NO159196B - Flerroers stigeroersystem med en nedre stiv seksjon og en oevre fleksibel seksjon. - Google Patents

Description

Hydrokarbon-reformingsovn.

Denne oppfinnelse angår en hydrokarbon-reformingsovn. Det er utviklet et for-

bedret ovnsapparat, hvor kombinasjonen av apparatelementer gir en forbedret og større overhetning av dampen som ledes til reak-sjonen, samt en bedre varmeøkonomi og omdannelse. Dessuten er det skapt et for-

bedret apparat for blanding av den over-

hetede damp med gassformede hydrokar-

boner før den katalytiske reaksjon.

Foreliggende oppfinnelse vil beskrives

i relasjon til en prosess for hydrokarbon-omdannelse kjent som primær reforming,

som i stor utstrekning brukes for å frem-

stille syntesegass og hydrogen. Ved denne velkjente prosess blir en gassformet hydrokarbon, f. eks. methan, katalytisk omsatt med damp ved høy temperatur for å danne en reformet gassblanding som inneholder hovedsakelig hydrogen og karbonmonoksyd i samsvar med følgende ligning:

(1) CH4+H20 y CO+3H2

Det vil forståes at høyere hydrokarbo-

ner, f. eks. propan og heksan, også kan omsettes katalytisk med damp på lignende måte, for å danne en blandet karbonmonoksyd-hydrogengass-strøm. Således beteg-

ner ifølge oppfinnelsen uttrykket «gassfor-

met hydrokarbon» ikke bare normalt gassformede hydrokarboner, så som methan og propan, men også forhåndsfordampede normalt flytende hydrokarboner, så som heksan eller lavtkokende oljeraffinerings-fraksjoner, som bensin.

Dampreformingsreaksjonen er endo-

term, og den vanlige praksis består derfor OG ~ -f O MKft10C\ O VlnJ 4- „

i å føre den innkommende blanding av gassf ormet hydrokarbon og damp gjennom et utvendig opphetet reaksjonsrør eller en rekke av disse rør. Rørene er pakket med faste katalysatorgranuler som vanligvis be-

står av aktivert nikkel avsatt på en pas-

sende bærer. Den hete reformede gassblanding blir fjernet fra den primære re-formingsenhet og ledet til videre behand-

ling. Den nødvendige opphetning tilveie-bringes vanligvis ved å brenne et flytende hydrokarbonbrensel med luft innenfor ovnen, og utvendig for de katalysatorfylte reformingsrør. Da ref ormingsreaksj onen må utføres ved en meget høy temperatur, fjernes forbrenningsgassen som dannes ved brenning av hydrokarbonbrenselen fra ov-

nen ved en forholdsvis høy temperatur. Den nyttige varme av denne forbrenningsgass gjenvinnes vanligvis i en hjelpekoker for f orbrenningsvarme.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer

et særlig fordelaktig apparat for å utføre den primære dampreforming av gassfor-

mede hydrokarboner. Ovnen er utstyrt med et flertall av vertikale reformingsrør-agg-regater, hvorav hvert består av et kataly-satorfylt reaksjonsrør og et tilliggende pa-

rallelt dampforvarmningsrør. Reaksjons-

røret og forvarmningsrøret er forbundet ved deres øvre ender, så at de danner en uavbrutt passasje. Damp føres oppover gjennom forvarmningsrøret og den blir så-

ledes kraftig overhetet på grunn av at den blir utsatt for strålevarmen i ovnen. Den overhetede damp blir deretter blandet med

gassformet hydrokarbon ved toppen av re-aksjonsrøret og blandingen strømmer deretter nedover gjennom reaksjonsrøret, og gir den reformerte gassblanding.

