JP2022533692A - 合成ガス製造用の炉及び製法 - Google Patents
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Abstract
ガス田、精製所改質用、ガス化による石油化学プラント又は水素生成用の炉(1)であって、炉(1)は、放射ゾーン(2)と、対流ソーン(3)と、少なくとも2つの分離されたプロセスガス流(A)及び(B)がそれぞれ通過する第1の導管(4)及び少なくとも第2の一連の導管(5)とを備え、第1のプロセス流(A)は、対流ゾーン(2)から炉(1)に入り、第1の一連の導管(4)を通って通過し、放射ゾーン(3)の前記炉を出るか、又は代替的に、前記第1のプロセス流が放射ゾーン(2)を通って前記炉(1)に入り、前記第1の一連の導管(4)を通って流れ、前記放射ゾーン(2)から前記炉を出て;第2のプロセス流は、酸性ガスの処理が意図されており、前記対流ゾーン(2)から第2の一連の導管(5)を通って前記炉(1)に入り、対流ゾーン(2)を通って前記炉(1)から出て、前記第2の一連の導管(5)は、酸性ガスに対して耐性の原料からなる。このような炉において合成ガスを製造する製法は、第1の一連の導管内におけるメタンの水蒸気改質と、第2の一連の導管におけるH2Sの触媒分解を含む。
Description
本発明は、ガス田用、精製改質用、ガス化による水素製造用の炉、及び石油化学工業に関する。
化石燃料源(原油、天然ガス、シェールガス及び石油、石炭)及び非化石燃料源(バイオマス、バイオガス、地熱)のあらゆる公知の使用は、CO2及びH2S(CO2 e H2S)を異なった比率で同時に作り出す原因となる。
このような物質を離散量で含むガスは、特定された酸性ガス又は排ガスであり、それらが主な原因となる地球温暖化や気候変動の面で劇的な影響を及ぼすことから、関連する科学的議論の対象となっている。
現在まで、酸性ガスは、極微量だけでなく、再利用されていない。大気中に放出する唯一の代替手段は、酸性ガスを捕捉して大水深の深い海域や遠隔地下の場所に保管することである。そのような極端な手段は、その可能な実施と効率に関して、どのような場合でも議論されている。
本出願人の特許文献1において、合成ガス(CO及びH2、又は合成ガス)を製造するために前記酸性ガスを使用することが開示されている。
合成ガスの製造は、以下の吸熱反応に従って行われる:
CO2+2H2S=CO+H2+S2+H2O
CO2+2H2S=CO+H2+S2+H2O
必要なエネルギー供給は、発熱反応によって提供される:
H2S+1.5O2=SO2+H2O
H2S+1.5O2=SO2+H2O
このプロセスは、いかなる場合においても、既設のプラントへの改変が少なく、他の製造に結合できるので、明らかに汎用性があるが、相当量の活性化エネルギーを必要とする。実際、むしろ高い運転温度は800℃よりも高く、場合によっては1300℃を超える。さらに、第2の発熱反応に使用される酸素は、有害な放出を示す過大なSO2酸化を避けるために注意深く添加されなければならず、これは、例えば、クラウス反応プラント又は硫酸製造プラントによって除去されなければならない。
このように、このようなガスの排出量と可能な汚染排出量を削減するために、代替的な解決策を見つける必要性が認識されている。
特許文献2は、このような目的のための反応装置及び改質装置を備えた鉄鉱物のガス還元用の装置を開示している。後者は、管束及び2つの対流チャンバを含む放射チャンバを含み、放射チャンバのうち、放射ゾーンからさらに離れた第2のチャンバにも管束が設けられる。当該装置は、更に、改質装置と反応装置とを流体連通させる一連のダクトを備える。
特に、2つの対流チャンバは互いに離間して配置され、特に後者は放射ゾーンから離れて明確に配置される。
