DE2948107A1 - Vorrichtung zur erzeugung von nh (pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts) -synthesegas aus vorgereinigtem kokereigas - Google Patents
Vorrichtung zur erzeugung von nh (pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts) -synthesegas aus vorgereinigtem kokereigasInfo
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- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/025—Preparation or purification of gas mixtures for ammonia synthesis
Description
VXR/P/Bl/Sc PA 3061
Didier Engineering GmbH Alfredstraße 28
4300 Essen 1
"Vorrichtung zur Erzeugung von NHg-Synthesegas aus vorgereinigtem Kokereigas"
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, Kokereigas einer katalytischen autothermen Spaltung mit Wasserdampf und mit Sauerstoff angereicherter
Luft zuunterziehen. Da man hierführ Sauerstoff benötigt, ist das Verfahren kostenaufwendig. Es ist auch bekannt, Kokereigas mit Wasserdampf und Luft in zwei gesonderten Reaktoren,
einem Primär- und einem Sekundärreaktor, zu spalten. Dieses Verfahren erfordert eine aufwendige Prozeßflrhrung und hohe
Irrvestitionskosten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, welche die zuvor
genannten Nachteile vermeidet und eine wirtschaftliche Erzeugung von NH3-Synthesegas aus Kokereigas ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst. Der
Raum im Doppelrohrreaktor zwischen Außenrohr und Innenrohr
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entspricht im Prinzip einem autothermen Reaktor; es überwiegt die Sauerstoffreaktion, wobei durch partielle
Oxidation ein Temperaturanstieg um etwa 450 C erfolgt.
Das Innenrohr dient der Endgleichgewichtseinstellung
auf NHo-Synthesegas. Für das Betreiben der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist eine Luftzerlegungsanlage entbehrlich;
die Investitions- und Betriebsmittelkosten
sind damit entsprechend niedrig. Auch die Wartung und damit die Gesamtkosten für den Betrieb einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung sind gering. Durch die Verwendung eines Doppelrohrreaktors, also nur eines einzigen Reaktors,
ist eine kompakte Bauweise und damit verringerter Platzbedarf erreichbar.
Anspruch 2 betrifft eine besondere Lageanordnung des Doppelrohrreaktors in bezug auf Einführungsöffnung und
Ausführungsöffnung für Reaktionsgemisch bzw. Spaltgas.
Mit Hilfe der Maßnahme des Anspruchs 3 ist es möglich, Katalysatoren auf die in den breiten Reaktionsbereichen
herrschenden Temperaturen und Reaktionen optimal anzupassen. Zweckmäßig befindet sich im Ringspalt des Außenrohres
ein hochaktiver und im Innenrohr ein weniger aktiver Katalysator. Hierfür eignen sich Ni ekel-Katalysatoren auf
der Basis von AIpO3 mit einem Nickel-Gehalt zwischen 5 %
und 40 %.
Anspruch 4 gibt an, auf welche Weise dem Doppelrohrreaktor
die zur Deckung des endothermen Prozeßes benötigten Wärme auf einfache Weise zugeführt werden kann. Die Brenner sind
bei dieser Anordnung einfach zu bedienen und zu warten. Außerdem ist ein schneller Austausch des Doppelrohrreaktors
möglich.
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Die in den Ansprüchen 5 und 6 wiedergegebenen Merkmale betreffen eine besondere Ausgestaltung der Erfindung
zur Berücksichtigung der Wärmedehnung von Innenrohr und/oder Außenrohr des Doppelrohrreaktors.
Anspruch 7 beinhaltet eine bevorzugte Bemessung des Doppelrohrreaktors.
