JP2001510140A - メタノール及び水素の製造方法 - Google Patents
メタノール及び水素の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
炭化水素供給原料を水蒸気改質し、改質化ガスから水蒸気を凝縮及び分離し、さらに圧縮することなく得られた脱水改質化ガスからメタノールを合成し、合成したメタノールを分離し、場合により残留ガスをシフト反応にかけた後に残留ガスから水素を分離することによる、水素とメタノールの同時製造。
Description
【0001】 本発明はメタノールの製造に関する。メチル−t−ブチルエーテル(MTBE
)及びt−アミルメチルエーテル(TAME)などの自動車燃料用添加剤を製造
するためメタノールに対する需要は増加している。これらの添加剤は、MTBE
の場合には、例えば、イソブテンなどの好適なオレフィンとメタノールとの反応
により製造する。関連するオレフィン類は通常、精製所などで好適な炭化水素供
給原料をクラッキングすることにより製造する。添加剤は関連するオレフィン類
の供給源、例えば、精製所またはその近くで製造すると都合がよい。典型的な精
製所はMTBE2500USバレル/日(約400m3/日)を製造し、これに は約110te/日のメタノールが必要である。典型的な精製所で必要なメタノ
ールは50〜200te/日の範囲である。通常メタノールは1500〜300
0te/日を通常製造するメタノールプラントから現場に持ち込まれる。
)及びt−アミルメチルエーテル(TAME)などの自動車燃料用添加剤を製造
するためメタノールに対する需要は増加している。これらの添加剤は、MTBE
の場合には、例えば、イソブテンなどの好適なオレフィンとメタノールとの反応
により製造する。関連するオレフィン類は通常、精製所などで好適な炭化水素供
給原料をクラッキングすることにより製造する。添加剤は関連するオレフィン類
の供給源、例えば、精製所またはその近くで製造すると都合がよい。典型的な精
製所はMTBE2500USバレル/日(約400m3/日)を製造し、これに は約110te/日のメタノールが必要である。典型的な精製所で必要なメタノ
ールは50〜200te/日の範囲である。通常メタノールは1500〜300
0te/日を通常製造するメタノールプラントから現場に持ち込まれる。
【0002】 精製所で操作される多くの方法では、反応体として水素が必要である。水素は
ナフサ触媒改質の副生成物として通常生成するが、そのような改質によって生成
する分よりももっと水素を供給しなければならないことが多い。従って、多くの
精製所では水素プラントも組み入れられている。典型的な精製所の水素プラント
は水素50〜200te/日の範囲の生産能力を有する。本出願人は、MTBE
及び/またはTAMEを製造するのに精製所で必要なメタノールを提供するため
に充分な大きさのメタノールプラントと水素プラントとが一体となるべく配置す
ると経済的に都合がよいことに気づいた。
ナフサ触媒改質の副生成物として通常生成するが、そのような改質によって生成
する分よりももっと水素を供給しなければならないことが多い。従って、多くの
精製所では水素プラントも組み入れられている。典型的な精製所の水素プラント
は水素50〜200te/日の範囲の生産能力を有する。本出願人は、MTBE
及び/またはTAMEを製造するのに精製所で必要なメタノールを提供するため
に充分な大きさのメタノールプラントと水素プラントとが一体となるべく配置す
ると経済的に都合がよいことに気づいた。
【0003】 本出願人はかかる一体化方法を発明する。水素は通常、炭化水素供給原料、例
えば、メタン、天然ガス若しくはナフサを高温高圧で水蒸気改質(steam
reforming)して、水素、カーボンオキシド類(carbon oxi
des)、水蒸気及びメタンを含有する改質化ガス流を生成し、続いて改質化ガ
ス流をシフト反応にかけて改質化ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に転換させて
、当量の水素を製造し、次いで水素をシフト化ガス流から分離することにより製
造する。シフト化ガスから水蒸気を凝縮した後、吸着方法、例えば、圧力スイン
グ吸着により分離することが多い。メタン、カーボンオキシド類及び少量の水素
を含有する分離段階からの廃棄ガスは、通常、水蒸気改質方法での燃料(fue
l)として使用する。本出願人は、もしも水蒸気を改質化ガスから凝縮し、次い
でさらに圧縮することなく脱水改質化ガスをメタノール合成段階にかければ、か
なりの量のメタノールが生成するに違いないことに気づいた。このメタノールは
分離でき、次いで場合により水蒸気添加後に残留ガスをシフト反応にかけた後、
水素を残留ガスから分離することができる。この経路によって、精製所水素プラ
ントのサイズを適度に大きくするだけで精製所での必要量を満足させるのに充分
な量のメタノールを製造することが可能である。本発明を使用して、水素及びメ
タノールを同時製造するために既存の水素プラントを部分修正することができる
。
えば、メタン、天然ガス若しくはナフサを高温高圧で水蒸気改質(steam
reforming)して、水素、カーボンオキシド類(carbon oxi
des)、水蒸気及びメタンを含有する改質化ガス流を生成し、続いて改質化ガ
ス流をシフト反応にかけて改質化ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素に転換させて
、当量の水素を製造し、次いで水素をシフト化ガス流から分離することにより製
