SAA/IFOELB/LKA E31785 NO

Transkript

1 SAA/IFOELB/LKA E3178 NO HALDOR TOPSØE A/S Nymøllevej DK-2800 Lyngby Danmark Oppfinner(e): PETER SEIER CHRISTENSEN, Glasvej 7, 1.t.v., DK-2400 København NV, Danmark THOMAS ROSTRUP-NIELSEN, Geelsvej 37, DK-2840 Holte, Danmark NIELS ERIKSTRUP, Wilkensvej 16D, 4.t.v., DK-00 Fredriksberg, Danmark KIM AASBERG-PETERSEN, Rude Vang 1, DK-2840 Holte, Danmark JENS-HENRING BAK HANSEN, Nitivej,. t.h., DK-00 Fredriksberg, Danmark IB DYBKJÆR, Ndr. Frihavnsgade 2, 3. t.v., DK- København NV, Danmark FREMGANGSMÅTE OG ANORDNING FOR FREMSTILLING AV SYNTESEGASS

2 1 Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og en anordning for fremstilling av syntesegass. Fremstillingsprosessen innbefatter katalytisk damp og/eller katalytisk damp og karbondioksidreformering av hydrokarbonråmateriale. Spesielt frembringer oppfinnelsen en forbedret prosess av typen ovenfor innbefattende trinnene med oppvarmet dampreformering av en hydrokarbon dampblanding i kontakt med en fast katalysator som har aktivitet i dampreformering og deretter reformering av det delvis reformerte utslippet i en direktefyrt dampreformer. Katalytisk damp og/eller karbondioksidreformering av hydrokarbonråmateriale er en fremgangsmåte der hydrokarbonråmateriale reagerer med damp og/eller karbondioksid og danner en hydrogen og karbonmonoksid rik syntesegass. Nøkkelreaksjoner er: - dampreformering av hydrokarboner som vist nedenfor for metan: 1 (1) CH 4 + H 2 O 3H 2 + CO - damp og/eller karbondioksidreformeringsreaksjonen er forbundet med Shiftreaksjonen: (2) CO + H 2 O H 2 + CO 2. 2 De to reaksjonene ovenfor er i de fleste tilfellene nær likevekt. Hvis høyere hydrokarboner (hydrokarboner med 2 eller flere hydrokarbonatomer) er tilstede i reformeringsenhetsfødestrømningen, blir disse også dampreformert ifølge reaksjonen lignende den ovenfor, og som illustrert nedenfor: (3) C n H m + nh 2 O => nco + ½ (m+2n) H 2 (n>=2) Karbonidoksidreformering av hydrokarboner som vist nedenfor for metan: (4) CH 4 + CO 2 2H 2 + 2CO Kombinert damp og karbondioksidreformering av hydrokarboner som vist nedenfor for metan: 3 () ¾ CH 4 + ¼ CO 2 + ½ H 2 O 2H 2 + CO.

3 Forholdet mellom damp og karbondioksid kan varieres for å frembringe den ønskede syntesegassammensetningen. 2 1 Delvis dampreformering oppstrøms en direktefyrt dampreformer i form av formreformering av hydrokarbonråmateriale ved fremstilling av syntesegass er godt kjent på feltet. Forreformering anvendes generelt med hydrokarbonføde inneholdende høyere hydrokarboner eller for økning av kapasiteten av eksisterende reformeranlegg. Prosessgass og hydrokarbonråmateriale og damp og/eller CO 2 innføres dermed i en forreformer ved temperaturer på omtrent 40 ºC til 0 ºC. Ved dampreformeringsreaksjoner som finner sted i forreformeren, vil temperaturen i prosessgassen vanligvis minke eller øke litt ved utføring av forreformeringsprosessen avhengig av hydrokarbonråmateriale ettersom det er en adiabatisk operasjon. Adiabatisk forreformering utføres typisk i en konvensjonell reaktorbeholder inneholdende konvensjonelle katalysatorpellets. I industrielle syntesegassfremstillingsanlegg varmes den forreformerte prosessgassen, som damp og/eller CO 2 kan tilsettes til, deretter opp til den ønskede innløpstemperaturen til den direktefyrte dampreformeren ved varmeveksling med varm røykgass fra den direktefyrte dampreformeren. Den vanlige innløpstemperaturen til en industriell reformer er mellom 600 ºC og 700 ºC. Systemer kan utformes som muliggjør drift med innløpstemperaturer som er utenfor dette området. 2 Informering av et røykgassoppvarmet dampreformeringstrinn mellom forreformeren og den direktefyrte dampreformeren vil resultere i en økt utnyttelse av røykgassvarmeinnholdet, mens det er mulig å holde innløpstemperaturen mellom de vanlige 600 ºC og 700 ºC. Tillatelse av en høyere innløpstemperatur vil øke utnyttelsen av røykgassvarmeinnholdet. Mer varme fra røykgassen anvendes siden varmen ikke bare brukes til å varme opp prosessgassen, men også til å utføre den endoterme reformeringsreaksjonen delvis. Økt utnyttelse av varmeinnholdet i røykgassen for reformering er ønskelig ettersom det reduserer størrelsen av den direktefyrte reformeren og reduserer spillvarmen som brukes for dampgenerering og derved begrenser dampeksport, som kan være uønskelig. 3 Forbedret anvendelse av varmen i den varme røykgassen fra den fyrte dampreformeren er beskrevet i EP-patentsøknaden nr 8,366 som herved innlemmes med henvisning. Denne publikasjonen beskriver en fremgangsmåte, hvorved prosessgass til

