JP2013517197A - 炭化水素を改質するプロセス - Google Patents
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Abstract
Description
(a)水蒸気を炭化水素原料に添加して炭化水素−水蒸気混合物を形成し、炭化水素−水蒸気混合物に、放射炉内に配置されたバーナーによって加熱される複数の触媒管を備えた該放射炉における第1改質段階を通過させ、部分的に改質された炭化水素ストリームを取り出すことによって、炭化水素原料を改質するステップと;
(b)放射炉からの部分的に改質されたストリームに、ステップ(c)からの合成ガスの熱流出物の少なくとも一部と間接熱伝導関係にある複数の触媒管を備えた熱交換改質器における第2改質段階を通過させ、熱交換改質器から、合成ガスの冷却された流出物と、部分的に改質された炭化水素ストリームの流出物ストリームとを取り出すステップと;
(c)熱交換改質器からの部分的に改質された炭化水素ストリームに、触媒固定床を備えた自己熱改質段階(ATR)または触媒固定床を場合により備えた部分酸化段階(POx)を通過させ、少なくとも一部がステップ(b)の熱交換改質器において加熱媒体として用いられる、合成ガスの熱流出物ストリームを取り出すステップと
を含み、冷却媒体をステップ(b)の熱交換改質器に添加することをさらに含むプロセスを提供する。
一次改質器において必要とされる義務がより少なく、より小さな一次改質器をもたらす。
一次改質器における設計温度がより低く、管壁厚をより薄くすることが可能である。
全プロセスガス流が二次改質器を経由し、低いメタンスリップの維持を可能にする。このことは、アンモニア適用について、アンモニア合成ループからのパージを結果としてより少なくする。
構成材料がより安い;より安価な熱交換改質器。
フロントエンド圧力(front−end pressure)をより高くすることが可能である(合成ガス調製セクションにおける圧力がより高い)。
CO2除去に関係するエネルギー効率が増大する。
パイプのサイズがより小さい。
1.炭化水素原料から合成ガスを製造するためのプロセスであって:
(a)水蒸気を炭化水素原料に添加して炭化水素−水蒸気混合物を形成し、炭化水素−水蒸気混合物に、放射炉内に配置されたバーナーによって加熱される複数の触媒管を備えた該放射炉における第1改質段階を通過させ、部分的に改質された炭化水素ストリームを取り出すことによって、炭化水素原料を改質するステップと;
(b)放射炉からの部分的に改質されたストリームに、ステップ(c)からの合成ガスの熱流出物の少なくとも一部と間接熱伝導関係にある複数の触媒管を備えた熱交換改質器における第2改質段階を通過させ、熱交換改質器から、合成ガスの冷却された流出物と、部分的に改質された炭化水素ストリームの流出物ストリームとを取り出すステップと;
(c)熱交換改質器からの部分的に改質された炭化水素ストリームに、触媒固定床を備えた自己熱改質段階(ATR)または触媒固定床を場合により備えた部分酸化段階(POx)を通過させ、少なくとも一部がステップ(b)の熱交換改質器において加熱媒体として用いられる、合成ガスの熱流出物ストリームを取り出すステップと
を含み、冷却媒体をステップ(b)の熱交換改質器に添加することをさらに含むプロセス。
2.冷却媒体を熱交換改質器の管支持構造体に直接添加することをさらに含む、特徴1に記載のプロセス。
3.熱交換改質器における冷却媒体を、放射炉からの部分的に改質されたストリームと混合させることをさらに含む、特徴1または2に記載のプロセス。
4.冷却媒体が水蒸気である、特徴1〜3のいずれか一つに記載のプロセス。
5.水蒸気が、ステップ(a)の第1改質段階において炭化水素原料に添加された水蒸気に由来する、特徴4に記載のプロセス。
6.ステップ(c)からの合成ガスの熱流出物の全てが、ステップ(b)の熱交換改質器における加熱媒体として用いられる、特徴1〜5のいずれか一つに記載にプロセス。
7.該部分的に改質された炭化水素ストリームが、700℃〜840℃、好ましくは750℃〜790℃の温度を有し;
該冷却媒体が、340℃〜420℃、好ましくは370℃〜390℃の温度を有し;
該部分的に改質された炭化水素ストリームが、745℃〜905℃、好ましくは800℃〜850℃の温度を有し;
合成ガスの該熱流出物ストリームが、930℃〜1130℃、好ましくは1000℃〜1060℃の温度を有し、
合成ガスの該冷却された流出物が、710℃〜870℃、好ましくは750℃〜810℃の温度を有する、特徴1〜6のいずれか一つに記載のプロセス。
8.熱交換改質器が、バヨネット管型反応器、チューブおよびシェル熱交換器、ならびに二重管の内側に配置された触媒と、二重管の外側に配置された触媒と、二重管の外側および内側に配置された触媒とを有する二重管反応器から選択される、特徴1〜7のいずれか一つに記載にプロセス。
9.放射炉における該第1改質段階を行う前に、炭化水素原料に、断熱式予備改質段階を通過させることをさらに含む、特徴1〜8のいずれか一つに記載のプロセス。