造する。シフト化ガスから水蒸気を凝縮した後、吸着方法、例えば、圧力スイン
グ吸着により分離することが多い。メタン、カーボンオキシド類及び少量の水素
を含有する分離段階からの廃棄ガスは、通常、水蒸気改質方法での燃料(fue
l)として使用する。本出願人は、もしも水蒸気を改質化ガスから凝縮し、次い
でさらに圧縮することなく脱水改質化ガスをメタノール合成段階にかければ、か
なりの量のメタノールが生成するに違いないことに気づいた。このメタノールは
分離でき、次いで場合により水蒸気添加後に残留ガスをシフト反応にかけた後、
水素を残留ガスから分離することができる。この経路によって、精製所水素プラ
ントのサイズを適度に大きくするだけで精製所での必要量を満足させるのに充分
な量のメタノールを製造することが可能である。本発明を使用して、水素及びメ
タノールを同時製造するために既存の水素プラントを部分修正することができる
。
【0004】 従って、本発明は、 a)高温高圧で炭化水素供給原料を水蒸気改質にかけて水素、カーボンオキシド
類、メタン及び未反応水蒸気を含有する改質化ガス流を生成し; b)そこで水蒸気を凝縮するために改質化ガスを冷却し、凝縮水を分離し; c)得られた脱水改質化ガスをさらに圧縮することなく、脱水改質化ガスをメタ
ノール合成にかけ、合成したメタノールを生成物から分離して未反応ガス流を残
し;次いで d)場合により前記未反応ガスに水蒸気を添加し、未反応ガスと水蒸気との混合
物をシフト反応にかけた後、未反応ガス流から水素を分離する 各段階を含む、水素及びメタノールの同時製造法を提供する。
類、メタン及び未反応水蒸気を含有する改質化ガス流を生成し; b)そこで水蒸気を凝縮するために改質化ガスを冷却し、凝縮水を分離し; c)得られた脱水改質化ガスをさらに圧縮することなく、脱水改質化ガスをメタ
ノール合成にかけ、合成したメタノールを生成物から分離して未反応ガス流を残
し;次いで d)場合により前記未反応ガスに水蒸気を添加し、未反応ガスと水蒸気との混合
物をシフト反応にかけた後、未反応ガス流から水素を分離する 各段階を含む、水素及びメタノールの同時製造法を提供する。
【0005】 水蒸気改質する前に、例えば少量の水素を添加し、水素化脱硫触媒(例えば、
モリブデン酸ニッケルまたはコバルト)上に混合物を通過させ、続いて好適な吸
収剤、特に粒状酸化亜鉛または炭酸亜鉛組成物の床に水素化脱硫反応により生成
した硫化水素を吸着させることによって、炭化水素供給原料、例えば、メタン、
天然ガス、結合ガス(associated gas)またはナフサを脱硫しな
ければならない。
モリブデン酸ニッケルまたはコバルト)上に混合物を通過させ、続いて好適な吸
収剤、特に粒状酸化亜鉛または炭酸亜鉛組成物の床に水素化脱硫反応により生成
した硫化水素を吸着させることによって、炭化水素供給原料、例えば、メタン、
天然ガス、結合ガス(associated gas)またはナフサを脱硫しな
ければならない。
【0006】 水蒸気改質反応は吸熱反応であり、通常、管を強く加熱しながら、水蒸気改質
触媒、通常、アルミナまたアルミン酸カルシウムセメントの環などの造形担体上
に担持したニッケルを含有する管内に脱硫炭化水素供給原料と水蒸気の混合物を
通過させることにより実施する。管は通常、好適な炭化水素−含有流を補給した
炉内で加熱する。或いは、英国特許第GB1 578 270号に記載のような
高温対流熱交換改質装置内に管を配置することができる。この型の熱交換改質装
置では、熱交換領域を通して一対の管シートの間に伸長する管内に触媒を設置す
る。反応体は上部管シートより上の領域に供給され、管内、下部管シートのすぐ
下の領域を通過する。加熱媒体(例えば、燃料を空気と一緒に燃焼する熱生成物
)は2つの管シート間の領域内を通過する。
触媒、通常、アルミナまたアルミン酸カルシウムセメントの環などの造形担体上
に担持したニッケルを含有する管内に脱硫炭化水素供給原料と水蒸気の混合物を
通過させることにより実施する。管は通常、好適な炭化水素−含有流を補給した
炉内で加熱する。或いは、英国特許第GB1 578 270号に記載のような
高温対流熱交換改質装置内に管を配置することができる。この型の熱交換改質装
置では、熱交換領域を通して一対の管シートの間に伸長する管内に触媒を設置す
る。反応体は上部管シートより上の領域に供給され、管内、下部管シートのすぐ
下の領域を通過する。加熱媒体(例えば、燃料を空気と一緒に燃焼する熱生成物
)は2つの管シート間の領域内を通過する。
【0007】 以後記載するように、どの型の改質装置を使用しても、改質装置の管を加熱す
る熱を提供するのに使用する燃料は、少なくともある程度は所望の水素生成物を
分離した後に残存する廃棄ガスであってもよい。管は通常、改質化ガスが触媒を
750〜950℃、特に800〜900℃の範囲の温度にしておけるように加熱
する。水蒸気改質反応は高圧で操作する。圧力は通常、20〜50絶対バール(
bar abs.)であり、好ましくは25〜40絶対バールの範囲である。
る熱を提供するのに使用する燃料は、少なくともある程度は所望の水素生成物を
分離した後に残存する廃棄ガスであってもよい。管は通常、改質化ガスが触媒を
750〜950℃、特に800〜900℃の範囲の温度にしておけるように加熱
する。水蒸気改質反応は高圧で操作する。圧力は通常、20〜50絶対バール(
bar abs.)であり、好ましくは25〜40絶対バールの範囲である。
【0008】 供給原料と加熱水流を接触させて供給原料を飽和させることにより及び/また
は水蒸気を直接注入することにより、水蒸気を導入することができる。導入した
水蒸気量は、供給原料中の炭化水素の炭素1グラム原子当たり水蒸気2〜3.5
