SAA/IFO 08.06. E31787 NO379-0837003 HALDOR TOPSØE AS 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
1 Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og en anordning for fremstilling av syntesegass. Fremstillingsprosessen innbefatter katalytisk damp og/eller karbondioksidreformering av et hydrokarbonråmateriale. Spesielt frembringer oppfinnelsen en forbedret fremgangsmåte av typen ovenfor innbefattende trinnene oppvarmet dampreformering av en hydrokarbondampblanding i kontakt med katalysert hardware som har aktivitet i dampreformering og påfølgende reformering av det delvis reformerte avløpet i en direktefyrt dampreformer. Delvis dampreformering oppstrøms en direktefyrt dampreformer i form av forreformering av et hydrokarbonråmateriale ved fremstilling av syntesegass er godt kjent på feltet. Forreformering anvendes generelt med hydrokarbonføde inneholdende høyere hydrokarboner eller for øking av kapasiteten til de eksisterende reformeringsanliggende. Prosessgass av hydrokarbonråmaterialet og damp og/eller CO 2 innføres derved i en forreformer ved temperaturer på omtrent 40 ºC til 0 ºC. Ved dampreformeringsreaksjonene som fortsetter i forreformeren, minsker temperaturen i prosessgassen vanligvis eller øker noe under utføring av forreformeringsprosessen avhengig av hydrokarbonråmaterialet som er en adiabatisk operasjon. I industriell syntesegassfremstillingsanlegg kan den forreformerte prosessgassen som CO 2 tilsettes til, påfølgende gjenoppvarmes til den ønskede innløpstemperaturen til den fyrte dampreformeren ved varmeveksling med varm røykgass fra den oppfyrte dampreformeren. Den vanlige innløpstemperaturen til en industriell reformer er mellom 600 ºC og 700 ºC. 2 Innføring av et røykgassoppvarmet dampreformeringstrinn imellom forreformereren og den direktefyrte dampreformereren vil resultere i en økt utnyttelse av røykgassvarmeinnholdet, mens det er mulig å holde innløpstemperaturen mellom 600 ºC og 700 ºC. Imidlertid er ikke anvendelsen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen begrenset til dette temperaturintervallet. Økt anvendelse av varmeinnholdet i røykgassen for reformering er ønskelig ettersom det reduserer størrelsen til den fyrte reformeren og reduserer avfallsvarmen som brukes for dampgenerering og begrenser derved dampeksporten, som kan være uønskelig. 3 Forbedret anvendelse av varmen i de varme røykgassene fra direktefyrte dampreformere er fremlagt i EP-patentsøknad nr 8366. Denne publikasjonen beskriver en fremgangsmåte hvorved prosessgass til dampreformeren delvis reformeres i en
2 forvarmerkveil frembragt med en tynn film av dampreformeringskatalysator på veggen til kveilen. En stor mengde av verdifull varme i røykgassen overføres så til og absorberes av prosessgassen gjennom endoterm dampreformeringsreaksjoner som fortsetter på den veggbelagte katalysatoren. Kveildimensjonen og mengden katalysator justeres derved til å øke utgangstemperaturen i den delvis reformerte prosessgassen fra den katalyserte forvarmerkveilen til den påkrevde temperaturen til innløpet til den direktefyrte dampreformeren. Hovedulempene 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 direktefyrte dampreformeren. Den økte kveilutgangstemperaturen skyldes redusert varmeabsorpsjon med minkende dampreformering i gassen. Katalysatoren må så reaktiveres eller erstattes med ny katalysator på kveilveggen. Utskifting av katalysator i foroppvarmer-kveilen er en vanskelig og kostbar operasjon siden kveilen må demonteres fra trykk-gasskanalen. Formålet beskrevet i EP-patentsøknadsnr 1 069 070, som herved innlemmes med henvisning, er å forbedre langtidsdrift av en dampreformeringsprosess av typen ovenfor, ved å kompensere en minkende katalysatoraktivitet av tynnfilmkatalysatoren påført veggen til foroppvarmerkveilen ved hjelp av en ekstra katalysatorenhet som er enkel å erstatte. 