JP4387489B2 - 合成ガスと動力とを同時に発生させる方法およびそのための装置 - Google Patents

合成ガスと動力とを同時に発生させる方法およびそのための装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化水素供給源の第一および第二水蒸気改質により合成ガスおよび動力を発生させる方法において、高圧で第二水蒸気改質から回収される合成ガスの一部を動力の製造のためのガスタービンで膨張させ、そしてこの膨張された合成ガスを第一水蒸気改質段階において燃料として使用する上記方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭化水素供給源の連続した第一および第二水蒸気改質による合成ガスの製造は、従来公知の工程である。この方法は、一般に連続した加熱された管式水蒸気改質器、および頂部燃焼帯域と底部触媒帯域とを有する断熱型燃焼反応器において行われる。燃焼帯域では、炭化水素供給源は、空気または酸素含有大気で部分的に酸化される。燃焼帯域からの部分的に酸化された流出物は、引き続いて反応器の底部に固定床の手法で配置された水蒸気改質触媒の存在下に水蒸気改質される。断熱型改質器の代表的な操作条件は、所望の生成ガスに応じて、１を越える水蒸気と炭素との比率で８５０℃および２〜４ＭＰａである。
【０００３】
断熱型水蒸気改質の問題は、炭化水素の化学量論量未満の燃焼におけるすすの形成にある。特に、断熱型改質器への供給ガス中の水蒸気／炭素比が低い場合には、燃焼帯域において著しくすすが生じる。
【０００４】
数多くの工業的な用途において、水蒸気と炭素との比率が低いことが供給ガスに求められる。従って、水素および一酸化炭素合成ガスの製造において、生成ガス中の最適の水素と一酸化炭素との比率を得るには、水蒸気と炭素との比率が１未満であるのが有利である。
【０００５】
断熱型改質において水蒸気と炭素との比率が低い場合のすすの形成を低減するためのいくつかの試みがこれまでになされており、これには特別な仕様のバーナーおよび操作条件の制御が包含される。
【０００６】
同時係属のヨーロッパ特許出願第99102386号には、すす不含の断熱型接触水蒸気改質の方法において、改質された供給源の断熱ガス温度および水蒸気と炭素の比率に応じて、特定の範囲に操作圧力を制御することによってすすの形成を避ける上記方法が記載されている。
【０００７】
さらに、３．５ＭＰａを越える操作圧力により非常に低い水蒸気と炭素との比率においてすす不含の改質が行えることが見いだされた。
【０００８】
断熱型水蒸気改質工程における高い操作圧力での操作の欠点は、供給ガスの圧縮のための費用にある。製造された合成ガスの圧力は、代表的には引き続いての工程装置での適用のために、より低い圧力であることが要求される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この度、高圧で改質器から回収される製造された合成ガスの一部を動力の発生のためのガスタービンで放圧し、そして膨張した部分のガスを加熱された管式水蒸気改質器において燃料として使用する場合には、自熱式(autothermal) 改質器への供給ガスの圧縮に使用される大量のエネルギーが取り戻されることが見いだされた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、炭化水素供給源の第一および第二水蒸気改質の段階を包含する、合成ガスおよび動力を同時に発生させる方法において、高圧で第二水蒸気改質から回収される合成ガスの一部を動力の発生のためのガスタービンで膨張させ、そしてこの膨張した合成ガスを第一水蒸気改質段階において燃料として使用する上記方法を提供する。
【００１１】
【実施例】
添付図面の図１に、本発明の特定の態様を図式的に示す。
【００１２】
図１に示される工程では、炭化水素供給源および水蒸気の工程ガス１が、第一段階において、管式水蒸気改質器１０で水蒸気改質される。水蒸気改質器１０は、バーナー１５で膨張した合成ガスを燃焼することにより外部から加熱される従来の水蒸気改質触媒１２の固定床を包含する。
【００１３】
本発明の必須の特徴として、水蒸気改質触媒の加熱に使用される膨張した合成ガスは、さらに以下に記載するように、この工程によって製造される合成ガスの部分流５である。
【００１４】
第一水蒸気改質流２は、触媒床１２から回収され、そして酸化剤流３とともに第二改質器１６に導入される。第二改質器１６では、第一水蒸気改質流２が、公知の第二水蒸気改質工程でさらに水蒸気改質される。反応器１６で用いられる条件および触媒は、一般的なものであり、以下の表にまとめる。反応器１６から水蒸気改質されたアンモニア合成ガス４が回収され、そして生成物導管６に部分的に分配され、そして流れの残余が、ガスタービン１８に流され、その際ガスは回転軸動力(rotational shaft power)を生成するために膨張させられる。次いで、ガスタービン１８からの膨張した合成ガス５は、第一改質器１０で熱量を供給するためにバーナー１５で燃焼させられる。
【００１５】
上記の工程の工程条件および異なるガス流の組成を以下の表にまとめる。
表
Figure 0004387489
ガスタービン動力：１５．８ＭＷ
上記の表から明らかなように、約２０容量％の製造された合成ガスをガスタービンで膨張させる場合には、上記の工程によって１５．８ＭＷの動力が発生する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の特定の態様を図式的に示す図面である。
【符号の説明】
１・・・・供給流
２・・・・第一水蒸気改質流
３・・・・酸化剤
４、６・・合成ガス
５・・・・膨張した合成ガス
１０・・・第一水蒸気改質器
１２・・・触媒床
１５・・・バーナー
１６・・・第二水蒸気改質器
１８・・・タービン

Claims (2)

  1. 炭化水素供給源の第一および第二水蒸気改質の段階を包含する、合成ガスおよび動力を同時に発生させる方法において、高圧で第二水蒸気改質から回収される合成ガスの一部を動力の発生のためのガスタービンで膨張させ、そしてこの膨張された合成ガスを第一水蒸気改質段階において燃料として使用する上記方法。
  2. 合成ガスおよび動力を同時に発生させるための工程装置において、
    第二水蒸気改質器に接続された、膨張した合成ガスにより加熱される第一水蒸気改質器；
    第二水蒸気改質器の出口導管を通して取り出される製造された合成ガスの一部を膨張するための、第二水蒸気改質器の出口導管に接続されたガスタービン；および
    第一水蒸気改質反応器に配置されたバーナーに膨張された合成ガスを流すための導管
    を包含する上記装置。
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