モルの範囲の水蒸気比となるのが好ましい。
は水蒸気を直接注入することにより、水蒸気を導入することができる。導入した
水蒸気量は、供給原料中の炭化水素の炭素1グラム原子当たり水蒸気2〜3.5
モルの範囲の水蒸気比となるのが好ましい。
【0009】 吸熱性改質段階の前に、炭化水素水蒸気混合物を断熱低温改質段階にかけるこ
とができる。かかる方法では、炭化水素水蒸気混合物を典型的には400〜60
0℃の温度に加熱し、次いで好適な触媒、例えば40重量%を超える高いニッケ
ル含量の触媒床を断熱的に通過させる。そのような断熱低温改質段階の間に、メ
タンより高級の全ての炭化水素が水蒸気と反応してメタン、カーボンオキシド類
及び水素の混合物を与える。通常、予備−改質と称されるそのような断熱改質段
階を使用すると、吸熱改質段階への供給材料がメタンより高級の炭化水素を含有
せず、かなりの量の水素をも含有するので望ましい。これは、改質装置管の触媒
上に炭素が形成する危険性を最も低くするためにも望ましい。
とができる。かかる方法では、炭化水素水蒸気混合物を典型的には400〜60
0℃の温度に加熱し、次いで好適な触媒、例えば40重量%を超える高いニッケ
ル含量の触媒床を断熱的に通過させる。そのような断熱低温改質段階の間に、メ
タンより高級の全ての炭化水素が水蒸気と反応してメタン、カーボンオキシド類
及び水素の混合物を与える。通常、予備−改質と称されるそのような断熱改質段
階を使用すると、吸熱改質段階への供給材料がメタンより高級の炭化水素を含有
せず、かなりの量の水素をも含有するので望ましい。これは、改質装置管の触媒
上に炭素が形成する危険性を最も低くするためにも望ましい。
【0010】 そのような任意の予備−改質段階の後、供給原料/水蒸気混合物を、必要によ
り改質装置入口温度、通常450〜600℃の範囲にさらに加熱する。
り改質装置入口温度、通常450〜600℃の範囲にさらに加熱する。
【0011】 次いで、通常プロセス水蒸気(process steam)が得られるまで
まで水蒸気を発生させることにより、吸熱改質段階からの改質化ガスを熱回収に
かける。熱交換によっても、改質化ガスから及び/または改質化装置管を加熱す
るのに使用したガスから熱を回収して、改質装置入口温度に供給原料/水蒸気混
合物を加熱するための熱を供給することができ、予備−改質段階を使用する場合
には、予備−改質装置入口温度に供給原料/水蒸気混合物を加熱し、及び/また
は改質装置管の所望の入口温度に予備−改質化ガスを加熱することができる。
まで水蒸気を発生させることにより、吸熱改質段階からの改質化ガスを熱回収に
かける。熱交換によっても、改質化ガスから及び/または改質化装置管を加熱す
るのに使用したガスから熱を回収して、改質装置入口温度に供給原料/水蒸気混
合物を加熱するための熱を供給することができ、予備−改質段階を使用する場合
には、予備−改質装置入口温度に供給原料/水蒸気混合物を加熱し、及び/また
は改質装置管の所望の入口温度に予備−改質化ガスを加熱することができる。
【0012】 改質化ガスから上述のように熱回収した後、改質化ガスを冷却して中の過剰の
水蒸気を水に凝縮する。次いで、凝縮した水を分離して脱水改質化ガスとする。
所望により、水を直接注入することによって冷却することができるが、これによ
り加熱された水流ができ、熱改質化ガスとの熱交換等によってさらに加熱すると
、プロセス水蒸気を導入するために飽和するのに使用する熱水流を得ることがで
きる。
水蒸気を水に凝縮する。次いで、凝縮した水を分離して脱水改質化ガスとする。
所望により、水を直接注入することによって冷却することができるが、これによ
り加熱された水流ができ、熱改質化ガスとの熱交換等によってさらに加熱すると
、プロセス水蒸気を導入するために飽和するのに使用する熱水流を得ることがで
きる。
【0013】 次いで脱水改質化ガスをメタノール合成にかける。脱水改質化ガスを、さらに
圧縮することなく、通常200〜300℃、特に220〜250℃の範囲の所望
の合成入口温度に加熱し、メタノール合成触媒と接触させる。メタノール合成触
媒は、好ましくは、酸化銅と1種以上の担持成分(例えば、酸化クロム:chr
omia、マグネシア、酸化亜鉛またはアルミナ)からなる前駆体を還元するこ
とにより得られる銅触媒の造形品(例えばペレット)であるのが好ましい。好ま
しい前駆体は、銅、亜鉛、アルミニウム、及び場合によりマグネシウム化合物の
共沈混合物をカ焼することによって得られるものである。メタノール合成反応は
発熱性であり、低温でメタノール合成の方へ平衡が進み易い。しかしながら、触
媒活性は温度が上昇するに連れて増加する。200〜260℃の範囲、好ましく
は250℃未満の反応器出口温度で合成反応を実施するのが好ましい。
圧縮することなく、通常200〜300℃、特に220〜250℃の範囲の所望
の合成入口温度に加熱し、メタノール合成触媒と接触させる。メタノール合成触
媒は、好ましくは、酸化銅と1種以上の担持成分(例えば、酸化クロム:chr
omia、マグネシア、酸化亜鉛またはアルミナ)からなる前駆体を還元するこ
とにより得られる銅触媒の造形品(例えばペレット)であるのが好ましい。好ま
しい前駆体は、銅、亜鉛、アルミニウム、及び場合によりマグネシウム化合物の
共沈混合物をカ焼することによって得られるものである。メタノール合成反応は
発熱性であり、低温でメタノール合成の方へ平衡が進み易い。しかしながら、触
媒活性は温度が上昇するに連れて増加する。200〜260℃の範囲、好ましく
は250℃未満の反応器出口温度で合成反応を実施するのが好ましい。