I henhold til det foran anførte omfatter hydrokarbonreformingsovnen i henhold til oppfinnelsen et større antall katalysatorfylte reformingsrør som er vertikalt anordnet i en opphetet beholder som opphetes ved hjelp av hydrokarbonfor-brenningsgasser og er utstyrt med tilfør-selsåpninger for gassformig hydrokarbon og damp i den øvre ende av hvert rør og et forvarmningsrør for damp ved siden av hvert reformingsrør, og det karakteristiske ved reformingsovnen er at forvarmnings-rørene er forbundet med forvarmnings-rør som er.anbragt under en perforert, horisontal skillevegg i beholderen og at brennerne for forbrenning av hydrokarbon er anbragt ovenfor skilleveggen og utløpet for gassene er nedenfor skilleveggen.

Den hete forbrenningsgass som dannes i ovnen ved brenning av flytende hydrokarboner føres gjennom perforeringene i skilleveggen og i varmevekslingskontakt med forvarmningsspiraler eller -rør anordnet under skilleveggen. Perforeringene i skilleveggen kan ha varierende størrelser for å tilveiebringe en jevn fordeling av forbrenningsgassen og et ensartet trykkfall i ovnen. Forvarmningsspiralene eller -rørene inneholder reaksjonsdampen og munner ut i vertikale forvarmningsrør, som er nevnt ovenfor, gjennom vertikale utvidelser som passerer gjennom skilleveggen. I dette tilfelle blir dampen først overhetet i spiralene eller rørene under skilleveggen og derpå ytterligere overhetet i forvarmningsrørene ved at den blir utsatt for strålevarme. Således blir den nyttige varme i forbrenningsgassen dannet i den ildfastforede strålevarmeseksjon av ovnen utnyttet for å for-varme og overhete reaksjonsdampen. Forvarmningsspiralene eller -rørene tjener også for å oppta varmeutvidelsen av refor-mingsrøraggregater, særlig utvidelsen av de vertikale forvarmningsrørene.

For blanding av den overhetede damp med gassformet hydrokarbon anvendes en traktformet ledeplate utstyrt med nedover konvergerende sidevegger, anordnet i den øvre ende av reformingsrøret. En kanal strekker seg nedover fra den nedre halsseksjon av ledeplaten og munner ut over katalysatorsjiktet. En øvre ledning strekker seg nedover mot ledeplaten ovenfra over reaksjonsrøret og leder sentralt den gassformede hydrokarbon mot ledeplatens halsseksjon, mens den overhetede damp strømmer ringformet nedover forbi de nedover-konvergerende sidevegger. Strømmene blander seg deretter sammen ved ledeplatens halsseksjon, og blandingen strømmer nedover gjennom kanalen og strømmer inn i katalysatorsjiktet.

Videre foretrekkes anvendelse av en fast aksial kjerne anordnet innenfor hvert dampforvarmningsrør, og som er anordnet sentralt innenfor røret, så at den avleder dampen til en ringformet passasje for forbedret varmeoverføring og overopphetning av dampen.

Apparatet ifølge oppfinnelsen gir flere viktige fordeler. Anordningen av reform-ingsrør-aggregater med separate dampfor-varmningsrør < i ovnens strålevarmeseksjon resulterer i en større overhetning av dampen til en høyere temperatur før den blandes med gassformet hydrokarbon. Således virker forvarmningsrørene som en meget økonomisk innvendig overheter. Det oppnåes en særlig stor overhetning når damp-forvarmningsrørene er utstyrt med sentralt anordnete, aksiale, faste kjerner, da man derved oppnår en større varmeoverføring. Den høyere overheting gir samtidig fordeler ved prosessen, da det oppnåes derved høyere reformingsstemperaturer, hvilket leder til en mer fullstendig omdannelse av det gassformede hydrokarbon med mindre katalysator og høyere romhastigheter i katalysatorsjiktet. Anordningen av dampfor-varmningsspiraler eller -rør under den per-forerte skillevegg for varmeutveksling med den hete forbrenningsgass resulterer i en større varmeøkonomi under dampforvarm-ningen på grunn av en ytterligere absorp-sjon av dampen gjennom en ekstra for-varmningsporsjon fra de hete forbrenningsgasser. Anordningen for å blande det gassformede hydrokarbon med den overhetede damp er meget fordelaktig, da man nesten momentant oppnår en fullstendig og jevn blanding uten tilbakestrømning, og samtidig hindrer varmespaltning av hydro-karbonet og avsetning av karbon.