従って、たとえ水蒸気改質装置に流入するより多くの流れ(flow)と、そこから流出する流れとを区別することが可能であっても、
-天然ガス流は、第1の対流チャンバを通過して、改質反応が行われる放射ゾーンの管束に入り、一方、生成されたガスは、放射ゾーンを離れる;
-そして、放射ゾーンを出るガスの混合物から生じる第2の流れは、第2の対流チャンバに入り、そこから出て反応装置に案内される;第2の対流チャンバに流入して流出する第2の流れは、いかなる場合においても、放射ゾーンの近くに配置された第1の対流チャンバから非常に遠く離れており、分離されている。
-天然ガス流は、第1の対流チャンバを通過して、改質反応が行われる放射ゾーンの管束に入り、一方、生成されたガスは、放射ゾーンを離れる;
-そして、放射ゾーンを出るガスの混合物から生じる第2の流れは、第2の対流チャンバに入り、そこから出て反応装置に案内される;第2の対流チャンバに流入して流出する第2の流れは、いかなる場合においても、放射ゾーンの近くに配置された第1の対流チャンバから非常に遠く離れており、分離されている。
このような最新技術、特に、特許文献1の問題を克服するために、高付加価値製品の合成を意図した中間製品を得るための工業プロセスに加えて、このような有害排出物の処理反応を、特にCO2やH2Sのような酸性ガス、特にH2Sについて行うことができる炉を着想した。
本発明の目的は、
-放射ゾーンと、
-対流ゾーンと、
-少なくとも2つの分離されたプロセスガスがそれぞれ通過する第1及び少なくとも第2の一連の導管と、を備える炉であって、前記炉において、
・ 第1のプロセス流は、対流ゾーンを通って前記炉に入り、前記第1の一連の導管を通って流れ、放射ゾーンを通って前記炉から出るか、又は代替的に、前記第1のプロセス流は、前記放射ゾーンの前記炉に入り、前記第1の一連の導管を通って流れ、前記放射ゾーンを通って前記炉から出て;
・ 第2のプロセス流は、酸性ガスを処理するためのものであって、対流ゾーンを通って前記炉に入り、前記第2の一連の導管を通って流れ、対流ゾーンを通って前記炉から出て、
・ 前記第2の一連の導管は、酸性ガスに耐性を有する材料で作られている。
-放射ゾーンと、
-対流ゾーンと、
-少なくとも2つの分離されたプロセスガスがそれぞれ通過する第1及び少なくとも第2の一連の導管と、を備える炉であって、前記炉において、
・ 第1のプロセス流は、対流ゾーンを通って前記炉に入り、前記第1の一連の導管を通って流れ、放射ゾーンを通って前記炉から出るか、又は代替的に、前記第1のプロセス流は、前記放射ゾーンの前記炉に入り、前記第1の一連の導管を通って流れ、前記放射ゾーンを通って前記炉から出て;
・ 第2のプロセス流は、酸性ガスを処理するためのものであって、対流ゾーンを通って前記炉に入り、前記第2の一連の導管を通って流れ、対流ゾーンを通って前記炉から出て、
・ 前記第2の一連の導管は、酸性ガスに耐性を有する材料で作られている。
この炉は、例えば、ガス化及び石油化学工業用に意図されたプラントによって、精製所、ガス田、改質プラント又は水素発生プラントに導入することができる。
本発明の炉内で第2のガス流が通過する第2の一連の導管は、酸性ガスを意図しているため、酸性ガスに対して耐性のある材料で作られなければならない。酸性ガスに耐性のある材料とは、そのような目的のために当該技術分野の当業者に使用され、知られている全ての材料を意味する。
本発明による炉の好ましい実施の形態によれば、第2の一連の導管は触媒を含む。
本発明による炉の別の好ましい実施形態によれば、第1の一連の導管は、触媒を含む。
本発明による炉の更なる好ましい実施形態によれば、第1及び第2の一連の双方は触媒を含む。
本発明に係る炉は、好ましくは、下記の反応スキームに従って生じる水蒸気改質処理による合成ガス製造に向けられる:
R1: CH4+H2O=CO+3H2
R1: CH4+H2O=CO+3H2
図3のブロック図では、このプロセスの様々なステップと関連する作動装置が報告されている。特に、反応R1が行われる従来の炉又は水蒸気メタン改質器は、SMR(Steam Methane Reformer)という頭文字で示されている。
この図3において、炉の上流側のSMRでは、原料天然ガスが、以下、「SWEETENING」と表示されたスイートニング装置(sweetning unit)(以下、「SWEETENING」と示された装置)内に移送され、これにより酸性ガスH2SとCO2が分離される。好ましくは、アミン/水の混合物と共にアミンスイートニング技術が使用され、ここでアミンは、好ましくは、MEA(メチルアミン)、DEA(ジエチルアミン)、MDEA(メチルジエタノールアミン)、又は他の同様に効率的な技術(例えば、収着促進、水性ガスシフト又は他の高温分離)である。
こうして精製されたガスは、反応R1が起こるSMR装置に移送される。
この炉では、蒸気は、好ましくは化学量論比に対して超過し、反応R1を許容するように送られる。SMRから出たガスは、CO、H2、H2O及び未反応CH4を含んでおり、水性ガスシフト反応器又は装置(以下、WGSR)に送られ、ここでシフト反応R2が行われる: CO+H2O=CO2+H2
通常、このような反応R2は、H2/CO間のモル比を調整し、次の化学合成(例えば、塩基性有機物又は肥料工業)の形態及び効率を最適化し、又は水素製造(例えば、精製又はガス化)を最大化するために採用される。既知のように反応方向は、WGSRの運転温度に依存する。
プロセス流がWGSRから離れる際、プロセス流は蒸気を除去するための装置又は脱水装置(以下、De-W(De-watering))で処理される。特に、蒸気を除去するためのこのような装置は、その内部で処理されたプロセス流内に含まれる水が凝縮によって除去される装置で構成される。
続いて、De-Wを出たプロセス流は、圧力スイング装置(以下、「PSA」)に送られる。特に、PSAとは、H2製造を最大化するために、以下のステップで使用される、少なくともH2とCO2を分離できる装置を意味する。分離された水素は、例えば、水素-脱硫(Hydro-DeSolforation)装置(以下、「HDS」)、例えば、クラウス反応型の触媒列に送られ、その処理前に石油から硫黄を除去する。
反応R1が生じる本発明による炉は、熱交換が対流によって生じる上側の対流ゾーンを含む。放射ゾーンとして定義される下部は、反応R1を行うために一般的に使用される触媒を含む一連の導管に照射するように構成された、1つ以上の垂直方向及び/又は水平方向の燃焼部を備えた火室を備える。従来の炉に入るプロセス流体が通過する対流ゾーンは、酸素の存在下で可燃性ガスの燃焼のために放射ゾーンで生成される排出ガスによって対流によって加熱される。これにより、炉に入るガスのプロセス流は予熱ステップを経る。
上述したように、炉が第1及び第2の一連の導管を備える点で従来の炉と異なる。第1の一連の導管では反応R1が行われ、第2の一連の導管ではH2Sガスのみが移送される。特に、本発明による炉は、より多くのバリエーションに従って設計されてもよく、その中で、最初のものが確かに好ましいものである。
第1変形例:対流-対流(図1)