2 Dette dokumentet fremlegger en prosess for katalytisk dampreformering av et hydrokarbonråmateriale og innbefatter dampreformering av en hydrokarbondampblanding i kontakt med en første dampreformeringskatalysator som er anordnet som en tynn film på veggen av den katalyserte forvarmerkveilen i en røykgasskanal fra en direktefyrt dampreformer. Etter dette trinnet følger kontakt med delvis reformert utslipp fra den katalyserte forvarmerkveilen med en andre dampreformeringskatalysator i en direktefyrt dampreformer. Denne prosessen innbefatter det ytterligere trinnet med å kontakte det delvis reformerte utslippet med en mellomliggende reformeringsenhet anordnet mellom utløpet av den katalyserte forvarmerkveilen i røykgasskanalen og innløpet til den direktefyrte dampreformeren. 3 Tap av aktivitet i den katalyserte forvarmerkveilenheten under lang tids drift, er delvis kompensert for ved dampreformeringsreaksjoner i delvis reformert utslipp i den mellomliggende reformeringsenheten. Den mellomliggende enheten drives ved
3 hovedsakelig adiabatiske forhold og kompenserer delvis minkende dampreformeringsaktivitet av tynnfilmdampreformeringskatalysatoren på den katalyserte forvarmerkveilen, og den resulterende temperaturøkningen i utslippet fra den katalyserte forvarmerkveilen. Bortsett fra å frembringe den påkrevde temperaturjusteringen av prosessgassen under maksimal innløpstemperatur inntil den direktefyrte dampreformeren ved langtidsdrift, er en ytterligere fordel ved den mellomliggende reformerenheten at den sitter på utsiden av røykgasskanalen. For å kompensere for redusert 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. Ved å anordne en mellomliggende katalysatorenhet utenfor røykgasskanalen, erstattes brukt katalysator så i den mellomliggende reformerenheten og utskiftingsoperasjonen forenkles betydelig. 2 I et system der den katalyserte forvarmerkveilen er utformet slik at prosessgassen, som forlater kveilen, er i kjemisk likevekt ved den ønskede utløpstemperaturen, vil den mellomliggende reformeringsenheten, når den drives adiabatisk, ikke endre temperaturen eller gassammensetningen. Når katalysatoren i den katalyserte forvarmerkveilen deaktiveres, vil de kjemiske reaksjonene ikke 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, dermed oppnås avkjøling av gassen til en temperatur nær den ønskede temperaturen før deaktivering av katalysatoren i den katalyserte forvarmerkveilen. 3 Ettersom deaktiveringen av katalysatoren i den katalyserte forvarmerkveilen blir alvorlig, blir imidlertid den resulterende temperaturøkningen et problem. Temperaturen til forvarmerkveilen øker, noe som kan overskride designtemperaturene, og resultere i en mindre drivkraft for varmeoverføring fra røykgassen og føre til en mindre overføringseffekt, med den følge at kapasiteten til det totale reformeringssystemet blir redusert. Anvendelsen av den mellomliggende reformeringsenheten løser ikke disse
4 problemene, og utskiftingen av tynnfilmkatalysatoren påført veggen i forvarmerkveilen blir nødvendig. Prosessen er beskrevet i EP 8,366 og EP 1,062,070 har begge ulempen med vanskelig utskifting av tynnfilmkatalysator på veggen i den katalyserte forvarmerkveilen i røykgasskanalen. EP 69070 beskriver en delvis løsning, som forlenger den nyttige levetiden til tynnfilmkatalysatoren på veggen til gjenoppvarmingskveilen i avfallsvarmeseksjonen. Imidlertid forventes det at deaktivering av tynnfilmkatalysatoren på veggen til gjenoppvarmingskveilen i avfallsvarmeseksjonen med tiden eventuelt vil nødvendiggjøre utskifting av denne katalysatoren. Som forklart ovenfor, er denne operasjonen uønskelig ettersom den krever mye tid og er kostbar. US patent nr 3 743 488 beskriver en fremgangsmåte der hydrokarbondampblandingen gjentatte ganger oppvarmes i en røykgassdamp og reagerer i adiabatiske reaktorer som er utenfor røykgasstrømningen, med dampreformeringskatalysatorpellets. Dette konseptet gir lettere tilgang til endringen av katalysatoren i de eksterne reaktorene. Imidlertid er anvendelse av mange adiabatiske reaktorbeholdere samlet sett en kostbar løsning. 