【0014】 メタノール合成は、「疑似等温(quasi isothermal)」型の
合成反応器で実施することができ、該反応器では触媒温度が反応器中の熱交換手
段によって本質的に一定に保持され、これにより、合成反応により放出された熱
が冷却剤、好ましくは沸騰水に移される。冷却剤は、触媒床を通って伸長する管
を通って循環することができる。この型の反応器の例は欧州特許第EP81 9
48号に記載されている。或いは、あまり好ましくはないが、触媒を管内に配置
し、管の外周に冷却剤を循環させることができる。或いは、入ってくる合成ガス
と熱交換することによって触媒床が冷却される米国特許第4 778 662号
に開示の型の反応器を使用することができるが、この場合は、上記参照特許に記
載の反応器とは異なり、冷却管より下に断熱床が殆どないかまたは断熱床が全く
ない方が好ましい。別の型の反応器は、いわゆる「急冷(quench)」型と
いわれる反応器である。この型の反応器では、触媒は並列床(multiple
bed)として設置され、合成ガスの一部は第1の床に供給され、一部は反応
器内の床の間の「急冷」ガスとして注入されて反応を調節する。或いは単一床の
「急冷」反応器を使用し、触媒を単一床として配置し、一部の合成ガスを床入口
に供給し、一部を床を通る「急冷」ガス部分として注入してもよい。単一床また
は並列床の急冷反応器のいずれにおいても、急冷ガスを並列で注入することがで
きる。
合成反応器で実施することができ、該反応器では触媒温度が反応器中の熱交換手
段によって本質的に一定に保持され、これにより、合成反応により放出された熱
が冷却剤、好ましくは沸騰水に移される。冷却剤は、触媒床を通って伸長する管
を通って循環することができる。この型の反応器の例は欧州特許第EP81 9
48号に記載されている。或いは、あまり好ましくはないが、触媒を管内に配置
し、管の外周に冷却剤を循環させることができる。或いは、入ってくる合成ガス
と熱交換することによって触媒床が冷却される米国特許第4 778 662号
に開示の型の反応器を使用することができるが、この場合は、上記参照特許に記
載の反応器とは異なり、冷却管より下に断熱床が殆どないかまたは断熱床が全く
ない方が好ましい。別の型の反応器は、いわゆる「急冷(quench)」型と
いわれる反応器である。この型の反応器では、触媒は並列床(multiple
bed)として設置され、合成ガスの一部は第1の床に供給され、一部は反応
器内の床の間の「急冷」ガスとして注入されて反応を調節する。或いは単一床の
「急冷」反応器を使用し、触媒を単一床として配置し、一部の合成ガスを床入口
に供給し、一部を床を通る「急冷」ガス部分として注入してもよい。単一床また
は並列床の急冷反応器のいずれにおいても、急冷ガスを並列で注入することがで
きる。
【0015】 合成後、例えば、供給原料/排水熱交換により、即ち、所望の合成入口温度に
脱水改質化ガスを加熱するために脱水改質化ガスと熱交換することにより、次い
で液体としてメタノールを凝縮するために好適な冷却剤と熱交換することにより
、反応したガスを冷却する。次いで凝縮したメタノールを分離して未反応ガス流
を残す。場合により未反応ガスを冷水で浄化するのが望ましい。トレーまたは充
填区分(packed section)を分離器に配置し、該分離器の上部に
冷却水を注入することができる。使用するメタノール合成圧力は比較的低いため
、液相の粗なメタノールより上の平衡気相はかなりの量の生成メタノールを含有
する。水による浄化を使用して、この気相からかなりの部分のメタノールを回収
することができる。
脱水改質化ガスを加熱するために脱水改質化ガスと熱交換することにより、次い
で液体としてメタノールを凝縮するために好適な冷却剤と熱交換することにより
、反応したガスを冷却する。次いで凝縮したメタノールを分離して未反応ガス流
を残す。場合により未反応ガスを冷水で浄化するのが望ましい。トレーまたは充
填区分(packed section)を分離器に配置し、該分離器の上部に
冷却水を注入することができる。使用するメタノール合成圧力は比較的低いため
、液相の粗なメタノールより上の平衡気相はかなりの量の生成メタノールを含有
する。水による浄化を使用して、この気相からかなりの部分のメタノールを回収
することができる。
【0016】 場合により、それぞれの段階の後に合成メタノールを分離する一連の2つ以上
のメタノール合成段階を使用するのが望ましい。そのような多重メタノール段階
を使用するか否かは、プラントからのメタノール及び水素に関する相対的な要求
などの多くの因子に依存する。かくして、多重メタノール合成段階により、高収
率でメタノールを得ることができるが、副産物として回収可能な水素は少ない。
のメタノール合成段階を使用するのが望ましい。そのような多重メタノール段階
を使用するか否かは、プラントからのメタノール及び水素に関する相対的な要求
などの多くの因子に依存する。かくして、多重メタノール合成段階により、高収
率でメタノールを得ることができるが、副産物として回収可能な水素は少ない。
【0017】 圧縮コストを節約するためには圧縮段階なしでメタノール合成段階を操作する
。メタノール分離器からの幾らか又は全ての未反応ガスを再利用し、脱水改質化
ガスに添加する合成ループを使用するのが望ましいこともあるが、合成は「ワン
ス−スルー(once−through)」システムとして操作するのが望まし
い。所望の生成物水素を回収するための供給材料を提供するために及び不活性物
が累積しないように、一部の未反応ガスまたは脱水改質化ガスとのその混合物を
合成ループからのパージとして受ける。