第1の変形例では、天然ガス、好ましくはメタンと水蒸気の混合物を含む炉1に入る第1のプロセス流Aは、上述の従来のSMR型炉と同様に処理される。換言すれば、メタン及び蒸気は、後者が好ましくは化学量論比に関して超過し、最初に対流ゾーン3を通過し、次に放射ゾーン2を通過する。放射ゾーン2を通過する間、第1のプロセス流は、反応R1が起こる第1の一連の導管4内で再分割される。放射ゾーン2の側面から炉1を出る第1のプロセス流は、COとH2の混合物と、選択的にメタンと未反応蒸気とを含む。反応R1は550℃から1050℃の間、好ましくは750℃から900℃の間で行われ、より好ましくは800℃の温度で反応R1が行われる。本発明の目的のために、炉内の第1のプロセス流の圧力は、少なくとも、0.1MPa(1bar)から5.0MPa(50bar)の間、好ましくは1.0MPa(10bar)から4.0MPa(40bar)の間で構成され、より好ましくは第1のプロセス流の圧力は2.0MPa(20bar)である。
第1の変形例では、天然ガス、好ましくはメタンと水蒸気の混合物を含む炉1に入る第1のプロセス流Aは、上述の従来のSMR型炉と同様に処理される。換言すれば、メタン及び蒸気は、後者が好ましくは化学量論比に関して超過し、最初に対流ゾーン3を通過し、次に放射ゾーン2を通過する。放射ゾーン2を通過する間、第1のプロセス流は、反応R1が起こる第1の一連の導管4内で再分割される。放射ゾーン2の側面から炉1を出る第1のプロセス流は、COとH2の混合物と、選択的にメタンと未反応蒸気とを含む。反応R1は550℃から1050℃の間、好ましくは750℃から900℃の間で行われ、より好ましくは800℃の温度で反応R1が行われる。本発明の目的のために、炉内の第1のプロセス流の圧力は、少なくとも、0.1MPa(1bar)から5.0MPa(50bar)の間、好ましくは1.0MPa(10bar)から4.0MPa(40bar)の間で構成され、より好ましくは第1のプロセス流の圧力は2.0MPa(20bar)である。
第2のプロセス流は、H2Sを含む酸性ガスの混合物からなり、これにより、例えばHDSのような後処理、及び流入するCO2及び他の排出物を還元するための水素の製造を増加させることができる。
第1の変形例に係る炉1に入って対流ゾーン3を通過する第2のプロセス流は、炉1から出る。換言すれば、第2のプロセス流は、対流ゾーン3において、第2の一連の導管5に再分割され、このような対流ゾーン3を一旦通過した後に炉1を出る。第2の一連の導管5には、1つ又は複数の反応を最適化することができる触媒が設けられていることに留意されたい。本発明によれば、触媒は、ガンマアルミナ、ニッケル、コバルト、モリブデン、鉄、銅及び触媒作用における他の公知の元素から、それらの任意に担持された形態で選択される。
2番目の変形例:対流-放射(図2)
第2の変形例では、天然ガス、好ましくはメタンと水蒸気の混合ガスを含む第1のプロセス流Aは、炉1に入り、従来のSMR型炉の場合と同様に処理される。
第2の変形例では、天然ガス、好ましくはメタンと水蒸気の混合ガスを含む第1のプロセス流Aは、炉1に入り、従来のSMR型炉の場合と同様に処理される。
第2の変形例では、H2Sを含む第2のプロセス流Bは、対流ゾーン3へと炉1に入り、放射ゾーン2を通過して炉1を出る。特に、第2のプロセス流Bは、第2の一連の導管5において再分割され、初めに対流ゾーン3を通過し、後に放射ゾーン2を通過する。
第3の変形例 放射-放射(図示せず)
第3の変形例では、天然ガス、好ましくはメタン、及び蒸気の混合物を含むプロセスの第1のプロセス流Aは、炉1に入り、放射ゾーン2に直接送られ、一連の導管4を通過して放射ゾーンを離れる。さらに、H2Sを含む第2のプロセス流Bは炉内に進入して、第2の一連の導管5を通過する放射ゾーン2に直接送られる。
第3の変形例では、天然ガス、好ましくはメタン、及び蒸気の混合物を含むプロセスの第1のプロセス流Aは、炉1に入り、放射ゾーン2に直接送られ、一連の導管4を通過して放射ゾーンを離れる。さらに、H2Sを含む第2のプロセス流Bは炉内に進入して、第2の一連の導管5を通過する放射ゾーン2に直接送られる。
変形例の中の選択は、従来のSMR炉を本発明による炉に変える場合に、新しいプラントの建設を設計する段階の間、又は改造事例において炉1を再設計する段階の間に想定される条件によって決定され得る。