2 Prosessen 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 denne fremgangsmåten er prosessgassen til dampreformeren delvis reformert i en forvarmeseksjon av reformerrøret som strekker seg fra strålekammeret. Verdifull varme i røykgassen overføres så til og absorberes av prosessgassen gjennom endoterme dampreformeringsreaksjoner. Imidlertid er varmeveksling i motstrømsstrømninger mellom røykgassen og det reformerende røret dårlig. Innføring av finner på reformeringsrøret øker varmeoverføringen. Bortsett fra dette er varmeoverføringsmengden som er mulig, relativt begrenset hvis reformerrørlengden skal holdes på en fornuftig lengde. US patent nr. 498231 vises en adiabatisk reformering utenfor spillvarmekjelen hvor det brukes en fastsjikt reformeringskatalysator. 3 Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen løser problemene som oppstår i kjent teknikk ved å frembringe en forbedret fremgangsmåte innbefattende trinnet med damp og/eller CO 2 - reformering av en hydrokarbondampblanding i kontakt med en faststoffkatalysator som har aktivitet i dampreformering. Faststoffkatalysatoren, for eksempel katalysert hardware, er anordnet i rørsystemet til et røykgassoppvarmet kveilsystem som utgjør en
damp-reformeringsenhet. Følgelig er utslippet fra dampreformeringsenheten i kontakt med en dampreformeringskatalysator i en direktefyrt dampreformer. Ved å lokalisere noen eller all dampreformeringskatalysator i dampreformeringsenheten som fjernbare struktur-katalysatorer i adiabatiske soner i rørsystemet til det oppvarmede kveilsystemet utenfor røykgasskanalen, kan lett utskifting av katalysator oppnås, mens man samtidig oppnår forbedret utnyttelse av varmeinnholdet i røykgassen for dampreformering. Derfor frembringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av syntesegass ved katalytisk damp og/eller CO 2 -reformering av hydrokarbonråmateriale omfattende følgende trinn: 2 a) oppvarme reaksjonsblandingen av hydrokarbonråmateriale og damp og/eller CO 2 i røykgassen inneholdende spillvarmeseksjon fra den direktefyrte rørformede reformeren b) adiabatisk reformere reaksjonsblandingen utenfor spillvarmeseksjonen ved kontakt med en faststoffreformeringskatalysator c) gjenta trinnene a) og b) inntil den ønskede reaksjonsblandingssammensetning og temperatur nås d) mate reaksjonsblandingen til den direktefyrte rørmessige reformer og videre reformere blandingen til den ønskede sammensetning og temperatur, hvorved den adiabatiske reformeringen av reaksjonsblandingen utføres i prosessgassrørsystemet i den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen, rørsystemet har adiabatiske soner utenfor varmeseksjonen og inneholder faststoffreformeringskatalysator omfattende et eller flere katalyserte strukturerte elementer. Oppfinnelsen vedrører også en anordning for anvendelse i fremgangsmåten ovenfor omfattende følgende: 3 a) en adiabatisk forreformer for eventuell forreformering av en blanding av hydrokarbonråmateriale og damp og/eller CO 2 b) en direktefyrt rørformet reformer med en røykgassinneholdende spillvarmeseksjon/-del for oppvarming av en blanding av hydrokarbonråmateriale og damp og/eller CO 2 eller av den forreformerte blandingen c) en prosessgassoppvarmingskveil integrert i den røykgassinneholdende spill- varmeseksjonen d) et dampreformeringsenhetssystem utenfor spillvarmeseksjonen,
6 der dampreformeringsenhetssystemet er integrert i prosessgassrørsystemet i rørsystemet av det oppvarmede kveilsystemet i den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen/delen, rørsystemet har adiabatiske soner utenfor oppvarmingsseksjonen og inneholder faststoffreformeringskatalysator omfattende en eller flere katalyserte strukturerte elementer. De forskjellige utførelsesformene av oppfinnelsen muliggjør enkel utskifting av de katalyserte strukturelementene plassert i rørsystemet, effektiv varmeoverføring mellom røykgassen og prosessgassen, og et økonomisk gunstig design på grunn av det høye nivået av integrasjon av funksjoner. Dampreformeringsenhetssystemet er integrert i prosessgassrørsystemet og er lokalisert i den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen fra den direktefyrte rørformede reformeren. Rørsystemet kan være strukturert på forskjellige måter. Gjenoppvarmingsseksjonene kan bestå av flere parallelle rør forbundet til felles føde- og produktsamlerrør. 