Ved hjelp av apparatet oppnåes en større varmeøkonomi på grunn av en større varmegjenvinning fra forbrenningsgassen, og videre oppnåes at apparatet forvarmer reaksjonsdampen på en ny måte med bedre varmeoverføring.

For å lette forståelsen av oppfinnelsen skal den i det følgende beskrives under henvisning til de hosføyede tegninger.

Fig. 1 er et oppriss av apparatet ifølge

oppfinnelsen.

Fig. 2 er et snitt langs linjen 2-2 på

fig. 1, og

fig. 3 er et isometrisk riss av en foretrukket anordning for blanding av gass-

formede hydrokarboner med overhetet damp.

Som vist på fig. 1, er apparatet anbrakt i en vertikal beholder 1, som fortrinnsvis har et kvadratisk eller rektangu-lært horisontalt tverrsnitt. Beholderen 1 er forsynt med en ildfast innvendig vegg-foring 3, og en nedre ildfast skillevegg 4 som er perforert for at forbrenningsgassen kan passere nedover. Således er det anordnet en ildfast-foret strålevarmeovn avgrenset av vegger 2, taket 3 og skilleveggen 4. Det er anordnet brennere 5 for å opphete ovnen, og de er fortrinnsvis anbragt i veggen 2 så at de leverer forbrenningsflam-mer horisontalt i ovnen. Alternativt, eller i tillegg, kan det være anordnet brennere i taket 3. Brennerne blir matet med flytende hydrokarbonbrensel, så som methan eller brenselolje over strømmene 6, sammen med forbrenningsluften som innføres gjennom en tilførselsledning med ringformet tverrsnitt. Det holdes således en meget høy temperatur i ovnen som også gir strålevarme. Den hete forbrenningsgass strømmer nedover fra strålevarme-ovns-seksjonen og gjennom perforeringene i skilleveggen 4, til et nedre forvarmningskammer avgrenset av skilleveggen 4, beholderen 1 og gulvet 7. Perforeringene i skilleveggen 4 kan hensiktsmessig gis varierende størrelser, ikke vist, for å skaffe en jevn fordeling av forbrenningsgassen og et ensartet trykkfall i ovnen. Forbrenningsgassen blir avkjølt i dette forvarmningskammer, og blir tilslutt ført ut gjennom en flenset utløpsledning 8, som en strøm 9.

Reaksjonsdampen blir innført over strømmen 10 i den flensede fordelingsled-ning 11 som rager inn i forvarmningskam-meret. Ledningen 11 fordeler reaksjonsdampen i forvarmningsspiralene eller for-varmningsrørene 12, som er anbrakt i for-varmningskammeret, så at de absorberer varme fra de hete forbrenningsgasser, og således overheter reaksjonsdampen. Spiralene 12 leder reaksjonsdampen til oppover-ragende vertikale utvidelser 13 som passerer oppover gjennom perforeringene i skilleveggen 4 og leverer dampen til forvarm-ningsrørene 14. Reaksjonsdampen strøm-mer således oppover gjennom forvarm-ningsrørene i ovnens strålevarmeseksjon, og blir kraftig overhetet ved strålevarme. Rørene 14 er fortrinnsvis utstyrt med faste aksiale kjerner 15 som er sentralt anbrakt i rørene 14, så at de avleder reaksjonsdampen til en ringformet passasje liggende ved den indre vegg av rørene 14, og skaffer derved en bedre varmeoverføring. Rørene 14 strekker seg fortrinnsvis gjennom taket 3 til en, ikke vist, utvendig øvre rørunder-støttelse.

Den kraftig overhetede damp passerer nå fra den øvre ende av rørene 14 gjennom horisontale øvre forbindelser 16, og inn i den øvre ende av reaksjonsrør ene 17, hvor den overhetede damp blandes med gassformet hydrokarbon. Blandingen av damp og gassformet hydrokarbon passerer derpå nedover gjennom katalysatorsj iktene 18 innenfor rørene 17 for katalytisk dampreforming, f. eks. av den art som er angitt tidligere i ligningen (1). Reaksjonsrørene

17 er utsatt for strålevarme i ovnen, og de

befinner seg ved en meget høy temperatur. Rørene 17 strekker seg gjennom taket av ovnen til ikke viste utvendige understøt-telser.