Die Ansprüche 8 bis 10 zeigen vorteilhafte Betriebsweisen der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand
der beiliegenden Zeichnung. Dabei bilden alle bestehenden und/oder dargestellten Merkmale für sich oder
in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer
Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigt:
Fig. 1 schematisch im Schnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Doppelrohrreaktor, und
Fig. 2 ein Verfahrensschema für den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 besteht ein Doppelrohrreaktor 1 aus einem Außenrohr 2 und einem Innenrohr 3
mit einem Verhältnis der Querschnittsflächen Innenrohr 3 zum Ringspalt innerhalb der Grenzen von 0,2 bis 1,5. Das
Innenrohr 3 ragt am oberen Ende aus dem Außenrohr 3 heraus und endet am unteren Ende in einem bestimmten Abstand vor
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dem unteren Ende des Außenrohres 2. Der Doppelrohrreaktor 1
ist in einem Reaktorofen 7 gehalten, wobei das Außenrohr 2 im oberen Bereich in eine Reaktorofenwandung 11 fest eingesetzt
ist und am unteren Ende durch einen Boden 8 des Reaktors 7 hindurchgeführt ist und mit einem äußeren Ende 12 aus
dem Reaktorboden 8 herausragt. In dem Boden 8 des Reaktorofens 7 sind Brenner 9 austauschbar eingesetzt, die dem im
Doppelrohrreaktor 1 ablaufenden endothermen Prozeß die erforderliche
Wärme zuführen.
Das Reaktionsgemisch, bestehend im wesentlichen aus Kokereigas, Luft und Wasserdampf, wird durch eine Einführungsöffnung
4 in das aus der Reaktorofenwandung 11 herausragende
obere Ende des Außenrohres 2 in den Doppelrohrreaktor 1 mittels einer Leitung eingeführt. Von dort aus strömt das Reaktionsgasgemisch durch den Raum zwischen Außenrohr 2 und Innenrohr
von oben nach unten, in welchem der erforderliche hochaktive
Reaktionskatalysator vorgesehen ist. Am unteren Ende weist das Innenrohr 3 eine Strömungsverbindung 6 in Gestalt von
entsprechenden öffnungen mit dem Außenrohr 2 auf. Durch diese Strömungsverbindung 6 tritt das Gas in das Innenrohr 3 ein,
welches ebenfalls mit einem, hier allerdings weniger aktivem Katalysator beschickt ist. Das Gas strömt im Innenrohr 3 von
unten nach oben bis zur Austrittsöffnung 5, welche sich in
dem aus dem Außenrohr 2 nach oben herausragenden Teil des Innenrohres 3 befindet und wird über eirve Leitung zu einem der
Sammler abgeführt.
Um unterschiedliche Dehnungen auszugleichen, stützt sich das
Innenrohr 3 über eine elastische Stütze 10 auf der Innenfläche
der unteren Stirnwandung 14 des Außenrohres 2 ab. Die Stirn wandung 14 ragt mit Stegen 15 über den Umfang des Außenrohres
hinaus. Mit Hilfe einer federelastischen Aufhängung 13, die zwischen der Unterseite des Bodens 8 des Reaktors 7 und den
Stegen 15 angreift, ist das Außenrohr 2 und damit der Doppelrohrreaktor 1 an dem Boden 8 elastisch aufgehängt, um auch so die
thermische Ausdehnung zu berücksichtigen.
- 8 130023/0297
Gemäß Fig. 2 gelangt gereinigtes Kokereigas 21 nach Kompression in der Einheit 22 auf ca. 35 bar in einen Hydrierreaktor
23, wo an einer Katalysatormasse die organischen Schwefelverbindungen hydriert werden. In einem H^S-Wascher
werden diese Schwefelverbindungen mit einer Lösung ausgewaschen.
Dieser Wäsche folgt eine ZNO-Stufe für die Feinentschwefelung. Das entschwefelte Gas wird auf etwa 16 bar entspannt
und gelangt dann nach Zugabe von Wasserdampf 25 und Luft 26 in den oberen Teil des Außenrohres 2. Das entschwefelte
Kokereigas im Gemisch mit Wasserdampf und Luft wird auf etwa 5000C vorgewärmt. Das Reaktionsgemisch durchströmt die hochaktive Ni-Al203-Katalysatorfüllung im Außenrohr 2 und wird
durch die öffnungen 6 im unteren Teil des Innenrohres 3 über eine weitere weniger aktive Ni-AlgO-j-Katalysatorschicht geleitet.