4 3 dampreformeren delvis reformeres i en forvarmerkveil frembragt med en tynn film av damp reformeringskatalysator på veggen av kveilen. En stor mengde verdifull varme i røykgassen overføres så til å absorberes av prosessgassen gjennom endoterm dampreformeringsreaksjoner som finner sted på den veggbelagte katalysatoren. Kveildimensjonen og mendgen av katalysator justeres derved for å øke utgangstemperaturen i den delvis reformerte prosessgassen fra den katalyserte forvarmerkveilen til den ønskede temperaturen ved innløpet til den fyrte dampreformeren. 1 Hovedulempen ved denne fremgangsmåten er redusert katalysatoraktivitet ved lang tids drift av den katalyserte forvarmerkveilen. Dette resulterer i en kveilutgangstemperatur over den maksimalt tillatte gasstemperaturen ved innløpet til den fyrte dampreformeren. Den økte kveilutgangstemperaturen skyldes redusert varmeabsorpsjon ved redusert dampreformering av gassen. Katalysatoren må så reaktiveres eller skiftes ut med ny katalysator på kveilveggen. Utskifting av katalysator i forvarmerkveilen er en vanskelig og kostbar operasjon på grunn av demontering av kveilen fra røykgasskanalen. Formålet beskrevet i EP-patentsøknad nr 1,069,070, som det hermed henvises til, er å forbedre langtidsdrift av en dampreformeringsprosess av typen nevnt ovenfor ved å kompensere en minkende katalysatoraktivitet av tynnfilmkatalysatoren påført veggen til forvarmerkveilen ved hjelp av en ekstra katalytisk enhet som er enkel å skifte ut. 2 Denne publikasjonen beskriver en fremgangsmåte for katalytisk dampreformering av hydrokarbonråmaterialet og innbefatter dampreformering av en hydrokarbondampblanding i kontakt med en første dampreformeringskatalysator som er anordnet som en tynn film på veggen til den katalyserte forvarmerkveilen i en røykgasskanal fra en fyrt dampreformer. Kontakt med det delvis reformerte utslippet fra den katalyserte forvarmerkveilen med en andre dampreformeringskatalysator i en fyrt dampreformer følger dette trinnet. Prosessen innbefatter det ytterligere trinnet med å kontakte det delvis reformerte utslippet med en mellomliggende reformeringsenhet anordnet mellom utløpet til den katalyserte forvarmerkveilen i røykgasskanalen og innløpet til den fyrte dampreformeren. 3 Tap av aktivitet i den katalyserte forvarmerkveilenheten under langtidsdrift kompenseres delvis for ved dampreformeringsreaksjoner i delvis reformert utslipp inne i den mellomliggende reformeringsenheten. Den mellomliggende enheten drives ved hovedsakelig adiabatiske forhold og kompenserer delvis redusert dampreformeringsaktivitet av tynnfilmdampreformeringskatalysatoren på den katalyserte forvarmer-