図4~6において、炉1が挿入されるプラントの好ましい実施形態が説明される。特に、第2の進入プロセス流は、H2Sの混合物から構成され、詳細には、第2の進入プロセス流は、分解反応R3が行われる第2の一連の導管5において移送される:
R3:H2S=H2+0.5S2
R3:H2S=H2+0.5S2
本発明の目的のために、反応R1が行われる炉の部分はSMRとして識別され、一方、反応R3が行われる炉の部分は硫化水素触媒分解(Sulphidric Acid cathalytic Splitting)と呼ばれ、以下、図に示されるようにSACSと表示される。
したがって、炉1は、SMR部と、以下ではSACSの頭文字で識別される前記反応が行われる部分とを備える。
R3反応は、制御された温度の炉1の対流ゾーン3で行われることが好ましく、第2の一連の導管5に存在する触媒によって保証される。
有利には、R3反応は、H2Sから水素及び硫黄元素への実質的に完全な変換(約97%)を容易にする。
詳細には、R3反応は、300℃から1050℃の間、好ましくは400℃から900℃の間、より好ましくは500℃から750℃の間の温度の範囲で行われ、最も好ましくは、R3反応は600℃から650℃の間に含まれる温度で行われる。
炉内の第2のプロセス流の圧力は、少なくとも0.001MPa(0.01bar)~5.0MPa(50bar)の間、好ましくは0.05MPa(0.5bar)~2.5MPa(25bar)の間、より好ましくは0.1MPa(1bar)~0.5MPa(5bar)の間の範囲に含まれる。
本発明によれば、SACS内部の第2のプロセス流の滞留時間は、少なくとも0.01~5秒、好ましくは0.1~2秒である。
このとき、第2の一連の導管、SACSから流出する第2のプロセス流は、未反応H2,S2,H2Sの混合物からなり、De-Sに送られる。De-Sにおいて、S2は、混合物からの凝縮によって部分的に分離される。
対流部の内部にエネルギー回収を配置して、触媒変換R3に適応した温度を促進することができ、例えば、SACSの変換導管を回収交換器の予め確立された温度未満の状態にして、変換の専用にするために最も高い熱供給を有するようにすることができる。
かなりのH2S流量がある場合、それ自身の火室が次々に構成する完全に分離された装置を想定することができる。
有利には、他の反応生成物及び/又は副生物が存在しないので、プロセス全体の選択性は水素100%に等しく、後述するリサイクルのおかげで収量も同様に完全である。
De-S装置を離脱する処理の流れは、H2S混合物及びH2Sの少ない割合からなり、以下のいずれかの実施形態に従って処理される:
- 第1の実施形態では、混合物は、H2SがH2から分離されるSWEETENING-3装置に送られる。続いて、H2Sはリサイクルされ、反応R3が起こる前記炉に入る第2のプロセス流に移送される。SWEETENING-3装置から出た水素は、H2がCO2から分離される圧力スイング吸着法PSAの上流側の脱水装置De-Wから出たプロセス流と共に移送される;
- 第2の実施形態では、混合物は圧力スイング吸着法PSA装置に送られる;
- 第3の実施形態では、混合物は水素化脱硫装置HDSに送られる。
- 第1の実施形態では、混合物は、H2SがH2から分離されるSWEETENING-3装置に送られる。続いて、H2Sはリサイクルされ、反応R3が起こる前記炉に入る第2のプロセス流に移送される。SWEETENING-3装置から出た水素は、H2がCO2から分離される圧力スイング吸着法PSAの上流側の脱水装置De-Wから出たプロセス流と共に移送される;
- 第2の実施形態では、混合物は圧力スイング吸着法PSA装置に送られる;