Das Spaltgas wird mit etwa 94O0C über der oberen · Reaktorofenwandung (Ofendecke) in einen Sammler geführt. Das
den Reaktorofen verlassende Spaltgas ist charakterisiert durch ein Verhältnis
CO + H9
- = 3,05 - S,l;
Der CH4-Restgehalt liegt bei < 0,4 Vol-% tr.
Das Spaltgas wird aus dem Doppelrohrreaktor 1 nach Ausnutzung der fühlbaren Wärme zur Wasserdampferzeugung einer Normaltemperaturkonvertierung
27 und einer Tieftemperaturkonvertierung unterzogen. Danach wird eine Verdichtung auf etwa 25 bar vorgenommen.
Im Falle einer Spaltung bei niedrigen Drücken - möglicher Druckbereich etwa 1-40 bar - kann die bei der Entspannung
des Einsatzgases zurückgewonnene Energie für die Verdichtung des Spaltgases nach den CO-Konvertierungsstufen 27 und
28 genutzt werden. Das auf etwa 25 bar verdichtete Gas gelangt dann in eine C02-Wäsche und eine anschließende Methanisierung
30, von wo das NH^-Synthesegas 31 abgezogen wird.
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Bei einem Reaktionsdruck von 2 bar und einer NH.,-Lei stung
von etwa 100 tato beträgt der Querschnitt des Spaltofens etwa 4,5 m χ 7 m bei 40 Rohren und einerBeheizungslänge
von etwa 7,6 m sowie bei einem Verhältnis Querschnitt Innenrohr zu Ringspalt von 0,3. .
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Claims (10)
1. Vorrichtung zur Erzeugung von NH-,-Synthesegas aus
vorgereinigtem Kokereigas durch katalytische Spaltung mittels Wasserdampf und Luft, gekennzeichnet durch
einen Doppelrohrreaktor (1), in dessen Außenrohr (2)
an einem Ende das zu spaltende Reaktionsgemisch einführbar ist und aus dessen Innenrohr (3) an dem
gleichliegenden Ende das Spaltgas herausführbar ist,
wobei Außenrohr (2) und Innenrohr (3)an dem der Einführungsöffnung (4) des Außenrohres (2) bzw. der Ausführungsöffnung
(5) des Innenrohres (3) gegenüberliegenden Ende miteinander in Strömungsverbindung (6)
stehen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführungsöffnung (4) am oberen Ende des
Außenrohres (2) und die Ausführungsöffnung (5) am oberen Ende des Innenrohres (3) und die Strömungsverbindung (6) am jeweiligen unteren Ende der Rohre (2,
3) liegen.
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ORIGINAL INSPECTED
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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Außenrohr (2) und im Innenrohr (3) unterschiedliche Katalysatoren befinden.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelrohrreaktor (1)
in einem Reaktorofen (7) eingesetzt ist, in dessen Boden (8) oder Decke (11) Brenner (9) angeordnet
sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (3) an
einem Ende mit dem Außenrohr (2) fest verbunden
ist und sich an dem anderen Ende über eine elastische
Verbindung (10) an dem Außenrohr (2) abstützt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (2) an dem oberen
Ende fest in die Reaktorofenwandung (11) eingespannt, mit dem unteren Ende verschieblich durch den Reaktorboden (8) hindurchgeführt und mit dem äußeren Ende
elastisch (13) an dem Reaktorboden (8) aufgehängt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizungslänge des
Doppelrohrreaktors (1) für etwa 100 tato NH3-Leistung
etwa zwischen 6 und 10 m beträgt bei einem Verhältnis der Querschnittsflächen Innenrohr (3) zum Ringspalt des Außenrohres (2) innerhalb der Grenzen von
0,2 bis 1,5.
8. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das Reaktionsgemisch in dem Doppelrohrreaktor (1) auf etwa 50O0C vorgewärmt wird.
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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Doppelrohrreaktor (1) ein Druck zwischen
etwa 1 und 40 bar aufrechterhalten wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgemisch zuerst einen
hochaktiven und danach einen weniger aktiven Niekel-Katalysator auf der Basis AIpOo mit einem
Nickel-Gehalt zwischen 5 und 40 % durchströmt.
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Publications (1)
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