。メタノール分離器からの幾らか又は全ての未反応ガスを再利用し、脱水改質化
ガスに添加する合成ループを使用するのが望ましいこともあるが、合成は「ワン
ス−スルー(once−through)」システムとして操作するのが望まし
い。所望の生成物水素を回収するための供給材料を提供するために及び不活性物
が累積しないように、一部の未反応ガスまたは脱水改質化ガスとのその混合物を
合成ループからのパージとして受ける。
【0018】 メタノールを分離した後、水素を残留ガスから回収する。残留ガスは通常、か
なりの量の一酸化炭素を含有しており、残留する一酸化炭素の少なくとも幾らか
を二酸化炭素に転換すると都合がよいことが多い。これは水蒸気を残留ガスに加
え、混合物をシフト反応にかけることによって実施することができる。シフト反
応では、一酸化炭素は水蒸気と反応して二酸化炭素と当量の水素を生成する。
なりの量の一酸化炭素を含有しており、残留する一酸化炭素の少なくとも幾らか
を二酸化炭素に転換すると都合がよいことが多い。これは水蒸気を残留ガスに加
え、混合物をシフト反応にかけることによって実施することができる。シフト反
応では、一酸化炭素は水蒸気と反応して二酸化炭素と当量の水素を生成する。
【0019】 シフト反応に必要な水蒸気は直接注入することにより、または熱水流と接触さ
せて飽和させることによって導入することができる。導入した水蒸気量は残留ガ
ス中の一酸化炭素の量の少なくとも4倍でなければならない。シフト反応の生成
物の所望の一酸化炭素含量と残留ガスの一酸化炭素含量に依存して、シフト反応
は高温型、低温型、または高温シフト続いて低温シフトであってもよい。
せて飽和させることによって導入することができる。導入した水蒸気量は残留ガ
ス中の一酸化炭素の量の少なくとも4倍でなければならない。シフト反応の生成
物の所望の一酸化炭素含量と残留ガスの一酸化炭素含量に依存して、シフト反応
は高温型、低温型、または高温シフト続いて低温シフトであってもよい。
【0020】 高温シフトプロセスでは、残留ガスと水蒸気との混合物を好適な入口温度、例
えば、300〜420℃の範囲に加熱し、高温シフト触媒、通常、少量の銅を含
むことが多い、酸化鉄/酸化クロム組成物上に通過させる。
えば、300〜420℃の範囲に加熱し、高温シフト触媒、通常、少量の銅を含
むことが多い、酸化鉄/酸化クロム組成物上に通過させる。
【0021】 低温シフトプロセスでは、残留ガスと水蒸気との混合物、または高温シフトプ
ロセスからの生成物を、通常180〜300℃の範囲の入口温度で、低温シフト
触媒、通常、銅/酸化亜鉛/アルミナ組成物上を通過させる。低温シフト段階へ
の供給材料が高温シフト段階からの生成物である場合、高温シフト段階からの生
成物を所望の低温シフト入口温度まで冷却しなければならない。
ロセスからの生成物を、通常180〜300℃の範囲の入口温度で、低温シフト
触媒、通常、銅/酸化亜鉛/アルミナ組成物上を通過させる。低温シフト段階へ
の供給材料が高温シフト段階からの生成物である場合、高温シフト段階からの生
成物を所望の低温シフト入口温度まで冷却しなければならない。
【0022】 残留ガスの一酸化炭素含量が比較的高い別のプロセスでは、シフト段階は、米
国特許第4 721 611号に記載のように、冷却剤と熱交換する低温シフト
の単一段階であってもよい。
国特許第4 721 611号に記載のように、冷却剤と熱交換する低温シフト
の単一段階であってもよい。
【0023】 さらに別のプロセスでは、シフト反応は、上述のような急冷反応器を使用する
メタノール合成と同様の方法でシフト反応を調節するために急冷ガスを注入する
単一段階で実施することができる。この場合、急冷ガスは、メタノールを分離し
た後に残り、水蒸気を添加していない残留ガスの一部であってもよい。急冷反応
器を使用するメタノール合成の場合のように、急冷ガスを並列注入してもよい。
メタノール合成と同様の方法でシフト反応を調節するために急冷ガスを注入する
単一段階で実施することができる。この場合、急冷ガスは、メタノールを分離し
た後に残り、水蒸気を添加していない残留ガスの一部であってもよい。急冷反応
器を使用するメタノール合成の場合のように、急冷ガスを並列注入してもよい。
【0024】 1段階以上のシフト反応を使用する場合、シフト反応の程度は、シフト化ガス
が乾燥ベースで1容積%未満の一酸化炭素含量を有するようなものであると好ま
しい。
が乾燥ベースで1容積%未満の一酸化炭素含量を有するようなものであると好ま
しい。
【0025】 シフト反応の後、シフト化ガスを冷却して水として残留水蒸気を凝縮し、次い
でこれを分離して脱水シフト化ガスを得る。
でこれを分離して脱水シフト化ガスを得る。
【0026】 シフト反応がない場合、メタノールを分離した後には冷却段階はなく、残留ガ
スからの水の除去の必要はない。
スからの水の除去の必要はない。
【0027】 次いで、脱水シフト化ガスから、またはシフト反応がない場合には残留ガスか
ら水素を回収する。これは、吸着方法、例えば、従来法で公知の圧力スイング吸
着方法(pressure swing adsorption proces
s)により都合よく実施できる。このような方法により、典型的には95%以上
の純度、しばしば99%以上の純度の水素の生成物流と、カーボンオキシド類、
メタン及び少量の水素を含有する廃棄ガス流とが得られる。この廃棄ガスは、吸
熱性改質段階用の燃料として使用することができる。
ら水素を回収する。これは、吸着方法、例えば、従来法で公知の圧力スイング吸
着方法(pressure swing adsorption proces
s)により都合よく実施できる。このような方法により、典型的には95%以上
