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
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
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。
国際公開第２０１５／０１５４５７号 米国特許第４３３６０６３号明細書
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。
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。
図１は、本発明の一実施形態による炉の模式図である； 図２は、本発明の代替の実施形態による炉の模式図である； 図３は、水蒸気改質の従来のプロセスのブロック図の形式での表現である； 図４は、図１の実施形態に係る炉が水蒸気改質プロセスに挿入されているブロック図の形式の表現である； 図５は、図１の実施形態に係る炉が水蒸気改質処理に挿入されているブロック図の形式の表現である； 図６は、図１の実施形態に係る炉が水蒸気改質処理に挿入されているブロック図の形式の表現である； 図７は、図３の従来の水蒸気改質１プロセスで使用される従来の炉に出入りする流れをブロック図の形式で表現したものである、 図８は、図３の従来の水蒸気改質プロセスで使用される従来の炉と、図４の本発明によるプロセスとの比較をブロック図の形式で表現したものである；
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
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、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。
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
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。
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
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；
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。
特に、ＳＭＲを用いた水素製造は、２２８．４ｋｇ／ｈに等しいことに注目できる。

Figure 2022533692000002
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％）
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)

  1. 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）。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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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