Blanding av overhetet damp og gassformede hydrokarboner oppnåes fortrinnsvis ved å bruke en ny apparat-kombinasjon, hvor strømmene blandes uten krakking eller for tidlig spaltning av hydrokarboner, hvorved man unngår en avsetning av karbon. Det vises til toppen av ovnen, hvorfra en gassformet hydrokarbonstrøm 19 bestående av normalt gassformede hydrokarboner, så som methan, eller av en forhånds-fordampet flytende hydrokarbon, f. eks. bensin, føres til en flenset fordelingsled-ning 20. Strømmen 19 blir således fordelt i vertikale ledninger 21 som strekker seg nedover i rørene 17. Ledningene 21 er fortrinnsvis isolert innenfor rørene 17 ved hjelp av et varmeisolerende lag 22, så at man hindrer en for tidlig overheting av det gassformede hydrokarbon og en samtidig krakking. Ledningene 21 fører det gassformede hydrokarbon i halsseksjonen av ledeplater 23, som er fortrinnsvis traktformet med nedover konvergerende vegger. Den overhetede damp blir ledet fra de horisontale forbindelser 16 til en ringformet seksjon av ledeplatene 23 anbrakt utvendig

for ledningen 21, og den blir momentant og fullstendig blandet med den gassformede

hydrokarbon i halsseksjonen av ledeplater 23 og i kanalene 24 som strekker seg nedover fra de nedre ender av ledeplatene 23. Reaksjonsblandingen føres deretter fra kanalene 24 til katalysatorsjiktene 18 innenfor rørene 17.

Den gassformede blanding strømmer nedover gjennom katalysatorsjiktene 18, og dampreformingen av den gassformede hydrokarbon finner sted under dannelsen av en syntesegass som hovedsakelig inneholder hydrogen. Syntesegass-strømmen passerer nedover gjennom bære-gitteret 25 for katalysatoren i de nedre ender av rørene 17, og strømmer ut fra

rørene 17 i vertikale utløpsledninger 26 som strekker seg nedover fra rørene 17 gjen-

nom perforeringene i skilleveggen 4. Led-

ninger 26 slipper ut den reformede gass-

strøm til en horisontal samleledning 27

anordnet i det nedre forvarmekammer, og den reformede gass strømmer til slutt over det flensete utløp av ledningen 27 til ut-

nyttelsesstedet, som en strøm 28.

Fig. 2 er et snitt gjennom ovnen etter linjen 2-2 av fig. 1. Anordningen av refor-mingsrøraggregater bestående av forvarm-

ningsrørene 14 og reaksjonsrørene 17 kan lett sees av fig. 2. Reformingsrør-aggrega-

tene er fortrinnsvis anordnet i lineære rek-

ker, idet brennerne 5 er anordnet i veggen 2 av ovnen mellom rekkene av reformings-

rør-aggregater, så at de leverer forbren-

ningsflammer like ved rørene uten at disse flammer direkte slår an mot noe rør. Denne fortrinnsvise anordning av brennere i for-

hold til røraggregatene skaffer en ensartet opphetning av rørene, uten at det utvikles overdrevne temperaturgradienter, eller at noe enkelt rør overhetes.

Fig. 3 er et isometrisk riss av den fore-

trukne apparatkombinasjon for blanding av gassformet hydrokarbon med overhetet damp, og viser den samvirkende kombina-

sjon av den vertikale ledning 21 for inn-

føring av hydrokarbon, som strekker seg nedover i halsseksjonen av den traktfor-

mede ledeplate 23. Sideinnløpet av den overhetede damp gjennom forbindelsen 16

som munner ut i det ringformede rom mellom ledningen 21 og ledeplaten 23 er også synlig. De gassformede komponenter blir derved hurtig blandet i halsseksjonen av ledeplaten 23, fra hvilken blande- og spredningskanalen 24 fører nedover til ka-

talysatorsjiktet, som ikke er vist.