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 en innløpssamlerrør for den neste gjenoppvarmingskveilseksjonen med et tilkoblingselement. 2 I den oppfunne prosessen er strukturerte elementer som er katalyserte, plassert i det normale prosessgassrørsystemet. Det katalytiske elementet kan plasseres i samlerrørsystemet som forbinder en oppvarmingskveil til den neste, for eksempel i selve samlerrørene eller i overgangsområdet mellom to samlerrør. Innløps- og utløpssamlerrørene og overgangsområdet mellom to samlerrør danner adiabatiske soner. I en annen utførelsesform av oppfinnelsen kan et første katalytisk element plasseres i utløpssamlerrøret og et andre katalytisk element plasseres i innløpssamlerrøret til den følgende gjenoppvarmingsseksjonen. 3 I en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen består prosessen av adiabatisk dannet reformering i et prosessgassrørsystem, der de enkelte rørene strekker seg på utsiden av oppvarmingssonen. Hvert rør er så forbundet til det påfølgende røret med et U-rør eller lignende element utenfor oppvarmingssonen. Rørforlengelsene utenfor røykgasskanalen og rørforbindingselementene omfatter adiabatiske soner der katalysator kan være anbragt.
7 En annen utførelsesform av oppfinnelsen består av en fremgangsmåte der dampreformering i tillegg finner sted i prosessgassrørsystemet i gjenoppvarmingsseksjonen inne i spillvarmeseksjonen, gjenoppvarmingsseksjonen har for eksempel strukturerte elementer som kan være adskilt av avstandsstykker. Kryssbølgede/riflede elementer kan brukes i dette tilfellet i tillegg til de strukturerte elementene plassert i samlerrørsystemet. Konvensjonelle katalytiske pellets kan også brukes i rørsystemet i gjenoppvarmingsseksjonen. Antallet gjenoppvarmingstrinn etterfulgt av adiabatisk reformering i samlerrørseksjonene inneholdende katalytiske elementer kan varieres i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Forskjellige faststoffreformeringskatalysatorer kan inkorporeres i rørsystemet i samlerrøret. Katalysert hardware i form av strukturerte elementer med et katalytisk lag/sjikt er anvendbare for anvendelse i prosessen ifølge oppfinnelsen. I den oppfunne fremgangsmåten omfatter faststoffkatalysatoren katalysert hardware i form av strukturerte elementer med et katalytisk lag/sjikt av dampreformeringskatalysator. De katalyserte strukturerte elementene er plassert i et hvilket som helst slags sted i oppvarmingsseksjonene og de adiabatiske reaksjonsseksjonene. 2 Betegnelsen katalyserte strukturerte elementer ( catalysed structured elements ) brukes for et katalysatorsystem der et lag/sjikt av katalysator festes på en overflate av et annet materiale. Det andre materialet tjener som den støttende strukturen som gir styrke til systemet. Dette muliggjør et design av katalysatorformer, som ellers ikke ville hatt tilstrekkelig mekanisk styrke i seg selv. Det andre materialet kan være, men er ikke begrenset til, metallisk eller keramisk materiale. Arrangementene kan omfatte, men er ikke begrenset til, monolitter, krysskorrigerte/riflede strukturer, strukturerte elementer med stort overflateareal, skum, plater, strukturer festet til rørveggen eller andre egnede former. 3 Spesielt kan strukturelementer være kjennetegnet ved at de er innretninger omfattende flere lag med strømningskanaler til stede mellom tilsluttende lag. Lagene er utformet på en slik måte at plasseringen av tilstøtende lag sammen resulterer i et element der strømningskanalene for eksempel kan krysse hverandre eller kan danne rette kanaler. Strukturerte elementer er videre beskrevet i for eksempel US-patent nr 36 699 og