5 4 kveilen og den resulterende temperaturen øker i utslippet fra den katalyserte forvarmerkveilen. Ved siden av å frembringe den påkrevede temperaturjusteringen av prosessgassen under den maksimale innløpstemperaturen til den fyrte dampreformeren ved langtidsdrift, er en ytterligere fordel ved den mellomliggende reformenheten at den sitter på utsiden av røykgasskanalen. For å kompensere minskende aktivitet i den katalyserte forvarmerkveilen som beskrevet ovenfor, vil det være nødvendig å erstatte eller reaktivere brukt katalysator oppstrøms den fyrte dampreformeren. Som nevnt tidligere er utskifting av brukt katalysator påført som en tynn film på en kveil inne i røykgasskanalen kostbart og krever mye tid. 1 Ved å anordne en mellomliggende katalysatorenhet på utsiden av røykgasskanalen, erstattes så brukt katalysator i den mellomliggende reformenheten og erstatningsoperasjonen forenkles betydelig. 2 I et system der den katalyserte forvarmerkveilen er designet slik at prosessgassen som forlater kveilen er i kjemisk likevekt ved den ønskede utløpstemperaturen, så vil ikke den mellomliggende reformeringsenheten, når den drives adiabatisk, forandre temperaturen eller gassammensetningen. Etter hvert som katalysatoren i den katalyserte forvarmerkveilen deaktiveres, vil ikke de kjemiske reaksjonene være i likevekt. Dette betyr at mindre varme brukes for utføring av den endoterme dampreformeringsreaksjonen og gir en så å si uendret varmemengde overført til den katalyserte forvarmerkveilen, mer varme er tilgjengelig for oppvarming. Dette resulterer i en økt utløpstemperatur fra kveilen. I dette tilfellet vil den mellomliggende reformeringsenheten bringe gassammensetningen nærmere likevekt og derved avkjøle gassen til en temperatur nær den ønskede temperaturen oppnådd før deaktivering av katalysatoren i den katalyserte forvarmerkveilen. 3 Imidlertid, når deaktiveringen av katalysatoren i den katalyserte forvarmerkveilen blir kraftigere, blir den resulterende temperaturøkningen et problem. Temperaturen i forvarmerkveilen øker, hvilket kan overskride designtemperaturer, noe som resulterer i en mindre drivkraft for varmeoverføring fra røykgassen hvilket kan føre til en mindre overføringseffekt med den konsekvens at kapasiteten til det totale reformeringssystemet minker. Anvendelsen av mellomliggende reformeringsenhet løser ikke disse spørsmålene, og erstatningen av tynnfilmkatalysatoren påført veggen til forvarmerkveilen blir nødvendig.

6 Fremgangsmåten beskrevet i EP-patentsøknader nr 8,366 og 1,069,070 har begge ulempen med vanskelig utskifting av tynnfilmkatalysatoren på veggen til den katalyserte forvarmerkveilen i røykgasskanalen. EP-patentsøknad nr 1,069,070 beskriver en delvis løsning, som forlenger den nyttige levetiden til tynnfilmkatalysatoren på veggen til gjenoppvarmingskveilen i spillvarmeseksjonen. Imidlertid forventes det med tiden at deaktivering av tynnfilmkatalysatoren på veggen til gjenoppvarmingskveilen i spillvannseksjonen til slutt vil nødvendiggjøre utskifting av denne katalysatoren. Som forklart ovenfor, er denne operasjonen uønsket ettersom den er kostbar og krever mye tid. 1 US patent nr 3,743,488 beskriver en fremgangsmåte der hydrokarbondampblandingen gjentatte ganger oppvarmes i en røykgassdamp og reageres i adiabatiske reaktorer eksternt til røykgasstrømningen med dampreformeringskatalysatorpellets. Dette konseptet gir letter tilgang for bytting av katalysatoren i de eksterne reaktorene. Imidlertid er anvendelsen av mange adiabatiske reaktorbeholdere totalt sett en kostbar løsning. 2 Fremgangsmåten beskrevet i US patent nr 4,99,079 er utformet med det formål å forbedre anvendelsen av varme i den varme røykgassen fra den direktefyrte dampreformeren. I fremgangsmåten reformeres delvis prosessgassen til dampreformeren i en forvarmet seksjon av reformerrøret som strekker seg fra strålingskammeret. Verdifull varme i røykgassen overføres så til og absorberes av prosessgassen gjennom endoterme dampreformeringsreaksjoner. Imidlertid er varmeoverføring i motstrømsstrømningen mellom røykgassen og reformeringsrøret dårlig. Innføring av finner på reformeringsrøret øker varmeoverføringen. Til tross for dette er varmemengdeoveføringsmuligheten relativt begrenset hvis reformeringsrørlengden skal holdes på en fornuftig lengde. 3 Fremgangsmåten i oppfinnelsen løser disse problemene som oppstår med kjent teknikk ved å frembringe en forbedret fremgangsmåte innbefattende trinnet med damp og/eller damp og CO 2 -reformering av en hydrokarbondampblanding i kontakt med en faststoffkatalysator som har aktivitet i dampreformering. Faststoffkatalysatoren er anordnet i rørsystemet av et røykgassoppvarmet kveilsystem som utgjør en oppvarmet dampreformerings-enhet. Deretter er utslippet fra den oppvarmede dampreformeringsenheten i kontakt med en dampreformeringskatalysator i en dirkektefyrt dampreformer. Ved å lokalisere dampreformeringskatalysatoren til den