Den innførte strøm 10 som består av reaksjonsdampen kan også inneholde andre reaksjonskomponenter, f. eks. oksygen eller en oksygenholdig gass i passende tilfeller.

I den henseende bør strømmen 10 bestå av

en blanding av damp og luft, så at den endelige reformede gassblanding 28 inne-

holder en del nitrogen. Dette alternativ er fordelaktig i de tilfeller hvor strømmen 28

skal brukes som ammoniakk-syntesegass,

eller ytterligere konvensjonell behandling som omfatter en katalytisk reaksjon av karbonmonoksyd-komponenten med damp for å danne ytterligere hydrogen, og å

fjerne karbondioksyd. Det dannes således en endelig gass-strøm som inneholder hyd-

rogen og nitrogen i det ønskede molfor-

hold på 3:1.

Strømmen 10 kan også bestå av en blanding av damp og karbondioksyd, idet

sistnevnte komponent er til stede for å

skaffe en større mengde av karbonmon-

oksyd i den endelige syntesegass-strøm 28,

samt en restmengde av karbondioksyd. I

dette tilfelle vil strømmen 28 egne seg som syntesegass for katalytisk fremstilling av syntetisk methanol.

Apparat-kombinasjonen av en isolert

vertikal ledning 21 for innføring av gass-

formet hydrokarbon i halsen av en trakt-

formet ledeplate 23, og av et ringformet innløp for overhetet damp over den hori-

sontale forbindelse 16 i det ringformede rom mellom ledningen 21 og ledeplaten 23,

med etterfølgende momentan blanding av gassformet hydrokarbon med overhetet damp i halsseksjonen av ledeplaten 23 og i kanalen 24, utgjør en ny og foretrukket apparat-kombinasjon. I egnete tilfeller kan imidlertid kanalen 24 og dens virkning sløyfes, idet en tilfredsstillende blanding oppnåes ved at reaksjonsstrømmene kon-

vergerer ved halsen av ledeplaten 23. Andre passende apparater for hurtig blanding av reaksjonsstrømmer, ved siden av den ver-

tikale ledning 21 og den traktformede ledeplate 23, vil være klare for fagfolk.

De aksiale indre kjerner 15 som er an-

ordnet sentralt innenfor forvarmerørene 14 er vist som faste kjerner. Det vil være

klart at kjernene 15 kan i praksis bestå

også av hule sylindriske rør som hensikts-

messig er montert koaksialt innenfor røre-

ne 14 og er lukket ved begge ender.

Endelig er beholderen 1 vist som en

vertikal rektangulær beholder, som særlig er illustrert på fig. 2. Det vil være klart at man i praksis kan bruke andre hensikts-

messige ovnsformer. Således kan ovns-

beholderen 1 alternativt bestå av en verti-

kal sylindrisk beholder. I dette tilfelle må reformingsrør-aggregatene anordnes i li-

neære rekker som strekker seg radialt fra den sentrale akse av beholderen. Brennerne 5 vil da være anordnet i beholderveggen i

vertikale rekker i de sektorer som ligger mellom tilliggende radiale rekker av de lineære reformeringsrør-aggregater.

Claims (1)

1. Hydrokarb'on-reformingsovn omfat-

   tende et større antall katalysatorfylte re-formningsrør som er vertikalt anordnet i en opphetet beholder som opphetes ved hjelp av hydrokarbon-forbrenningsgasser og er utstyrt med tilførselsåpninger for gassformig hydrokarbon og damp i den øvre ende* av hvert rør og et forvarmnings-rør for damp ved siden av hvert refor-mingsrør, karakterisert ved at for-varmningsrørene (14) er forbundet med forvarmingsrør (12) som er anbragt under en perforert, horisontal skillevegg (4) i beholderen og at brennerne (5) for forbrenning av hydrokarbon er anbragt ovenfor skilleveggen og utløpet (8) for gassene er nedenfor skilleveggen.