- 第3の実施形態では、混合物は水素化脱硫装置HDSに送られる。
好ましくは、De-Sを出るプロセス流は、S2、H2及び未反応H2Sを含み、反応器内で残留硫黄蒸気の水素化反応R4に従う:
R4: H2+0.5S2=H2S
R4: H2+0.5S2=H2S
H2及びH2Sを含む硫黄蒸気の水素化が生じる反応器を離れる混合物は、後に、上記の異なる実施形態に従って処理される。
有利には、SMR+SACSは、プラント内部の水素の再循環を促進することを可能にする。このような再循環は、今度は、一連の二次的な効果を伴って、SACS装置の入口におけるメタン負荷を減少させる:
- 装置に供給する蒸気の削減;
- 火室へのメタン供給量の削減;
- 火室での化学量論的燃焼の低減;
- 装置に供給する蒸気の削減;
- 火室へのメタン供給量の削減;
- 火室での化学量論的燃焼の低減;
すでに述べた入り込むメタンの削減に加えて、このような効果は、SACSの上部から出る排出ガス流量と、PSA装置によって放出されるCO2流量の低減に寄与する。さらなる排出量の削減は、例えばクラウス反応プロセスのような従来の硫黄回収装置(SRU)におけるH2S燃焼の不足のために、これらが追加される。
図4~図6の異なった実施形態では、おそらく第1のプロセス流、及び確実に前記炉に入る第2のプロセス流はメタン、CO2及びH2Sの混合物を含んでおり、原料天然ガスを受け取る少なくともスイートニング装置から来ることに留意されたい。
具体的には、第1のプロセス流の混合ガスは、水蒸気を添加したメタンを含んでおり、改質反応を行うために、メタンからH2S、CO2を分離するように構成されたスイーテニング装置により処理される。
好ましくは、原料天然ガスは、天然ガスとCO2を含む混合物からH2Sを分離するように構成された第1のSWEETENING-1装置によって処理される。これにより、H2Sは、SACS装置に第2のプロセス流として送られ、一方、天然ガスとCO2とを含む混合物は、天然ガスからCO2を分離するように構成された第2のSWEETENING-2装置に送られる。これにより、分離された天然ガスは、第1のプロセス流としてSMR装置に送られ、一方、分離されたCO2は、リサイクル又は処理される。
従来のSMRプロセス(図3)及び本発明によるSMR+SACSプロセスとの比較例(図4)
SMR+SACS装置のシミュレーションは、ミラノ工科大学のサステイナブルプロセス工学センター(SuPER)で開発された変換熱システム(熱分解及び燃焼)を解析し、検証するため、計算ソフトDSmokeを用いて実施された。Dsmokeは、実験データにより検証され、速度論(30k反応)(30k reactions)と熱力学(NIST)データベースに基づくソフトウェアであって、40超のアプリケーションにおいて工業的に存在する。Dsmokeの結果をシミュレーション一式PRO/II(Schneider‐Electric社製)に統合した。
SMR+SACS装置のシミュレーションは、ミラノ工科大学のサステイナブルプロセス工学センター(SuPER)で開発された変換熱システム(熱分解及び燃焼)を解析し、検証するため、計算ソフトDSmokeを用いて実施された。Dsmokeは、実験データにより検証され、速度論(30k反応)(30k reactions)と熱力学(NIST)データベースに基づくソフトウェアであって、40超のアプリケーションにおいて工業的に存在する。Dsmokeの結果をシミュレーション一式PRO/II(Schneider‐Electric社製)に統合した。
SMRベースケース
SMRを備えた新規のSACS装置(以下の例で取り扱う)の性能を評価し比較するために選択された規範事例を表1に報告する。規範事例について、図3のプロセス図表を検討し、SMR従来型炉であって、第2の一連の導管が存在せず、従ってSACSを伴わないものを検討し、Commercial Suite PRO/II(Regisrated)(Schneider-Electric社製)を用いて得られた関連する結果を図7に要約する。