7 6 oppvarmede dampreformeringsenheten som fjernbar strukturkatalysatorer eller katalysatorpellets i rørsystemet til den oppvarmede dampreformeringsenheten kan lett katalysatorutskifting oppnås, mens det samtidig oppnås forbedret anvendelse av varmeinnholdet i røykgassen for dampreformering. Derfor frembringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av syntesegass ved katalytisk damp og/eller katalytisk damp og CO 2 -reformering av hydrokarbonråmateriale omfattende følgende trinn: 1 (a) oppvarme reaksjonsblandingen av hydrokarbon og damp og/eller CO 2 i en oppvarmet dampreformeringsenhet integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen fra den fyrte rørformede reformeren i hvilken reformering av reaksjonsblandingen finner sted ved kontakt med en fast reformeringskatalysator (b) tilføre den delvis dampreformerte blandingen til den direktefyrte rørformede reformeren og ytterligere reformere blandingen til den ønskede sammensetning og temperatur, der den oppvarmede dampreformeringsenheten omfatter et rørsystem inneholdende reaksjonsseksjoner med fast reformeringskatalysator omfattende katalysatorpellets og/eller katalyserte strukturerte elementer, rørsystemet er en del av prosessgassrørsystemet integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen.i henhold til krav 1 til. Formatted: Indent: Left: 0 cm 2 Oppfinnelsen vedrører også en anordning for fremstilling av syntesegass ifølge fremgangsmåten ovenfor omfattende følgende: 3 (c) (a) adiabatisk forreformer for valgfri reformering av en blanding av hydrokarbon og damp og/eller CO 2 (b) en direktefyrt rørformet reformer med en røykgassinneholdende spillvarmeseksjon for oppvarming av en blanding av hydrokarbon og damp, og/eller CO 2 eller av den forreformerte blandingen en oppvarmet dampreformeringsenhet integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen fra den fyrte rørformede reformeren, der den oppvarmede dampreformeringsenheten omfatter et rørsystem inneholdende reaksjonsseksjoner med fast reformeringskatalysator omfattende katalysator-pellets og/eller katalyserte strukturelementer, rørsystemet der en del av prosess-gassrørsystemet integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen.krav 6. Formatted: No bullets or numbering

8 7 De forskjellige utførelsesformer av oppfinnelsen muliggjør enkel utskifting av de katalyserte strukturelementene og/eller katalysatorpellets plassert i rørsystemet, effektiv varmeoverføring mellom røykgassen og prosessgassen, og en økonomisk attraktiv design på grunn av den høye graden av integrasjon av funksjoner. Anvendelsen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er ikke begrenset til temperaturintervaller på 600 ºC til 700 ºC. 1 Den oppvarmede dampreformeringsenheten er anbragt i prosessgassrørsystemet og er integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen fra den oppfyrte rørformede reformeren. Rørsystemet kan være konstruert på forskjellige måter. De oppvarmede seksjonene kan bestå av flere parallelle rør forbundet til felles tilførsels- og produktsamlerør. For eksempel kan prosessgassen komme inn i en oppvarmingskveil gjennom et innløpssamlerrør etterfulgt av oppsamling i et utløpssamlerrør plassert på utsiden av oppvarmingsseksjonen. Dette utløpssamlerrøret er forbundet til et innløpssamlerrør for den neste gjenoppvarmingskveilseksjonen med et tilkoblingselement. Innløps- og utløpssamlerrør og overgangssoner mellom de to samlerrørene danner adiabatiske soner der reaksjoner kan finne sted, det vil si adiabatiske reaksjonsseksjoner. Disse seksjonene er således anbragt på utsiden av oppvarmingsseksjonen, det vil si utenfor den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen, mens den er en del av prosessgassrørsystemet integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen. 2 Innløps- og utløpssamlerrør og således de adiabatiske reaksjonsseksjonene er lett tilgjengelige siden de er plassert utenfor den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen. Utskifting av de katalyserte strukturelementene i de adiabatiske reaksjonsseksjonene er derfor en enkel prosess. 3 I den oppfunne fremgangsmåten omfatter den faste katalysatoren katalysert hardware i form av katalysatorpellets og/eller strukturelementer med et katalytisk lag av dampreformeringskatalysator. De katalyserte strukturelementene og/eller katalysatorpelletsene er plassert på et hvilket som helst slags sted i de oppvarmede seksjonene og i de adiabatiske reaksjonsseksjonene. Betegnelsen katalyserte strukturelementer ( catalysed structured elements ) brukes for et katalysatorsystem der et lag/sjikt av katalysator festes på en overflate av et annet