10.ステップ(b)の合成ガスの流出物を、アンモニア合成ガス、メタノール合成ガス、DME合成ガス、フィッシャートロプシュ合成によって炭化水素を製造するための合成ガス、または水素に変換することをさらに含む、特徴1〜9のいずれか一つに記載のプロセス。
表1は、添付の図に表示されているレイアウトによる、放射炉からの386000Nm3/hのプロセスガスを処理し、37バールgでプロセスを作動させる熱交換改質器における、上記のような内側管、外側管およびスリーブを含有する長さ6mのバヨネット型触媒管の壁温を示す。放射炉に入る炭化水素混合物−水蒸気におけるS/C比は2.5であり、21体積%の酸素を含むプロセス空気をATRに注入する。放射炉からのガスの出口温度は770℃であり、ATRからの流出物ガスの温度は1029℃である。触媒管の底において、壁温は897℃であり、ATRからの合成ガスが熱交換改質器を経る通路において冷却されるに従って、触媒管の壁温が減少する。合成ガスが熱交換反応器を離れる管頂部では、合成ガス温度が789℃まで減少した一方で、管壁温度は782℃まで減少した。なお、この壁温は、メタルダスティングの危険がある温度の範囲外にあるのに十分に高い(最高で750℃)。最も低温である改質器頂部では、管板は、770℃の温度を通常は経験する。プロセス水蒸気の一部、およそ40t/hは、プロセスにおいて用いられる水蒸気の合計の18.5体積%に相当し、一次改質段階をバイパスして、ストリーム9として熱交換改質器に別個に添加される。管板は、これにより425℃の温度を経験し、このことは、改質性能に影響することなく熱交換改質器においてより安い材料を使用することを可能にする。623,000Nm3/hの合成ガスがATRを離れ、これにより熱交換改質器もまた離れて、0.22モル%(乾燥)のメタンスリップを有して下流のプロセスに向かう。通常は、約0.4モル%(乾燥)未満のメタンスリップが低いと考えられる。
Claims (10)
- 炭化水素原料から合成ガスを製造するためのプロセスであって:
(a)水蒸気を炭化水素原料に添加して炭化水素−水蒸気混合物を形成し、炭化水素−水蒸気混合物に、放射炉内に配置されたバーナーによって加熱される複数の触媒管を備えた前記放射炉における第1改質段階を通過させ、部分的に改質された炭化水素ストリームを取り出すことによって、炭化水素原料を改質するステップと;
(b)放射炉からの部分的に改質されたストリームに、ステップ(c)からの合成ガスの熱流出物の少なくとも一部と間接熱伝導関係にある複数の触媒管を備えた熱交換改質器における第2改質段階を通過させ、熱交換改質器から、合成ガスの冷却された流出物と、部分的に改質された炭化水素ストリームの流出物ストリームとを取り出すステップと;
(c)熱交換改質器からの部分的に改質された炭化水素ストリームに、触媒固定床を備えた自己熱改質段階(ATR)または部分酸化段階(POx)を通過させ、少なくとも一部がステップ(b)の熱交換改質器において加熱媒体として用いられる、合成ガスの熱流出物ストリームを取り出すステップと
を含み、冷却媒体をステップ(b)の熱交換改質器に添加することをさらに含むプロセス。 - 冷却媒体を熱交換改質器の管支持構造体に直接添加することをさらに含む、請求項1に記載のプロセス。
- 熱交換改質器における冷却媒体を、放射炉からの部分的に改質されたストリームと混合させることをさらに含む、請求項1または2に記載のプロセス。
- 冷却媒体が水蒸気である、請求項1〜3のいずれか一つに記載のプロセス。
- 水蒸気が、ステップ(a)の第1改質段階において炭化水素原料に添加された水蒸気に由来する、請求項4に記載のプロセス。
- ステップ(c)からの合成ガスの熱流出物の全てが、ステップ(b)の熱交換改質器における加熱媒体として用いられる、請求項1〜5のいずれか一つに記載にプロセス。
- 前記部分的に改質された炭化水素ストリームが、700℃〜840℃、好ましくは750℃〜790℃の温度を有し;
前記冷却媒体が、340℃〜420℃、好ましくは370℃〜390℃の温度を有し;
前記部分的に改質された炭化水素ストリームが、745℃〜905℃、好ましくは800℃〜850℃の温度を有し;
前記合成ガスの熱流出物ストリームが、930℃〜1130℃、好ましくは1000℃〜1060℃の温度を有し、
前記合成ガスの冷却された流出物が、710℃〜870℃、好ましくは750℃〜810℃の温度を有する、請求項1〜6のいずれか一つに記載のプロセス。 - 熱交換改質器が、バヨネット管型反応器、チューブおよびシェル熱交換器、ならびに二重管の内側に配置された触媒と、二重管の外側に配置された触媒と、二重管の外側および内側に配置された触媒とを有する二重管反応器から選択される、請求項1〜7のいずれか一つに記載にプロセス。
- 放射炉における前記第1改質段階を行う前に、炭化水素原料に、断熱式予備改質段階を通過させることをさらに含む、請求項1〜8のいずれか一つに記載のプロセス。
- ステップ(b)の合成ガスの流出物を、アンモニア合成ガス、メタノール合成ガス、DME合成ガス、フィッシャートロプシュ合成によって炭化水素を製造するための合成ガス、または水素に変換することをさらに含む、請求項1〜9のいずれか一つに記載のプロセス。
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