung der Übertragung von Konvektionswärme erhitzt. Als Ergebnis kann die Temperatur des Prozeßgases in der oberen Lage (3) des inneren Reaktionsbereichs 14 (d.h. am Auslaß des Katalysatorbereichs) erhöht werden. Dieses Ergebnis ist besonders für eine Verbesserung des Wirkungsgrades einer Hochdruckreaktion wirksam. Es ist beispielsweise wirksam, um bei einer Methanreformierungsreaktion die Konzentration von nicht reformiertem Methan zu unterdrücken.
  • Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die eine ähnliche Temperaturverteilung wie in Fig. 4 und 5 für den Fall zeigt, daß die in Fig. 1 gezeigte Reformiervorrichtung als großtechnische Druckreformiervorrichtung der 2,5-MW-Klasse ausgelegt ist und die Verbrennung durch den Brenner derart gesteuert wird daß die Oberflächentemperatur des Reaktionsrohrs nicht örtlich erhöht wird. Bei der in Fig 1 gezeigten Reformiervorrichtung mit dem Brenner, der sich bei dem oberen Bereich befindet, erreicht die Oberflächentemperatur des Reaktionsrohrs bei dem oberen Bereich 950 ºC oder mehr, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist. Der Werkstoff des Reaktionsrohrs muß infolgedesser in Anbetracht einer Änderung der Betriebsbedingung aus Werkstoffen mit hoher Hitzebeständigkeit ausgewählt werden. Durch Steuerung der Verbrennung unter Anwendung eines Brenners, der zur Steuerung der Verbrennung befähigt ist, kann die Oberfläche-temperatur des Reaktionsrohrs jedoch auf 900 ºC oder wenigen unterdrückt werden, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist. Die maximale Temperatur des Reaktionsrohrs kann infolgedessen selbst bei der in Fig. 1 gezeigten Reformiervorrichtung dies Gegenstromtyps vermindert werden.
  • Die Erfindung ist zwar unter Bezugnahme auf bestimmte Ausfünrungsformen beschrieben worden, jedoch dient die Beschreibung nur zur Erläuterung und soll nicht in dem Sinne aufgefaßt werden, daß sie den Geltungsbereich der Erfindung einschränkt. Den Fachleuten können verschiedene Modifikationen und Änderungen in den Sinn kommen, ohne daß sie von dem Geltungsbereich der Erfindung abweichen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims (3)

1. Reformiervorrichtung für Kohlenwasserstoff mit
einem ersten ringförmigen Durchgang, der einen äußeren Durchgang für Einsatzgas bildet und mit einem Katalysator zum Reformieren eines Einsatzgases gefüllt ist,
einem zweiten ringförmigen Durchgang, der direkt innerhalb des erwähnten ersten ringförmigen Durchgangs in konzentrischer Beziehung dazu angeordnet ist und einen äußeren Durchgang für reformiertes Gas bildet,
einem dritten ringförmigen Durchgang, der direkt innerhalb des erwähnten zweiten ringförmigen Durchgangs in konzentrischer Beziehung dazu angeordnet ist und einen inneren Durchgang für reormiertes Gas bildet,
einem vierten ringförmigen Durchgang, der direkt innerhalb des erwähnten dritten ringförmigen Durchgangs in konzentrischer Beziehung dazu angeordnet ist und einen inneren Durchgang für Einsatzgas bildet, der mit dem erwähnten Katalysator zum Reformieren des erwähnten Einsatzgases gefüllt ist,
einem ersten Verbindungsteil zum Verbinden eines axialen Endes des erwähnten ersten ringförmigen Durchgangs mit einem axialen Ende des erwähnten vierten ringförmigen Durchgangs, um das erwähnte Einsatzgas aus dem erwähnten äußeren Durchgang für Einsatzgas zu dem erwähnten inneren Durchgang für Einsatzgas zu führen,
einein zweiten Verbindungsteil zum Verbinden eines anderen axialen Endes des erwähnten vierten ringförmigen Durchgangs mit einem axialen Ende des erwähnten dritten ringförmigen Durchgangs, um ein erzeugtes reformiertes Gas aus dem erwähnten inneren Durchgang für Einsatzgas zu dem erwähnten inneren Durchgang für reformiertes Gas zu führen,
einem dritten Verbindungsteil zum Verbinden eines anderen axialen Endes des erwähnten dritten ringförmigen Durchgangs mit einem axialen Ende des erwähnten zweiten ringförmigen Durchgangs, um das erwähnte reformierte Gas aus dem erwähnten inneren Durchgang für reformiertes Gas zu dem erwähnten äußeren Durchgang für reformiertes Gas zu führen,
einem ersten Durchgang für Verbrennungsgas, der direkt innerhalb des erwähnten vierten ringförmigen Durchgangs gebildet ist, zum Erhitzen des erwähnten vierten ringförmigen Durchgangs und
einem zweiten Durchgang für Verbrennungsgas, der direkt außerhalb des erwähnten ersten ringförmigen Durchgangs gebildet ist, zum Erhitzen des erwähnten ersten ringförmigen Durchgangs,
wobei die Strömungsrichtung des erwähnter Einsatzgases in dem erwähnten äußeren Durchgang für Einsatzgas der Strömungsrichtung eines Verbrennungsgases ihn dem erwähnten zweiten Durchgang für Verbrennungsgas entggengesetzt ist, die Strömungsrichtung des erwähnten Einsatzgases in dem erwähnten inneren Durchgang für Einsatzgas der Strömungsrichtung eine Verbrennungsgases in dem erwähnten ersten Durchgang für Verbrennungsgas entgegengesetzt ist, die Strömungsrichtung des erwähnten reformierten Gases in dem erwähnten inneren Durchgang für reformiertes Gas der Strömungsrichtung des erwähnten Einsatzgases in dem erwähnten inneren Durchgang für Einsatzgas entgegengesetzt ist und die Strömungsrichtung des erwähnten reformierten Gases in dem erwähnten äußeren Durchgang für reformiertes Gas der Strömungsrichtung des erwähnten Einsatzgases in dem erwahnten äußeren Durchgang für Einsatzgas entgegengesetzt ist.
2. Reformiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erwähnte erste Durchgang für Verbrennungsgas eine Verbrennungskammer bildet und ein Brenner für die Erzeugung des erwähnten Verbrennungsgases derart in der erwähnten Verbrennungskammer bereitgestellt ist, daß eine Verbrennungsdüse des erwännten Brenners nach unten ausgerichtet ist.
3. Reformiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der innerhalb des erwähnten vierten ringförmigen Durchgangs ein innerer Zylinder bereitgestellt ist, um innerhalb des erwähnten inneren Zylinders eine Verbrennungskammer abzugrenzen und innerhalb des erwähnten vierten ringförmigen Durchgangs den erwähnten ersten Durchgang für Verbrennungsgas abzugrenzen und ein Brenner für die Erzeugung des erwähnten Verbrennungsgases derart in der erwähnten Verbrennungskammer bereitgestellt ist, daß eine Verbrennungsdüse des erwähnten Brenners nach oben ausgerichtet ist.
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