9 8 materiale. Det andre materialet tjener som de støttende strukturen, og gir styrke til systemet. Dette gjør det mulig å designe katalysatorformer, som ellers ikke ville ha tilstrekkelig mekanisk styrke i seg selv. Det andre materialet kan være, men er ikke begrenset til, metallisk eller keramisk materiale. Arrangementene kan bestå av, men er ikke begrenset til, monolitter, krysskorrigerte strukturer ( cross corregated structures ), høyoverflatearealstrukturelementer, skum, plater, strukturer festet til rørveggen og andre egnede former. 1 Spesielt kan strukturelementer kjennetegnes ved at de er innretninger omfattende et flertall lag med strømningskanaler til stede mellom de tilstøtende lagene. Lagene er utformet på en slik måte at plassering av de tilstøtende lagene sammen resulterer i et element der strømningskanalene for eksempel kan krysse hverandre eller kan danne rette kanaler. Strukturelementer er videre beskrevet i for eksempel US-patent nr,36,699, 4,98,2, EP-patentsøknadsnr 396,60, 433,223 og 8,929, alle innlemmes hermed ved henvisning. To typer av strukturelementer er spesielt egnet for den oppfunne fremgangsmåten de rettkanalede elementene og de krysskorrugerte (bølgede/riflede) elementene. 2 De rettkanalede elementene er best egnet for adiabatiske forhold og forskjellige geometrier av disse er mulig. For eksempel er rettkanalede monolitter egnet for anvendelse i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Krysskorrugerte elementer muliggjør effektiv varmeoverføring fra rørveggen til gasstrømningen. De er også egnet for anvendelse i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen spesielt i de oppvarmede seksjonene. Andre katalyserte strukturelementer kan også anvendes i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen slik som strukturelementer med store overflater. Andre måter for å innføre ekstra katalysatoreaktiviteter inn i systemet kan anvendes i kombinasjon med katalysatorpelletsene og/eller de katalyserte strukturelementene i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, for eksempel katalysator festet til rørveggen slik som en tynn film. 3 Det kan være ønskelig å feste den faste reformeringskatalysatoren (det vil si det katalyserte strukturelementet og/eller katalysert pellets) i posisjon, slik at den faste katalysatoren ikke beveger seg uønskelig for eksempel under drift av anlegget. Dette kan oppnås på mange måter. Den faste katalysatoren kan holdes på plass av elementer utformet for å immobilisere den faste katalysatoren, (for eksempel feste den faste

10 9 katalysatoren mellom skjermer). Den faste katalysatoren kan også festet i posisjon ved å bli festet til rørveggen av rørsystemet i reaksjonsseksjonenen til reformeringsenheten (for eksempel midlertidig festing som tillater enkel utskifting). I en spesifikk utførelsesform av oppfinnelsen inneholder dden første seksjonen av den oppvarmede dampformeringsenheten inneholder ikke noen katalysator og fungerer som en oppvarmingskveil. Den oppvarmede reaksjonsblandingen overføres deretter til en andre seksjon av den oppvarmede dampreformeringsenheten inneholdende katalysator utformet for å tillate prosessgassen å nå den ønskede utløpsgasstemperaturen og sammensetningen. Katalysatorpelletsene og/eller katalyserte strukturelementer er lokalisert i de adiabatiske reaksjonsseksjonene og forskjellige typer fast reformeringskatalysator i de oppvarmede seksjonene til den andre seksjonen av den oppvarmede dampreformeringsenheten. 1 I en utførelsesform av oppfinnelsen, omfatter den oppvarmede dampreformeringsenheten flere repetisjoner av seksjoner uten katalysator etterfulgt av seksjoner med katalysator. Dette repeterende arrangementet kan innledes med enten en seksjon uten katalysator eller en seksjon med katalysator. På samme måte kan den siste seksjonen være enten uten katalysator eller med katalysator, de adiabatiske reaksjonene inneholder katalyserte strukturelementer eller katalysatorpellets. Antallet oppvarmingsseksjoner etterfulgt av reformeringsseksjoner inneholdende katalytiske elementer kan varieres i prosessen ifølge oppfinnelsen. 2 I en annen utførelsesform av oppfinnelsen, i den oppvarmede dampreformeringsenheten er katalysatorpelletsene og/eller de katalyserte strukturelementene i de oppvarmede seksjonene og er adskilt av for eksempel avstandsstykker. Dette muliggjør en større grad av frihet ved utforming av systemet for et ønsket trykkfall og det dekobler mengden katalysator brukt fra varmeoverføringsområdet påkrevd. Hvilke som helst av de ovenfor nevnte katalysatortypene kan brukes i kombinasjon. Fig. 1 viser et konvensjonelt system med en forreformer som har en gjenoppvarmingsseksjon og en reformer. 3 Fig. 2 viser et system som representerer en utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