の純度、しばしば99%以上の純度の水素の生成物流と、カーボンオキシド類、
メタン及び少量の水素を含有する廃棄ガス流とが得られる。この廃棄ガスは、吸
熱性改質段階用の燃料として使用することができる。
【0028】 単一または複数のメタノール合成段階の後に分離したメタノールは、通常、蒸
留により精製する。かかる蒸留に必要な熱は、好適な源からの熱回収、例えば、
水蒸気発生による最初の熱回収の後の熱改質化ガスにより得ることができる。本
発明の方法をMTBE及び/またはTAMEの生産で使用すべきメタノールを製
造するために精製所で操作する場合、メタノールは商品と同様に純粋である必要
はない。従って、蒸留条件はそれほど厳しくなく、より小さいカラム及び/また
はより少数のカラムを使用することができる。
留により精製する。かかる蒸留に必要な熱は、好適な源からの熱回収、例えば、
水蒸気発生による最初の熱回収の後の熱改質化ガスにより得ることができる。本
発明の方法をMTBE及び/またはTAMEの生産で使用すべきメタノールを製
造するために精製所で操作する場合、メタノールは商品と同様に純粋である必要
はない。従って、蒸留条件はそれほど厳しくなく、より小さいカラム及び/また
はより少数のカラムを使用することができる。
【0029】 本発明の一態様を本プロセスの線図のフローシートである付記図面を参照して
説明する。この態様において、温度及び圧力は説明のためだけのものである。
説明する。この態様において、温度及び圧力は説明のためだけのものである。
【0030】 炭化水素供給原料、例えば、天然ガスまたはナフサを31絶対バールの圧力で
ライン10を経て供給する。再利用水素をライン11を経て添加し、改質装置1
4の対流区分13中の熱交換機12で370℃に混合物を加熱する。次いで、予
熱した混合物を容器15中の水素化−脱硫触媒床と硫化水素用の吸着材床の上を
通過させた。得られた脱硫化ガスにライン16を経て40絶対バールで水蒸気を
添加し、水蒸気と脱硫化供給原料の混合物を改質装置の対流区分13の熱交換機
17中で540℃に加熱し、次いで水蒸気改質触媒を含有する改質装置管18に
30絶対バールで供給した。改質化ガスは圧力26.8絶対バール及び温度86
5℃で改質装置管からでる。
ライン10を経て供給する。再利用水素をライン11を経て添加し、改質装置1
4の対流区分13中の熱交換機12で370℃に混合物を加熱する。次いで、予
熱した混合物を容器15中の水素化−脱硫触媒床と硫化水素用の吸着材床の上を
通過させた。得られた脱硫化ガスにライン16を経て40絶対バールで水蒸気を
添加し、水蒸気と脱硫化供給原料の混合物を改質装置の対流区分13の熱交換機
17中で540℃に加熱し、次いで水蒸気改質触媒を含有する改質装置管18に
30絶対バールで供給した。改質化ガスは圧力26.8絶対バール及び温度86
5℃で改質装置管からでる。
【0031】 ボイラー19、次いで熱交換機20及び21で改質化ガスから熱を回収し、次
いで改質化ガスを冷却器22で40℃に冷却する。凝縮した水蒸気を分離器23
で冷却改質化ガスから分離する。脱水改質化ガスを分離器23の塔頂から取り出
し、一部(全体の約34%)を熱交換機20内で220℃、所望のメタノール合
成温度に加熱し、次いでメタノール合成反応器24に供給する。これはメタノー
ル合成触媒の5つの床を有し、冷たい脱水化改質化ガスの残りの66%は熱交換
機20を迂回して、触媒床の間に急冷ガスとしてライン25を経て反応器24に
供給される。それぞれの床の間に注入された急冷ガスの割合は、次の床に供給さ
れるガス温度が206〜214℃の範囲であるようなものである。反応したガス
は242℃及び圧力24絶対バールでメタノール合成反応器24をでて、熱交換
機26で熱回収により冷却され、次いで冷却器27で40℃に冷却される。冷却
された反応ガスを洗浄カラム28に通過し、ここで凝縮したメタノールを分離し
、ガスから気相中のメタノールを冷水流29で洗う。得られた粗な水性メタノー
ル流を流れ30として分離する。
いで改質化ガスを冷却器22で40℃に冷却する。凝縮した水蒸気を分離器23
で冷却改質化ガスから分離する。脱水改質化ガスを分離器23の塔頂から取り出
し、一部(全体の約34%)を熱交換機20内で220℃、所望のメタノール合
成温度に加熱し、次いでメタノール合成反応器24に供給する。これはメタノー
ル合成触媒の5つの床を有し、冷たい脱水化改質化ガスの残りの66%は熱交換
機20を迂回して、触媒床の間に急冷ガスとしてライン25を経て反応器24に
供給される。それぞれの床の間に注入された急冷ガスの割合は、次の床に供給さ
れるガス温度が206〜214℃の範囲であるようなものである。反応したガス
は242℃及び圧力24絶対バールでメタノール合成反応器24をでて、熱交換
機26で熱回収により冷却され、次いで冷却器27で40℃に冷却される。冷却
された反応ガスを洗浄カラム28に通過し、ここで凝縮したメタノールを分離し
、ガスから気相中のメタノールを冷水流29で洗う。得られた粗な水性メタノー
ル流を流れ30として分離する。
【0032】 洗浄カラム28の塔頂から取り出した残留未反応ガスの一部(約65%)をラ
イン31を経て熱交換機26で加熱する。加熱した未反応ガスにライン32を経
て水蒸気を添加し、混合物を銅/酸化亜鉛/アルミナ低温シフト触媒の4つの床
を含有するシフト転化器33に187℃で供給する。洗浄カラム28の塔頂から
取り出した冷たい未反応ガスの残りの35%は熱交換機26を迂回し、触媒床の
間に急冷ガスとしてシフト転化器33にライン34を経て供給される。それぞれ