4 98 2, EP-patentsøknad nr 396,60, 433,223 og 8,929, alle disse er hermed innlemmet med henvisning. 8 To typer strukturerte elementer er spesielt egnet for den oppfunne fremgangsmåten rettkanalede elementer og kryss/tverr-bølgede/riflede elementer ( cross-corrugated elements ). De rettkanalede elementene er best egnet for adiabatiske forhold og forskjellige geometrier hvor disse elementene er mulige. For eksempel er rettkanal-monolitter egnet for anvendelse i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Kryss-korrugerte elementer muliggjør effektiv varmeoverføring fra rørveggen til gassstrømningen. 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 stor overflate. Andre måter for innføring av tilleggskatalysatoraktivitet i systemet kan anvendes i kombinasjon med de katalyserte strukturelle elementene i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, for eksempel katalysator festet til rørveggen slik som en tynnfilm, og katalysatorpellets. Fig. 1 viser et konvensjonelt system med en forreformer som har en gjenoppvarmingsseksjon og en reformer. 2 Fig. 2 viser et system som representerer en utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. 3 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. Ved dampreformeringsreaksjonene som finner sted i forreformeren, vil temperaturen i prosessgassen vanligvis minke eller øke noe ved utføring av forreformeringsprosessen avhengig av hydrokarbonråmaterialet, ettersom det er en adiabatisk operasjon. Den forreformerte produktstrømningen 4 og eventuelt karbondioksid 8 kommer inn i oppvarmingskveilen. Eventuelt tilsetting av CO 2 er angitt med en stiplet linje. I industrielle syntesegassfremstillingsanlegg, vil den forreformerte prosessgassen, til hvilken CO 2 kan tilsettes, påfølgende oppvarmes til den ønskede innløpstemperatur til
9 den direktefyrte dampreformer 24 ved varmeveksling med varm røykgass 7 fra den direktefyrte reformeren 24. Den vanlige innløpstemperaturen til en industriell reformer er mellom 00 ºC og 700 ºC. Figur 2 viser en utførelsesform av oppfinnelsen med to gjenoppvarmingsseksjoner og tre seksjoner med katalytiske elementer. I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er mengden katalysator som er nødvendig for prosessen fullstendig dekoblet fra det nødvendige varmeoverføringsområdet. Hydrokarbonføde 1 blandes med prosessdamp 2 og danner fødestrømnig 3 til den adiabatiske forreformer. Dette trinnet er frivillig og kan utelates hvis det ikke er påkrevet. Damp og/eller CO 2 kan så tilsettes hvis det er ønskelig, til den forreformerte produktstrømning 4 eller i det tilfellet der forreformering ikke er påkrevet, til hydrokarbon- og dampfødestrømning 3. Blandingen kommer så inn i en prosessoppvarmingskveil 21 anbragt i røykgasseksjonen 27 fra en direktefyrt rørformet reformer 29 ved anvendelse av varmeinnholdet i røykgassen 12 for utføring av dampreformering av prosesstrømningen. I oppvarmingskveil 21 oppvarmes den forreformerte strømningen 4 til for eksempel 600 til 700 ºC før den samles opp i et samlerrørsystem 22. Et strukturelement katalysert med dampreformeringskatalysatorer 22a er anbragt inne i samlerrørsystemet 22. Oppvarmet strømning 4 passerer gjennom katalysator 22a ved anvendelse av varmen til å dampreformere hydrokarboninnholdet i prosesstrømningen og danne strømning. Damp føres til en andre prosessoppvarmingskveil 23. 2 Damp oppvarmes for eksempel 600-70 ºC i oppvarmingskveil 23 før den samles opp i samlerrørsystemet 24. Et strukturelement katalysert med dampreformeringskatalysatorer 24a er anbragt inne i samlerrørsystemet 24 og oppvarmingsstrømning passerer gjennom katalysator 24a og anvender varmen til ytterligere dampreformering av hydrokarboninnholdet i prosesstrømningen og danner strømning 6. Damp 6 fører til en tredje prosessoppvarmingskveil 2. 3 Strømning 6 oppvarmes til for eksempel 600 ºC til 800 ºC før den samles opp i samlerrørsystemet 26. Et strukturelement katalysert med dampreformeringskatalysatorer 26a anbragt inne i samlerrørsystemet 26 og oppvarmet strømning 6 går gjennom denne katalysatoren og anvender varmen til ytterligere dampreformering av hydrokarboninnholdet i prosesstrømningen og danner strømning 7.