SMRを備えた新規のSACS装置(以下の例で取り扱う)の性能を評価し比較するために選択された規範事例を表1に報告する。規範事例について、図3のプロセス図表を検討し、SMR従来型炉であって、第2の一連の導管が存在せず、従ってSACSを伴わないものを検討し、Commercial Suite PRO/II(Regisrated)(Schneider-Electric社製)を用いて得られた関連する結果を図7に要約する。
ガス田におけるSACS+SMRの処理方式を図4に示す。本発明のSACSは、スイートニングからの天然ガス(NG)を受け取るだけでなく、従来のSMRとは異なり、対流的に配置され、R3転化を意図した触媒導管の領域でH2S流を受け取る。SACSから出た排出物は、硫黄を分離するための公知のシステムに送られ、未反応生成物の分離及びSACSの上流での再循環の際に、得られた水素はWGSRセクションの下流側に送られ、PSA又は、水素余剰として直接HDSに入る。
このようにして得られた水素は、従来の改質転換R1から生じる流量寄与と、R3反応から生じる追加的な部分とを表す。必要に応じて、R3によって生成された水素は、例えば化学合成の場合、R1反応によって得られる合成ガスのH2/COを調節するのに寄与することができる。
Commercial Suite PRO/II(Regisrated)(Schneider-Electric社製)で得られた利点を図8にまとめる。分析はSACSを用いて600℃、0.18MPa(1.8bar)にて行い、各単一導管に関してワンススルー転化率は97%に等しく、未反応生成物をその後に再循環させる。全体として、これは、従来のSMRに匹敵する条件及び供給において、本発明SACS+SMRが以下を可能にすることを理解できる:
5.水素製造量が228.4kg/hから261.05kg/h(+14.3%)に増大する
6.水蒸気改質装置に関する蒸気の要求を削減する(-28.6%)
7.SMRに関して大気中に放出される排出ガスを削減(-23.6%)
8.PSA装置からのCO2排出量を削減(-14.3%)
5.水素製造量が228.4kg/hから261.05kg/h(+14.3%)に増大する
6.水蒸気改質装置に関する蒸気の要求を削減する(-28.6%)
7.SMRに関して大気中に放出される排出ガスを削減(-23.6%)
8.PSA装置からのCO2排出量を削減(-14.3%)
ワンススルー転化が96%より高いので、本発明SACS(図5及び図6)に関して他の実施形態も考えられる。実際には、分離部Sweetening-3を取り外し、硫黄元素の除去時に流れを直接PSAに送ることが可能である。このとき、PSAは、H2 Sの残留部分を取り除く。
更なる代替案として、Sweetening‐3プロセスを取り去ることにより、残留H2Sとともに水素の流れを直接HDSに送ることができる。このような解決策は、H2Sの水素ポテンシャルが、精製所/ガス田にすでに存在する処理リサイクルにより完全に回収されるので好ましい。
Claims (11)
- ガス田、精製所改質用、ガス化による石油化学プラント又は水素生成用の炉(1)であって、前記炉(1)は、
放射ゾーン(2)と、
対流ソーン(3)と、
少なくとも2つの分離されたプロセスガス(A)及び(B)がそれぞれ通過する第1の一連の導管(4)及び少なくとも第2の一連の導管(5)と、を備え、
第1のプロセス流(A)は、対流ゾーン(3)を通って前記炉(1)に入り、前記第1の一連の導管(4)を通って流れ、前記放射ゾーン(2)を通って前記炉を出るか、又は代替的に、前記第1のプロセス流は、前記炉(1)に入り、前記第1の一連の導管(4)を通って流れ、前記放射ゾーン(2)から出て;