の床の間に注入された急冷ガスの割合は、次の床に供給されるガスの温度が22
9〜236℃の範囲であるようなものである。
イン31を経て熱交換機26で加熱する。加熱した未反応ガスにライン32を経
て水蒸気を添加し、混合物を銅/酸化亜鉛/アルミナ低温シフト触媒の4つの床
を含有するシフト転化器33に187℃で供給する。洗浄カラム28の塔頂から
取り出した冷たい未反応ガスの残りの35%は熱交換機26を迂回し、触媒床の
間に急冷ガスとしてシフト転化器33にライン34を経て供給される。それぞれ
の床の間に注入された急冷ガスの割合は、次の床に供給されるガスの温度が22
9〜236℃の範囲であるようなものである。
【0033】 シフト化ガスは240℃及び23絶対バールで転化器33を離れ、熱交換機3
5で160℃に冷却され、次いで冷却器36で40℃に冷却される。凝縮した水
蒸気は分離器37中でシフト化ガスから分離される。脱水シフト化ガスは分離器
37の塔頂から取り出され、圧力スイング吸着ユニット39にライン38を経て
供給される。圧力スイング吸着ユニットでは、シフト化ガスを水素流40と廃棄
ガス流41に分割する。水素流の一部は圧縮器43にライン42を経て供給され
て水素再利用流11を与え、残余は生成物水素流43となる。
5で160℃に冷却され、次いで冷却器36で40℃に冷却される。凝縮した水
蒸気は分離器37中でシフト化ガスから分離される。脱水シフト化ガスは分離器
37の塔頂から取り出され、圧力スイング吸着ユニット39にライン38を経て
供給される。圧力スイング吸着ユニットでは、シフト化ガスを水素流40と廃棄
ガス流41に分割する。水素流の一部は圧縮器43にライン42を経て供給され
て水素再利用流11を与え、残余は生成物水素流43となる。
【0034】 ライン44を経て供給原料の一部が補充された廃棄ガス流41は、改質装置管
18を加熱するのに使用する改質装置燃料として改質装置にライン45を経て供
給される。改質装置で燃焼するのに必要な空気は、改質装置14の対流区分中の
熱交換機46で予熱する。
18を加熱するのに使用する改質装置燃料として改質装置にライン45を経て供
給される。改質装置で燃焼するのに必要な空気は、改質装置14の対流区分中の
熱交換機46で予熱する。
【0035】 分離器23と37で分離された凝縮物を含み得るボイラー供給水は、熱交換機
35のシフト化ガスで熱交換によって加熱され、ボイラー19に供給材料を提供
する水蒸気ドラム48にライン47を経て供給される。水蒸気ドラム48からの
水蒸気の一部を、加熱した未反応ガスにライン32を経て添加する水蒸気として
使用する。ドラム48からの水蒸気の残りは改質装置14の対流区分中の熱交換
機49で過熱される。過熱水蒸気の一部を脱硫供給原料にライン16を経て添加
するプロセス水蒸気として使用し、残りはライン50を経て搬出することができ
る。必要により、改質装置の対流区分の熱交換機51でさらに水蒸気を発生させ
ることができる。
35のシフト化ガスで熱交換によって加熱され、ボイラー19に供給材料を提供
する水蒸気ドラム48にライン47を経て供給される。水蒸気ドラム48からの
水蒸気の一部を、加熱した未反応ガスにライン32を経て添加する水蒸気として
使用する。ドラム48からの水蒸気の残りは改質装置14の対流区分中の熱交換
機49で過熱される。過熱水蒸気の一部を脱硫供給原料にライン16を経て添加
するプロセス水蒸気として使用し、残りはライン50を経て搬出することができ
る。必要により、改質装置の対流区分の熱交換機51でさらに水蒸気を発生させ
ることができる。
【0036】 熱交換機21で回収した熱を使用して粗なメタノールを蒸留するのに必要な熱
を供給することができる。
を供給することができる。
【0037】 本発明を以下の計算例によりさらに説明する。 実施例1 この実施例では、粗なメタノール約90te/日及び水素約80te/日を製
造するための供給原料として天然ガスを使用して上記のフローシートの方法を実
施する。種々の流れの温度、圧力及び流量(最も近い整数に四捨五入)を以下の
表に示す。
造するための供給原料として天然ガスを使用して上記のフローシートの方法を実
施する。種々の流れの温度、圧力及び流量(最も近い整数に四捨五入)を以下の
表に示す。
【0038】
【表1】
【0039】 実施例2 この実施例では、本質的に同一の全体量の天然ガスから、もっと多量のメタノ
ール、約103te/日と本質的に同一量の水素、約80te/日を製造するた
めに、実施例1の方法を変形した。生成メタノールの割合を高めるために、多量
の天然ガス供給原料を改質にかけ、シフト段階は使用しなかった。分離器28で
のメタノールの分離後に残存する未反応ガスを圧力スイング吸着ユニット39に
直接供給した。この実施例では、脱水改質ガスの34%をメタノール合成急冷ガ
スとして使用した。シフト段階がないため水素はあまり生成せず、多量の一酸化
炭素を含有するためPSAからの廃棄ガスはより燃料価値が高かった。従って、
改質に使用した天然ガスが多量であったにも拘わらず、燃料として必要な天然ガ
スの量は減少した。種々の流れの温度、圧力及び流量(最も近い整数に四捨五入
)を以下の表に示す。
ール、約103te/日と本質的に同一量の水素、約80te/日を製造するた
めに、実施例1の方法を変形した。生成メタノールの割合を高めるために、多量
の天然ガス供給原料を改質にかけ、シフト段階は使用しなかった。分離器28で
のメタノールの分離後に残存する未反応ガスを圧力スイング吸着ユニット39に
直接供給した。この実施例では、脱水改質ガスの34%をメタノール合成急冷ガ
スとして使用した。シフト段階がないため水素はあまり生成せず、多量の一酸化