Flere gjenoppvarmings- og reaksjonstrinn kan innbefattes ved dette punktet. Antallet gjenoppvarmings- og reaksjonstrinn avhenger av den ønskede effekten, for eksempel gassammensetning eller likevektsgasstemperatur. Hvis ønskelig kan damp og/eller CO 2 tilsettes ved hvert reaksjonstrinn. Hvis ingen ytterligere gjenoppvarmings- og reaksjonstrinn er påkrevet, føres damp 7 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 8 samles opp fra reformeringsrørene. Et egnet strukturelement som brukes i utførelsesformen beskrevet ovenfor er rettkanalmonolitt. Fordelene ved anordningen og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er flere. Den viktigste fordelen er at fastreformeringskatalysator lett kan skiftes ut siden den er tilstede i lett tilgjengelige elementer plassert utenfor spillvarmeseksjonen. EKSEMPLER Eksempel 1 En sammenligning av mengden katalysator påkrevet i en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen sammenlignet med en konvensjonell fremgangsmåte ble gjort. 2 Den konvensjonelle fremgangsmåten ble utført ved mating av hydrokarbon og damp inn i en forreformer etterfulgt av oppvarming i en kveil i den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen til en rørformet reformer. Til å begynne med ble føden oppvarmet før passasje gjennom den første adiabatiske reaktoren inneholdende dampreformeringskatalysatorpellets. Deretter ble blandingen gjenoppvarmet og reagerte igjen, antallet gjenoppvarminger og reaksjonstrinn ble gjentatt inntil fire gjennoppvarmingstrinn og fire reaksjonstrinn til sammen hadde blitt utført. 3 I en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen ble en føde bestående av hydrokarbon og damp matet inn i en forreformer etterfulgt av passering gjennom et rørsystem i den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen til en rørformet reformer. Initielt ble føden oppvarmet før passering igjennom det første adiabatiske samlerrørsystemet inneholdende et katalysert strukturelement. Deretter ble blandingen gjenoppvarmet og
reagert igjen, antallet gjenoppvarminger og reaksjonstrinn ble gjentatt inntil fire gjenoppvarmingstrinn og fire reaksjonstrinn til sammen hadde blitt utført. 11 Den initielle innløpstemperaturen til den første gjenoppvarmingskveilen etter forreformeren var 40 ºC og den endelige utløpstemperaturen var 60 ºC for begge systemene. Begge systemene ble matet med en strømningshastighet på 270 Nm 3 /time og ble ledet 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 fremgangsmåten var 000 til 000 Nm 3 C 1 /time m 3 katalysator. I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan romhastigheten økes til 0 000 til 1 000 000 Nm 3 c 1 /time m 3 -katalysator siden katalysatoren er støttet på et strukturelement. Katalysatormengden brukt i fremgangsmåten i følge 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 muliggjør at enkelhet i design kan føre til overlegen økonomi. Eksempel 2 Dette eksempelet er basert på systemene beskrevet i fig. 1 og 2, uten CO 2 -tilsetning. En spillvarmekoker ble plassert i røykgasseksjonen i reformeren, påkrevd for å frembringe samlet høy energieffektivitet ved gjenvinning av varmeinnholdet i røykgassen. 2 Tallene vist i tabell 2 angir at betydelige sparinger kan oppnås ved anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. 3
12 Tabell 2 Sammenligning av ytelsesfordelingen i en konvensjonell fremgangsmåte sammenlignet med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen Konvensjonell Oppfinnelse Primær reformerytelse, Gcal/time 40,3 22,6 Gjenoppvarmingskveil-ytelse,,3 n.a. Ccal/time Gjenoppvarmingskveil/ n.a. 12,0 samlerrørsystem med strukturkatalysatorytelse, Gcal/time Total reformeringsytelse, Gcal/time 4,6 4,6 Røykgasstrømning, Nm 3 /time 166 94 Spillvarmekokerytelse, Gcal/time 9,8 2,0 Resultatene viser at ytelsen krevd av reformeren var mindre i det tilfellet der fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ble brukt. En mindre reformer kan derfor brukes i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Mengden av damp generert ble også redusert i tillegg til en røykgasstrømnigshastighetsreduksjon. Alt i alt ble det oppnådd betydelige besparelser.