少なくとも第2のプロセス流(B)は、第2の一連の導管(5)を通って流れ、前記対流ゾーン(3)を通って前記炉(1)に入り、対流ゾーン(2)を通って前記炉(1)から出て、
前記第2の一連の導管(5)は、酸性ガスに対して耐性の原料からなる、
炉(1)。 - 前記第2の一連の導管(5)は、触媒を含む、請求項1に記載の炉。
- 請求項1又は2のいずれかに記載の炉(1)において実施される次の段階を含み、メタンから水蒸気改質により合成ガスを製造する製法であって:
メタンと水蒸気の混合物を含む第1のプロセス流(A)は、前記炉(1)に入り、前記第1の一連の導管(4)を通過し、前記放射ゾーンでは、水蒸気改質反応R1(SMR)に従って合成ガスが生成され:
R1:CH4+H2O=CO+3H2
前記一連の導管(4)が、少なくとも前記放射ゾーン(2)内で、前記反応R1を実施するのに適した触媒を含む管束を備え;
H2Sを含む酸性ガスからなる前記第2の流れ(B)は、前記対流ゾーン(3)において、反応R3(SACS)が生じる第2の一連の導管(5)内を流れ:
R3:H2S=H2+0.5S2
前記第2の管束(5)に含まれる前記触媒は、ガンマアルミナ、ニッケル、コバルト、モリブデン、鉄の中から任意に選択され、担持される、
製法。 - 前記反応R3が、少なくとも300℃~1050℃、好ましくは400℃~900℃、より好ましくは500℃~750℃の範囲の温度で行われ、最も好ましくは前記反応R3が600~650℃の温度で行われる、請求項3に記載の製法。
- 前記炉内の第2のプロセス流(B)の圧力は、少なくとも0.001MPa(0.01bar)~5.0MPa(50bar)の間、好ましくは0.05MPa(0.5bar)~2.5MPa(25bar)の間、より好ましくは0.1MPa(1bar)~0.5MPa(5bar)の間の範囲である、請求項3又は4に記載の製法。
- 以下の段階をさらに含む、請求項3~5のうちに記載の製法:
前記第2の一連の導管を出て行く第2のプロセス流(B)/(SACS)は、H2、S2及び未反応H2Sとの混合物を含み、凝縮によってS2が前記混合物から部分的に分離され、脱硫装置(De-S)に送られる。 - 以下の段階をさらに含む、請求項6に記載の製法:
前記炉(1)から出た第1のプロセス流は、シフト反応R2が起こる水性ガスシフト反応器(WGSR)に移送され:
R2:CO+H2O=CO2+H2
前記水性ガスシフト反応器(WGSR)から出たプロセス流は、脱水装置(De-W)に送られ;
前記脱水装置(De-W)から出たプロセス流は、圧力スイング吸着装置(PSA)に移送され、そこでCO2とH2が分離される。 - 以下の段階をさらに含む、請求項7に記載の製法:
H2SとH2とを備えた、請求項5に記載の前記脱硫装置から出る、前記混合物は、H2SがH2から分離されるスイートニング装置(スイートニング-3)に移送され、
前記スイートニング装置(スイートニング-3)から出てくるH2が、H2がCO2から分離される選択的な圧力スイング収着装置(PSA)の上流側の脱水装置(De-W)から出ていくプロセス流と共に移送される。 - H2S及びH2を含み、脱硫装置から出た混合物が、圧力スイング吸着装置(PSA)に移送される、請求項7記載の製法。
- H2S及びH2を含み、脱硫装置を離れた混合物が、直接的に水素脱硫装置(HDS)に移送される、請求項7記載の製法。
- 前記炉に入るプロセス流は、メタン、CO2及びH2Sの混合物を含み、原料天然ガスを受け取る少なくともスイートニング装置から来る、請求項7乃至10のいずれか1項に記載の製法。
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