11 1 Fig. 1 viser et konvensjonelt system der prosessgass av hydrokarbonråmateriale 1 og damp 2 innføres i en forreformer ved temperaturer på omtrent 40 ºC til 0 ºC. Som en følge av dampreformeringsreaksjonene som skjer i forreformeren, vil temperaturen i prosessgassen vanligvis reduseres eller øke noe ved utføringen av forreformeringsprosessen av hydrokarbonråmaterialet, ettersom det er en adiabatisk operasjon. Den forreformerte produktstrømningen 4 og eventuelt karbondioksid 8 kommer inn i oppvarmingskveilen. Den valgfrie tilsetningen av CO 2 er angitt med en stiplet linje. I industrielle syntesegassfremstillingsanlegg vil den forreformerte prosessgassen, til hvilken damp og/eller CO 2 kan tilsettes, deretter varmes opp til den ønskede innløpstemperaturen til den direktefyrte dampreformeren 24 ved varmeveksling med varm røykgass 7 fra den direktefyrte reformeren 24. Den vanlige innløpstemperaturen inn i en industriell reformer er mellom 00 ºC og 700 ºC. Figur 2 viser en utførelsesform av oppfinnelsen der den oppvarmede dampreformeringsenheten er omfattet av en oppvarmingsseksjon uten katalysator 21 og en seksjon med katalysator Hydrokarbonføde/tilførsel 1 blandes med prosessdamp 2 og danner fødestrømning 3 til den adiabatiske forreformeren. Dette trinnet er frivillig og kan utelates hvis det ikke er påkrevet. Damp og/eller CO 2 8 kan så tilsettes hvis det er ønskelig til den forreformerte produktstrømningen 4 eller i det tilfellet der forreformering ikke er påkrevet, til hydrokarbon og dampfødestrømning 3. Blandingen kommer så inn i en oppvarmingsseksjon uten katalysator av den oppvarmede dampreformeringsenheten 21 integrert med røykgasseksjonen 27 fra en direktefyrt rørformet reformer 29 ved anvendelse av varmeinnholdet av røykgassen 12 for å varme opp prosesstrømningen. I oppvarmingsseksjon 21 varmes den forreformerte strømningen 4 opp til for eksempel 600 ºC til 700 ºC før den samles opp i et samlerrørsystem 22. Samlerrørsystemet 22 er en adiabatisk reaksjonssone og inneholder dampreformeringskatalysatorpellets eller strukturelementer katalysert med dampreformeringskatalysator. Oppvarmet strømning 4 mates så til en oppvarmingsseksjon med fast reformeringskatalysator, for eksempel katalysatorpellets, til den oppvarmede dampreformeringsenheten 23 integrert med røykgasseksjonen 27. Karbondioksid 8 kan tilsettes til blandingen hvis det er påkrevet ved dette punktet. Tilleggsvarme overføres fra røykgassen til prosessgassen og varmen

12 anvendes for å reformere hydrokarboninnholdet i prosessgasstrømningen og danner strømning. 11 I denne utførelsesformen omfatter den oppvarmede dampreformeringsenheten seksjoner 21 og 23 og samlerrørsystem 22. Adskillig flere oppvarmingsseksjoner og reaksjonsseksjoner kan innbefattes ved dette punkt. Antallet oppvarmingsseksjoner og reaksjonsseksjoner avhenger av den ønskede virkningen, for eksempel gassammensetning og likevektsgasstemperatur. Hvis ønskelig kan damp og/eller CO 2 8 tilsettes til hver seksjon og/eller samlerrørsystem av den oppvarmede dampreformeringsenheten. 1 Hvis ingen ytterligere oppvarmingsseksjoner og reaksjonsseksjoner er påkrevet, ledes damp til reformeringsrørene 28 anbragt i den direktefyrte rørformede reformeren 29. Her tilsettes ekstra varme til prosessen ved brenning av brennstoff, og det ønskede reformerte produktet samles opp fra reformeringsrørene. Et egnet strukturelement brukt i utførelsesformen beskrevet ovenfor er det krysskorrugerte elementet. 2 Fordelene med anordningen og fremgangsmåten i oppfinnelsen er flere. Den viktigste fordelen er at fast reformeringskatalysator lett kan skiftes ut siden den er til stede i lett tilgjengelige rør og kun er til stede i rør på steder der et er påkrevet. I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, er mengden katalysator som er nødvendig for prosessen fullstendig dekoblet fra det nødvendige varmeoverføringsområdet. EKSEMPLER Eksempel 1 En sammenligning av katalysatormengde som er påkrevet i en prosess ifølge oppfinnelsen sammenlignet med en konvensjonell prosess ble gjort. 3 Den konvensjonelle prosessen ble utført ved å tilføre hydrokarbon og damp inn i en forreformer etterfulgt av oppvarming i en kveil i den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen til en rørformet reformer. Initielt ble føden varmet opp før passasje gjennom den første adiabatiske reaktoren inneholdende reformeringskatalysatorpellets.