13 P a t e n t k r a v 1. Fremgangsmåte for fremstilling av syntesegass ved katalytisk damp og/eller 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) oppvarming av reaksjonsblandingen av hydrokarbonråmateriale og damp og/eller CO 2 i en røykgass inneholdende spillvarmeseksjon fra en direktefyrt rørformet reformer b) adiabatisk reformering av reaksjonsblandingen utenfor spillvarmeseksjonen ved kontakt med en faststoffreformeringskatalysator c) gjenta trinnene a) og b) inntil den ønskede reaksjonsblandingssammensetning og temperatur er nådd d) mate reaksjonsblandingen til den direktefyrte rørformede reformeren og ytterligere reformere blandingen til den ønskede sammensetning og temperatur, der den adiabatiske reformeringen av reaksjonsblandingen utføres i et prosessgassrørsystem i den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen, rørsystemet har adiabatiske soner utenfor oppvarmingsseksjonen og inneholder faststoffreformeringskatalysator omfattende et eller flere katalyserte strukturelementer. 2 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, 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 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at strukturelementet er krysskorrugert. 4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at strukturelementet er monolitt. 3
14. Fremgangsmåte ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at strukturelementet er et strukturelement med høy overflate. 6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at faststoffreformeringskatalysatoren er i adiabatiske soner i et samlerrørsystem som tilfører og samler opp prosessgass til og fra en oppvarmingskveil. 7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at den faste reformeringskatalysatoren er i adiabatiske soner i kveilrørene og/eller i de rørforbindende elementene. 8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 8, k a r a k t e r i - s e r t v e d at prosessgassrørsystemet lokalisert inne i den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen inneholder faststoffreformeringskatalysator. 2 3 9. Anordning for fremstilling av syntesegass ifølge krav 1, k a r a k t e r i - s e r t v e d følgende: a) en adiabatisk forreformer for valgfri reformering av en blanding av hydrokarbonråmateriale og damp og/eller CO 2 b) en direktefyrt rørformet reformer med en røykgassinneholdende spillvarme- seksjon for oppvarming av en blanding av hydrokarbonråmateriale og damp og/eller CO 2 eller av den forreformerte blandingen c) en prosessgassoppvarmingskveil integrert i den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen d) et dampreformeringsenhetssystem utenfor spillvarmeseksjonen, der dampreformeringsenhetssystemet er integrert i prosessgassrørsystemet av rørsystemet til det oppvarmede kveilsystemet i den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen, rørsystemet har adiabatiske soner utenfor oppvarmingsseksjonen og inneholder faststoffreformeringskatalysator omfattende en eller flere katalyserte strukturelementer.
. Anordning ifølge krav 9, k a r a k t e r i s e r t v e d at den faststoffreformeringskatalysatoren er i adiabatiske soner i et samlerrørsystem som tilfører eller samler opp prosessgass til og fra oppvarmingskveilen. 11. Anordning ifølge krav 9, k a r a k t e r i s e r t v e d at den faste faststoffreformeringskatalysatoren er i de adiabatiske sonene av kveilene og/eller rørforbindelseselementene. 12. Anordning ifølge et hvilket som helst av kravene 9-11, k a r a k t e r i - s e r t v e d at prosessgassoppvarmingskveilen anbragt i den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen inneholder en faststoffreformeringskatalysator.
Sammendrag O. nr. E31787 Fremgangsmåte og anordning for fremstilling av syntesegass ved katalytisk damp og/eller CO 2 -reformering av hydrokarbonråmateriale omfattende følgende trinn: a) oppvarming av reaksjonsblandingen av hydrokarbonråmateriale og damp og/eller CO 2 i den røykgassinneholdende spillvarmeseksjon fra den direktefyrte rørformede reformeren b) adiabatisk reformere reaksjonsblandingen utenfor spillvarmeseksjonen ved kontakt med en faststoffreformeringskatalysator c) gjenta trinnene a) og b) inntil den ønskede reaksjonsblandingssammensetningen og temperatur er nådd d) tilføre reaksjonsblandingen til den direktefyrte rørformede reformeren og ytterligere reformere blandingen til den ønskede sammensetningen og temperaturen, der den adiabatiske reformeringen av reaksjonsblandingen utføres i prosessgassrørsystemet i den røykgassinneholdende spillvarmeseksjonen, rørsystemet har adiabatiske soner utenfor oppvarmingsseksjonen og inneholder faststoffreformeringskatalysatorer omfattende et eller flere katalyserte strukturelementer.