炭素を含有するためPSAからの廃棄ガスはより燃料価値が高かった。従って、
改質に使用した天然ガスが多量であったにも拘わらず、燃料として必要な天然ガ
スの量は減少した。種々の流れの温度、圧力及び流量(最も近い整数に四捨五入
)を以下の表に示す。
【0040】
【表2】
【0041】 実施例3 この実施例では、さらに多量のメタノール、約194te/日と少量の水素、
約62te/日を製造するために、それぞれの段階の後にメタノールの分離、水
洗を連続して実施する2つのメタノール合成段階及びより高い改質圧力を使用す
ることにより実施例2を変形した。それぞれのメタノール合成段階では、第1の
段階での急冷ガスとして脱水改質化ガスの31%を、第2の段階での急冷ガスと
して第1の段階からの未反応ガスの48%を注入する5つの床を使用した。種々
の流れの温度、圧力及び流量(最も近い整数に四捨五入)を以下の表に示す。
約62te/日を製造するために、それぞれの段階の後にメタノールの分離、水
洗を連続して実施する2つのメタノール合成段階及びより高い改質圧力を使用す
ることにより実施例2を変形した。それぞれのメタノール合成段階では、第1の
段階での急冷ガスとして脱水改質化ガスの31%を、第2の段階での急冷ガスと
して第1の段階からの未反応ガスの48%を注入する5つの床を使用した。種々
の流れの温度、圧力及び流量(最も近い整数に四捨五入)を以下の表に示す。
【0042】
【表3】
本発明の一態様を本プロセスの線図のフローシートである付記図面を参照して
説明する。この態様において、温度及び圧力は説明だけのものである。
説明する。この態様において、温度及び圧力は説明だけのものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アボット,ピーター・エドワード・ジェイ ムズ イギリス国ティーエス16・9イージェイ, クリーブランド,イーグルスクリッフ,ミ ューアフィールド・ロード,グリーブ・ハ ウス Fターム(参考) 4G040 EA03 EA06 EB12 EB32 EB33 EB35 EB43 FA04 FB05 FC09 FE06 4H006 AA02 AC29 AC41 BA05 BA06 BA07 BA21 BA55 BA56 BC10 BC11 BE60 FE11
Claims (5)
- 【請求項1】 a)高温高圧で炭化水素供給原料を水蒸気改質にかけて水素、
カーボンオキシド類、メタン及び未反応水蒸気を含有する改質化ガス流を生成し
; b)そこで水蒸気を凝縮するために改質化ガスを冷却して凝縮水を分離し; c)得られた脱水改質化ガスをさらに圧縮することなく、脱水改質化ガスをメタ
ノール合成にかけ、合成したメタノールを生成物から分離して未反応ガス流を残
し;次いで d)未反応ガス流から水素を分離する 各段階を含む、水素及びメタノールの同時製造法。 - 【請求項2】 水素を分離する前に、前記未反応ガスを水蒸気と一緒にシフト
反応にかける、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 合成したメタノールを分離した後に残る前記未反応ガスに水蒸
気を添加し、混合物をシフト反応にかけ、シフト反応を調節するために未反応ガ
スを急冷ガスとして使用する、請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 段階と段階の間に合成したメタノールを分離する2つ以上のメ
タノール合成段階がある、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項5】 冷水で洗浄することにより反応ガスから合成したメタノールを
分離する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB9714744.1 | 1997-07-15 | ||
GBGB9714744.1A GB9714744D0 (en) | 1997-07-15 | 1997-07-15 | Methanol |
PCT/GB1998/001857 WO1999003807A1 (en) | 1997-07-15 | 1998-06-24 | Process for the preparation of methanol and hydrogen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001510140A true JP2001510140A (ja) | 2001-07-31 |
Family
ID=10815788
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000503040A Pending JP2001510140A (ja) | 1997-07-15 | 1998-06-24 | メタノール及び水素の製造方法 |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6214314B1 (ja) |
EP (1) | EP0998439A1 (ja) |
JP (1) | JP2001510140A (ja) |
KR (1) | KR20010021833A (ja) |
AU (1) | AU8122198A (ja) |
CA (1) | CA2293288A1 (ja) |
GB (1) | GB9714744D0 (ja) |
WO (1) | WO1999003807A1 (ja) |
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