13 12 Deretter ble blandingen gjenoppvarmet og reagert igjen, antallet oppvarminger og reaksjonstrinn ble gjentatt inntil fire gjenoppvarmingstrinn og fire reaksjonstrinn til sammen hadde blitt utført. I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ble en føde bestående av hydrokarbon og damp matet inn i en forreformer etterfulgt av passering igjennom et rørsystem utgjørende den oppvarmede dampreformeringsenheten integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen til en rørformet reformer. Initielt ble føden varmet opp før passering igjennom det første adiabatiske samlerrørsystemet inneholdende et katalysert strukturelement og som derved dannet en reaksjonsseksjon. Deretter ble blandingen gjenoppvarmet og reagerte igjen, antallet gjenoppvarminger og reaksjonstrinn ble gjentatt inntil fire gjenoppvarmingstrinn og fire reaksjonstrinn til sammen hadde blitt utført. 1 Den initielle innløpstemperaturen til den første gjenoppvarmingskveilen etter forreformeringen var 40 ºC og den endelige utløpstemperaturen var 60 ºC for begge systemer. Begge systemer ble matet med en strømningshastighet på 270 Nm 3 /time som ble ført til de to dampreformeringssystemene, og produktet ble trukket ut med en hastighet på 319 Nm 3 /time. Karbonstrømningshastigheten var 0 Nm 3 /time. Romhastigheten til den konvensjonelle prosessen var 000 til Nm 3 C 1 /time m 3 - katalysator. I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan romhastigheten økes til til Nm 3 /C 1 /time m 3 -katalysator siden katalysatoren er støttet på et strukturelement. 2 Katalysatormengden brukt i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen var 0,1 til 1,0 kg, mens 6,7 til kg ble brukt i den konvensjonelle fremgangsmåten. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å anvende størrelsesordener mindre katalysator, og tillater enkelhet i design, noe som fører til overlegen økonomi. 3 Eksempel 2 Dette eksempelet er basert på systemene beskrevet i figurene 1 og 2, uten CO 2 - tilsetning. En spillvarmekoker ble plassert i røykgasseksjonen i reformeren for å frembringe samlet høy energieffektivitet ved gjenvinning av varmeinnhold i røykgassen.

14 13 Tallene vist i tabell 2 angir at betydelige besparelser kan oppnås ved bruk av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Tabell 2 Sammenligning av driftsdistribusjon i en konvensjonell prosess sammenlignet med prosessen ifølge oppfinnelsen. 1 Gcal/time = GJ/time Konvensjonell Oppfinnelse Primær reformerdrift, Gcal/time 40,3 33,6 Gjenoppvarmingskveildrift, Gcal/time,3 n.a. Oppvarmet kveildampreformerenhetsdrift, n.a. 12,0 Gcal/time Total reformeringsdrift, Gcal/time 4,6 4,6 Røykgasstrømning Nm 3 /time Spillvarmekokerdrift, Gcal/time 9,8 2,0 Resultatene viste at driften krevd av reformeren var mye mindre i det tilfellet der prosessen ifølge oppfinnelsen ble anvendt. En mindre reformer kan derfor brukes i prosessen ifølge oppfinnelsen. Mengden damp generert ble også redusert i tillegg til en røykgasstrømningshastighetsreduksjon. Alt i alt oppnås betydelige besparelser. 1

15 14 P a t e n t k r a v Fremgangsmåte for fremstilling av syntesegass ved katalytisk damp og/eller katalytisk damp og CO 2 -reformering av hydrokarbonråmateriale, k a r a k t e r i - s e r t v e d at den omfatter følgende trinn: (a) oppvarme reaksjonsblandingen av hydrokarbon (1) og damp (2, 8) og/eller hydrokarbon og damp og CO 2 (8) i en oppvarmet dampreformeringsenhet integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen(27) fra den direktefyrte rørformede reformeren (29) i hvilken reformeringen av reaksjonsblandingen finner sted ved kontakt med en fast reformeringskatalysator, (b) tilføre den delvis dampreformerte blandingen til den direktefyrte rørformede reformeren (29) og ytterligere reformere blandingen til den ønskede sammensetning og temperatur, der den oppvarmede dampreformeringsenheten omfatter et rørsystem inneholdende - oppvarmingsseksjoner uten katalysator (21) integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen - adiabatiske reaksjonsseksjoner med fast reformeringskatalysator (22) omfattende katalysatorpellets og/eller katalyserte strukturelementer, hvor et lag av katalysator er fiksert på en overflate av et annet materiale, den adiabatiske reaksjonsseksjonen er anbragt på utsiden av den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen, og - oppvarmingsseksjoner med fast reformeringskatalysator (23) integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen, rørsystemet er en del av prosessgassrørsystemet integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen, og hvor det i trinn (a). reaksjonsblandingen av hydrokarbon og damp eller hydrokarbon og damp og CO 2 først passerer gjennom oppvarmingsseksjonen uten katalysator (21) integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen, og så gjennom adiabatiske reakjsonsseksjoner med fast reformeringskatalysator(22) inneholdende katalysatorpellets eller katalyserte strukturelementer hvor de adiabatiske reaksjonsseksjonene er anbragt på utsiden avden røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen (27), og til seist gjennom oppvarmingsseksjoner med fast reformeringskatalysator (23) integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen. Formatted: Bulleted + Level: 1 + Aligned at: 0,63 cm + Tab after: 1,27 cm + Indent at: 1,27 cm

16 1 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at den oppvarmede dampreformeringsenheten omfatter oppvarmingsseksjoner med eller uten fast reformeringskatalysator og adiabatiske reaksjonsseksjoner inneholdende katalyserte strukturelementer belagt med et lag av dampreformeringskatalysator, begge seksjoner er den del av prosessgassrørsystemet integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen Fremgangsmåte ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at den oppvarmede dampreformeringsenheten omfatter oppvarmede, reaksjonsseksjoner med katalysatorpellets, de oppvarmede seksjonene er en del av prosessgassrørsystemet integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen. 42. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3, k a r a k - t e r i s e r t v e d at reaksjonsblandingen av hydrokarbon og damp og/eller CO 2 er forreformert før oppvarmingstrinn (a). 3. Fremgangsmåte ifølge krav 1et hvilket som helst av kravene 1 til 3, k a r a k - t e r i s e r t v e d den faste reformeringskatalysatoren omfatter monolitter eller krysskorrugerte strukturer. at strukturelementet er en monolitt eller er krysskorrugert. 64. Fremgangsmåte ifølge krav 21, k a r a k t e r i s e r t v e d at damp og/eller karbondioksid tilsettes til de adiabatiske reaksjonsseksjonene Fremgangsmåte ifølge krav 1ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 4, k a r a k t e r i s e r t v e d at de adiabatiske reaksjonsseksjonene også inneholder dampreformeringskatalysator festet til rørveggen eller katalysator festet til strukturene festet til rørveggen. 86.

17 16 Anordning for fremstilling av syntesegass ifølge krav 1, k a r a k t e r i - s e r t v e d at den omfatter følgende: (a) en adiabatisk forreformer () for valgfri prereformering av en blanding av 1 2 hydrokarbon (1) og damp (2)og/eller CO 2 (b) en direktefyrt rørformet reformer (29) med en røykgassinneholdende spillvarme- seksjon (27) for oppvarming av en blanding av hydrokarbon hydrokarbon (1) og damp (2, 8) og/ eller hydrokarbon og damp og eller CO 2 (8) eller av den forreformerte blandingen (c) en oppvarmet dampreformeringsenhet integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen fra den direktefyrte rørformede reformeren der den oppvarmede dampreformeringsenheten omfatter et rørsystem inneholdende - oppvarmingsseksjoner uten katalysator (21) integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen - adiabatiske reaksjonsseksjoner med fast reformeringskatalysator (22) omfattende katalysatorpellets eller katalyserte strukturelementer, hvor et lag av katalysator er fiksert på en overflate av et annet materiale, den adiabatiske reaksjonsseksjonen er anbragt på utsiden av den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen, og - oppvarmingsseksjoner med fast reformeringskatalysator (23) integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen, rørsystemet er en del av prosessgassrørsystemet integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen. reaksjonssesksjoner med fast reformeringskatalysator omfattende katalyastor-pellets og/eller katalyserte strukturelementer, rørsystemet er en del av prosess-gassrørsystemet integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen. 9. Anordning ifølge krav 8, k a r a k t e r i s e r t v e d at den faste katalysatoren er plassert i de oppvarmede reaksjonsseksjonene og/eller i de adiabatiske reaksjonsseksjonene til den oppvarmede dampreformeringsenheten.

18 Sammendrag O. nr. E3178 Fremgangsmåte og anordning for fremstilling av syntesegass ved katalytisk damp og/eller CO 2 -reformering av hydrokarbonråmateriale omfattende følgende trinn: (a) oppvarme reaksjonsblandingen av hydrokarbon og damp og/eller CO 2 i en oppvarmet dampreformeringsenhet integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen fra den direktefyrte rørformede reformeren i hvilken reformeringen av reaksjonsblandingen finner sted ved kontakt med en fast reformeringskatalysator (b) tilføre den delvis dampreformerte blandingen til den direktefyrte rørformede reformeren og videre reformere blandingen til den ønskede sammensetning og temperatur, der den oppvarmede dampreformeringsenheten omfatter et rørsystem inneholdende reaksjonsseksjoner med fast reformeringskatalysator omfattende katalysatorpellets og/eller katalyserte strukturelementer, rørsystemet er en del av prosessgassrørsystemet integrert med den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen.