JPH0753562B2 - 水素含有ガスの製法 - Google Patents
水素含有ガスの製法Info
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- JPH0753562B2 JPH0753562B2 JP61203581A JP20358186A JPH0753562B2 JP H0753562 B2 JPH0753562 B2 JP H0753562B2 JP 61203581 A JP61203581 A JP 61203581A JP 20358186 A JP20358186 A JP 20358186A JP H0753562 B2 JPH0753562 B2 JP H0753562B2
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
- C01B3/12—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents by reaction of water vapour with carbon monoxide
- C01B3/16—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents by reaction of water vapour with carbon monoxide using catalysts
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、水素含有ガス流の製造に関し、さらに詳しく
は一酸化炭素を触媒の存在下にスチームと反応させて水
素及び二酸化炭素とする触媒式シフト反応による水素の
製造に関する。
は一酸化炭素を触媒の存在下にスチームと反応させて水
素及び二酸化炭素とする触媒式シフト反応による水素の
製造に関する。
このシフト反応は、就中、実施温度、入口一酸化炭素含
量及び硫黄化合物の存在または不存在によって、多様な
形態で大規模に実施される。最も一般的には、合成ガス
をスチームリホーミングによって炭化水素原料から得る
アンモニア合成プラントにおけるように、シフト反応
は、普通は400−500℃の範囲内の出口温度の第1段階を
有する単一触媒床、それに続く間接熱交換による冷却及
び300℃以下の出口温度の第2段階で実施される。入口
ガス流の一酸化炭素含量が単一断熱触媒床での実施を不
能にするほどに高すぎる場合には(例えば炭素質原料の
部分酸化に基くプラントにおける如く)、そのような床
を普通はさらに分割して、床の分割部分間で若干の冷却
を実施する。
量及び硫黄化合物の存在または不存在によって、多様な
形態で大規模に実施される。最も一般的には、合成ガス
をスチームリホーミングによって炭化水素原料から得る
アンモニア合成プラントにおけるように、シフト反応
は、普通は400−500℃の範囲内の出口温度の第1段階を
有する単一触媒床、それに続く間接熱交換による冷却及
び300℃以下の出口温度の第2段階で実施される。入口
ガス流の一酸化炭素含量が単一断熱触媒床での実施を不
能にするほどに高すぎる場合には(例えば炭素質原料の
部分酸化に基くプラントにおける如く)、そのような床
を普通はさらに分割して、床の分割部分間で若干の冷却
を実施する。
英国特許第1267603号明細書には、シフト反応を外部冷
却式管状反応器中で銅含有触媒の存在下に150−290℃の
範囲内の温度で実施することが提案されており、入口ガ
ス流の一酸化炭素含量が30容量%ほどの高い値であって
よくそれでもなお単一段階が必要とされるに過ぎないと
されており、温度は好ましくは180−230℃の範囲内であ
るとされており、そして特定例においては温度は触媒床
内のいずれの位置においても230℃を越えないことが示
されている。
却式管状反応器中で銅含有触媒の存在下に150−290℃の
範囲内の温度で実施することが提案されており、入口ガ
ス流の一酸化炭素含量が30容量%ほどの高い値であって
よくそれでもなお単一段階が必要とされるに過ぎないと
されており、温度は好ましくは180−230℃の範囲内であ
るとされており、そして特定例においては温度は触媒床
内のいずれの位置においても230℃を越えないことが示
されている。
欧州特許第157480号明細書には、冷媒、特に加圧水との
間接熱交換関係で実施されるシフト反応段階を含むアン
モニア合成ガス製造のための工程シーケンス(順序)が
記載されている。欧州特許第157480号明細書には、入口
温度よりも10−30℃低い出口温度を用いて、シフト反応
を典型的には230−280℃の範囲内の温度において平衡に
至らしめて、0.1−1容量%の一酸化炭素を含むガス流
を有利に得られることが示されており、そのような出口
温度は240−310℃の範囲内の入口温度に対応するもので
あり、シフト反応段階での、及びシフト反応段階よりも
上流での熱回収要請のために好都合である。ここに特に
有利な条件での操作が可能であることが判明した。
間接熱交換関係で実施されるシフト反応段階を含むアン
モニア合成ガス製造のための工程シーケンス(順序)が
記載されている。欧州特許第157480号明細書には、入口
温度よりも10−30℃低い出口温度を用いて、シフト反応
を典型的には230−280℃の範囲内の温度において平衡に
至らしめて、0.1−1容量%の一酸化炭素を含むガス流
を有利に得られることが示されており、そのような出口
温度は240−310℃の範囲内の入口温度に対応するもので
あり、シフト反応段階での、及びシフト反応段階よりも
上流での熱回収要請のために好都合である。ここに特に
有利な条件での操作が可能であることが判明した。
一方、特開昭59−128201号公報には、水を冷媒として用
いた一酸化炭素転化反応器が開示されている。しかし、
該公報にはこの反応器を本発明が目的としているような
一酸化炭素除去のために工業的に利用するのは不適当で
あると記載されている。すなわち、出口温度が低く、単
位触媒あたりのガス流量が小さいために、この反応器を
用いても効率のよい一酸化炭素転化反応を行うことがで
きないのである。本発明は、適切な出口温度を採用し、
冷媒として特に沸騰水を用い、かつ、最も適当な熱交換
表面積を選択した結果、極めて大きなガス流量にて1段
階で効率よく一酸化炭素転化反応を行うことができるこ
とを種々検討のうえ見い出したものである。
いた一酸化炭素転化反応器が開示されている。しかし、
該公報にはこの反応器を本発明が目的としているような
一酸化炭素除去のために工業的に利用するのは不適当で
あると記載されている。すなわち、出口温度が低く、単
位触媒あたりのガス流量が小さいために、この反応器を
用いても効率のよい一酸化炭素転化反応を行うことがで
きないのである。本発明は、適切な出口温度を採用し、
冷媒として特に沸騰水を用い、かつ、最も適当な熱交換
表面積を選択した結果、極めて大きなガス流量にて1段
階で効率よく一酸化炭素転化反応を行うことができるこ
とを種々検討のうえ見い出したものである。
従って本発明は、スチーム、二酸化炭素、水素及び一酸
化炭素を含み、そして乾燥基準で少なくとも8容量%の
一酸化炭素含量を有する原料ガスを、銅金属及び少なく
とも1種の酸化物系担体物質を含む触媒の存在下に大気
圧以上の圧力及び昇温において冷媒との間接熱交換関係
で単一段階の触媒式シフト反応に付し、これにより一酸
化炭素含量を乾燥基準で1容量%以下にまで低減させる
ことからなり; (a)この反応を230−280℃の範囲内の出力温度で実施
すること、 (b)触媒床は、触媒床内でガス流と接触される熱交換
表面を触媒1m3当り30−200m2与える熱交換管及び/また
は熱交換板を備え、そして該管及び/または板の低温側
の冷媒は沸とう水であること、そして、 (c)触媒を通してのガス流量は200−800キロモル/時
/触媒m3の範囲内であること、 を特徴とする、水素含有ガスの製法を提供する。
化炭素を含み、そして乾燥基準で少なくとも8容量%の
一酸化炭素含量を有する原料ガスを、銅金属及び少なく
とも1種の酸化物系担体物質を含む触媒の存在下に大気
圧以上の圧力及び昇温において冷媒との間接熱交換関係
で単一段階の触媒式シフト反応に付し、これにより一酸
化炭素含量を乾燥基準で1容量%以下にまで低減させる
ことからなり; (a)この反応を230−280℃の範囲内の出力温度で実施
すること、 (b)触媒床は、触媒床内でガス流と接触される熱交換
表面を触媒1m3当り30−200m2与える熱交換管及び/また
は熱交換板を備え、そして該管及び/または板の低温側
の冷媒は沸とう水であること、そして、 (c)触媒を通してのガス流量は200−800キロモル/時
/触媒m3の範囲内であること、 を特徴とする、水素含有ガスの製法を提供する。
本発明方法は、大気圧以上の圧力、好ましくは3絶対バ
ール、特に30絶対バール以上の圧力で実施される。
ール、特に30絶対バール以上の圧力で実施される。
入口温度は好ましくは240−310℃の範囲内であり、そし
て出口温度はその入口温度よりも10−30℃低い。この場
合、反応のかなりの部分(例えば一酸化炭素含量を乾燥
基準で2−3容量%にまで低減させるまで進行する反応
部分)は、反応速度が非常に速い温度で実施でき、従っ
て前述のガス流量範囲のうち高い方のガス流量、例えば
700キロモル/時/触媒m3以上のガス流量を使用でき
る。その流量が300キロモル/時/触媒m3以上であると
きには、熱伝導表面は触媒1m3当り50m2以上であるのが
好ましい。本発明のこの態様(出口温度が入口温度より
も10−30℃低いもの)は、シフト反応段階よりも上流
で、脱硫されたリホーミング可能炭化水素原料を、スチ
ーム(及び多くの場合窒素/酸素含有ガス、例えば空
気)と1種またはそれ以上の触媒上で1段階またはそれ
以上で反応させて750−1000℃の範囲内の温度において
平衡にもたらすか近付け、そして得られる高温ガスから
熱を回収する方法工程に関して特に有用である。普通、
そのような高温反応の前には本発明方法において必要と
されるスチームを与えるのに足るスチームが導入される
けれども、所望ならばシフト反応の前にさらにスチーム
を追加することもできる。このタイプの方法において
は、シフト反応段階に入るガス流の一酸化炭素含量は乾
燥基準で典型的には15容量%以下である。
て出口温度はその入口温度よりも10−30℃低い。この場
合、反応のかなりの部分(例えば一酸化炭素含量を乾燥
基準で2−3容量%にまで低減させるまで進行する反応
部分)は、反応速度が非常に速い温度で実施でき、従っ
て前述のガス流量範囲のうち高い方のガス流量、例えば
700キロモル/時/触媒m3以上のガス流量を使用でき
る。その流量が300キロモル/時/触媒m3以上であると
きには、熱伝導表面は触媒1m3当り50m2以上であるのが
好ましい。本発明のこの態様(出口温度が入口温度より
も10−30℃低いもの)は、シフト反応段階よりも上流
で、脱硫されたリホーミング可能炭化水素原料を、スチ
ーム(及び多くの場合窒素/酸素含有ガス、例えば空
気)と1種またはそれ以上の触媒上で1段階またはそれ
以上で反応させて750−1000℃の範囲内の温度において
平衡にもたらすか近付け、そして得られる高温ガスから
熱を回収する方法工程に関して特に有用である。普通、
そのような高温反応の前には本発明方法において必要と
されるスチームを与えるのに足るスチームが導入される
けれども、所望ならばシフト反応の前にさらにスチーム
を追加することもできる。このタイプの方法において
は、シフト反応段階に入るガス流の一酸化炭素含量は乾
燥基準で典型的には15容量%以下である。
本発明方法の別異の一態様においては、入口温度は100
−240℃の範囲内であり、そして触媒床は、反応が比較
的遅い入口帯域(そして入口温度が充分に低ければ、沸
とう水からの熱伝導により反応体を予熱することが主た
る作用である入口帯域)を含む。そのような予熱帯域で
は、その沸とう水は低温側ではなく高温側であるので、
本発明で必要とされる触媒1m3当り30−200m2の熱伝導表
面は、予熱帯域中の熱伝導表面に加算されるものであ
る。その結果として、かかるシフト反応方法に必要とさ
れる反応容器は、予熱帯域を有しないシフト反応方法に
おけるよりも大きい。このような本発明の態様は、シフ
ト反応よりも上側で、非揮発性原料、例えば重質油、残
渣油、シエール(頁岩)、石炭、バイオマス、またはタ
イヤのような炭素質廃材を、酸素反応体、例えば空気、
酸素富化空気または酸素自体と反応させ、次いで冷却
し、ダスト、炭素及びタールを除く粗精製及び硫黄化合
物を除く仕上精製をし(これらの精製は100℃以下、お
そらく周囲温度以下の温度での処理を含むことが多
い)、そしてシフト反応段階で必要とされるスチームを
添加する場合に、特に有用である。このタイプの方法に
おいては、入口一酸化炭素含量は、上流での酸素反応体
として空気を用いる好ましい方法では典型的には、15−
40容量%(乾燥基準)であるが、もしも上流での酸素反
応体として純粋酸素を用いるならば上記の値よりも高
く、例えば65容量%にもなりうる。入口一酸化炭素含量
が高い結果として、シフト反応で熱発生量が高く、従っ
てこの高熱発生量は予備帯域の存在からもたらされる増
大した容器容積を多少補償することになる。この方法に
おいて、シフト反応の最高温度は240−310℃の範囲内で
あり、この最高温度位置の次には前述の範囲230−280℃
の出口温度(すなわち最高温度より10−30℃低い)を与
える低減温度プロフィル(分布)が続く。
−240℃の範囲内であり、そして触媒床は、反応が比較
的遅い入口帯域(そして入口温度が充分に低ければ、沸
とう水からの熱伝導により反応体を予熱することが主た
る作用である入口帯域)を含む。そのような予熱帯域で
は、その沸とう水は低温側ではなく高温側であるので、
本発明で必要とされる触媒1m3当り30−200m2の熱伝導表
面は、予熱帯域中の熱伝導表面に加算されるものであ
る。その結果として、かかるシフト反応方法に必要とさ
れる反応容器は、予熱帯域を有しないシフト反応方法に
おけるよりも大きい。このような本発明の態様は、シフ
ト反応よりも上側で、非揮発性原料、例えば重質油、残
渣油、シエール(頁岩)、石炭、バイオマス、またはタ
イヤのような炭素質廃材を、酸素反応体、例えば空気、
酸素富化空気または酸素自体と反応させ、次いで冷却
し、ダスト、炭素及びタールを除く粗精製及び硫黄化合
物を除く仕上精製をし(これらの精製は100℃以下、お
そらく周囲温度以下の温度での処理を含むことが多
い)、そしてシフト反応段階で必要とされるスチームを
添加する場合に、特に有用である。このタイプの方法に
おいては、入口一酸化炭素含量は、上流での酸素反応体
として空気を用いる好ましい方法では典型的には、15−
40容量%(乾燥基準)であるが、もしも上流での酸素反
応体として純粋酸素を用いるならば上記の値よりも高
く、例えば65容量%にもなりうる。入口一酸化炭素含量
が高い結果として、シフト反応で熱発生量が高く、従っ
てこの高熱発生量は予備帯域の存在からもたらされる増
大した容器容積を多少補償することになる。この方法に
おいて、シフト反応の最高温度は240−310℃の範囲内で
あり、この最高温度位置の次には前述の範囲230−280℃
の出口温度(すなわち最高温度より10−30℃低い)を与
える低減温度プロフィル(分布)が続く。
熱交換が管表面でなされるときには、触媒は、沸とう水
で包囲された管中に配置しうる。別法として、沸とう水
を管内とし、触媒を管の外殻側に配置することもでき
る。後者の場合、反応器は欧州特許第81948号及び同第8
2609号明細書に記載されるタイプのものであってよく、
これらの明細書には、熱発生の局部的レベルに適合する
管の配置について、及び適当な場合における原料ガス予
熱の局部的レベルに適合する管の配置についての一般的
指針を与えている。どのような熱伝導表面形状が用いら
れる場合でも、水側の圧力は、典型的には15−50絶対バ
ールの範囲内であるが、好ましくは管または板が著しい
応力を受けないように反応体の圧力の前後10バール以
内、特に5バール以内とする。さらには、スチーム/水
側の圧力を反応体側の圧力よりも低くして、管または板
の突発的破損に際して水が触媒に接触しないようにする
のが好ましい。もし、スチーム/水側の圧力が反応体側
の圧力に近いかそれよりも低いと、発生するスチームは
反応用スチームとしては直接に都合よく使用することが
できない。しかし、シフト反応で発生する熱は、その沸
とう水もしくはそれから生じたスチームと適切な高圧の
水との間接熱交換により別の熱水流を作り、これをシフ
ト反応段階よりも上流で乾燥反応体(一または複数)と
接触させてそれらの反応体を加湿飽和させることによ
り、工程用スチーム(反応用スチーム)を作るのに用い
ることができる。水/スチーム側の圧力が反応体側圧力
よりも高い場合には、シフト段階熱交換における水流量
をその気化が不完全になるように制御することにより、
得られるスチーム/水混合物を乾燥反応体(一または複
数)と接触させて反応体を加湿飽和することにより反応
用スチームを作ることができる。従ってシフト反応より
も上流で前述のように気状炭化水素とスチームとを反応
させる場合には、スチーム/水混合物をその気状炭化水
素を加湿飽和するのに用いることができる。同様に、一
酸化炭素に富むガスが生成する場合(例えば、前述のよ
うに非揮発性原料と酸素反応体との反応の結果として得
られるもの)、その一酸化炭素に富むガスは、スチーム
/水混合物との折衝により加湿飽和してもよい。好まし
い態様においては、スチームをシフト反応器中の第1の
クローズド回路内で発生させ、第2の回路において水と
の間接熱交換により凝縮させる。この第1回路内に得ら
れる凝縮水は冷媒としてシフト反応器へ戻されるが、第
2の回路中の熱水は(場合により部分的に沸とう状態に
あることがある)、反応体、例えば気状炭化水素または
前述の一酸化炭素に富むガス、と接触させて反応体を加
湿飽和させる。
で包囲された管中に配置しうる。別法として、沸とう水
を管内とし、触媒を管の外殻側に配置することもでき
る。後者の場合、反応器は欧州特許第81948号及び同第8
2609号明細書に記載されるタイプのものであってよく、
これらの明細書には、熱発生の局部的レベルに適合する
管の配置について、及び適当な場合における原料ガス予
熱の局部的レベルに適合する管の配置についての一般的
指針を与えている。どのような熱伝導表面形状が用いら
れる場合でも、水側の圧力は、典型的には15−50絶対バ
ールの範囲内であるが、好ましくは管または板が著しい
応力を受けないように反応体の圧力の前後10バール以
内、特に5バール以内とする。さらには、スチーム/水
側の圧力を反応体側の圧力よりも低くして、管または板
の突発的破損に際して水が触媒に接触しないようにする
のが好ましい。もし、スチーム/水側の圧力が反応体側
の圧力に近いかそれよりも低いと、発生するスチームは
反応用スチームとしては直接に都合よく使用することが
できない。しかし、シフト反応で発生する熱は、その沸
とう水もしくはそれから生じたスチームと適切な高圧の
水との間接熱交換により別の熱水流を作り、これをシフ
ト反応段階よりも上流で乾燥反応体(一または複数)と
接触させてそれらの反応体を加湿飽和させることによ
り、工程用スチーム(反応用スチーム)を作るのに用い
ることができる。水/スチーム側の圧力が反応体側圧力
よりも高い場合には、シフト段階熱交換における水流量
をその気化が不完全になるように制御することにより、
得られるスチーム/水混合物を乾燥反応体(一または複
数)と接触させて反応体を加湿飽和することにより反応
用スチームを作ることができる。従ってシフト反応より
も上流で前述のように気状炭化水素とスチームとを反応
させる場合には、スチーム/水混合物をその気状炭化水
素を加湿飽和するのに用いることができる。同様に、一
酸化炭素に富むガスが生成する場合(例えば、前述のよ
うに非揮発性原料と酸素反応体との反応の結果として得
られるもの)、その一酸化炭素に富むガスは、スチーム
/水混合物との折衝により加湿飽和してもよい。好まし
い態様においては、スチームをシフト反応器中の第1の
クローズド回路内で発生させ、第2の回路において水と
の間接熱交換により凝縮させる。この第1回路内に得ら
れる凝縮水は冷媒としてシフト反応器へ戻されるが、第
2の回路中の熱水は(場合により部分的に沸とう状態に
あることがある)、反応体、例えば気状炭化水素または
前述の一酸化炭素に富むガス、と接触させて反応体を加
湿飽和させる。
触媒は、銅以外に、典型的には酸化亜鉛と少なくとも1
種の安定化酸化物とを含む。その安定用酸化物は、アル
ミナ、バナジア、クロミア、希土類酸化物及びアルミン
酸カルシウムセメントからなる群より選択される。その
銅と亜鉛との原子は、触媒中の金属原子の合計数の20−
70%をなす。
種の安定化酸化物とを含む。その安定用酸化物は、アル
ミナ、バナジア、クロミア、希土類酸化物及びアルミン
酸カルシウムセメントからなる群より選択される。その
銅と亜鉛との原子は、触媒中の金属原子の合計数の20−
70%をなす。
温度が250℃以上の触媒床の少なくとも一部分中で、及
び好適には、非触媒帯域(もし存在するならば)を除く
触媒床全体で、使用するのに好ましい触媒は、銅、酸化
亜鉛、0.05−0.7nmの範囲内のイオン半径を有する三価
金属の少なくとも1種の酸化物、及びマグネシアからな
り、かつマグネシアの割合が銅、亜鉛、及びマグネシウ
ムの原子の合計数の0.2−7%をマグネシウム原子が占
めるようなものである。マグネシアの割合は、上記のよ
うにして表してマグネシウム原子が0.4%以上、特に0.6
−6%の範囲内となるような割合であるのが好ましい。
銅の割合は、典型的には、銅原子の割合が上記と同様に
表して少なくとも20%、特に30−75%の範囲内となるよ
うなものである。酸化亜鉛の割合は、典型的には、亜鉛
原子の割合が上記と同様に表して少なくとも10%、特に
20−75%の範囲内となるようなものである。三価金属酸
化物の割合は、典型的には、三価金属原子の割合が、
銅、亜鉛、マグネシウム及び三価金属の原子の合計数の
1−50%、特に3−30%の範囲内となるようなものであ
る。三価金属酸化物の少なくともいく分かが、X線結晶
学的に区別しうる相として同定できないような高度に分
散ないしは結合された形で存在するのが好ましい。三価
金属酸化物のいく分か、または他の金属の酸化物は、X
線で同定しうる相として存在してよいが、その場合に
は、それは、希釈剤、または温度緩和剤として、あるい
は触媒の機械的強度増加のために作用しうる。そのよう
な酸化物(その金属が銅、亜鉛またはマグネシウム以外
であり、また酸化物が同定しうる相として存在する)
は、触媒全体の重量(銅金属を酸化銅として計算)の50
重量%未満存在してよい。そのような高度に分散ないし
結合された酸化物は、好ましくは、アルミナ、バナジア
及びクロミアのうちの1種またはそれ以上である。同定
しうる酸化物は、水和された状態のもの、例えば水和ア
ルミナであるのが好ましい。
び好適には、非触媒帯域(もし存在するならば)を除く
触媒床全体で、使用するのに好ましい触媒は、銅、酸化
亜鉛、0.05−0.7nmの範囲内のイオン半径を有する三価
金属の少なくとも1種の酸化物、及びマグネシアからな
り、かつマグネシアの割合が銅、亜鉛、及びマグネシウ
ムの原子の合計数の0.2−7%をマグネシウム原子が占
めるようなものである。マグネシアの割合は、上記のよ
うにして表してマグネシウム原子が0.4%以上、特に0.6
−6%の範囲内となるような割合であるのが好ましい。
銅の割合は、典型的には、銅原子の割合が上記と同様に
表して少なくとも20%、特に30−75%の範囲内となるよ
うなものである。酸化亜鉛の割合は、典型的には、亜鉛
原子の割合が上記と同様に表して少なくとも10%、特に
20−75%の範囲内となるようなものである。三価金属酸
化物の割合は、典型的には、三価金属原子の割合が、
銅、亜鉛、マグネシウム及び三価金属の原子の合計数の
1−50%、特に3−30%の範囲内となるようなものであ
る。三価金属酸化物の少なくともいく分かが、X線結晶
学的に区別しうる相として同定できないような高度に分
散ないしは結合された形で存在するのが好ましい。三価
金属酸化物のいく分か、または他の金属の酸化物は、X
線で同定しうる相として存在してよいが、その場合に
は、それは、希釈剤、または温度緩和剤として、あるい
は触媒の機械的強度増加のために作用しうる。そのよう
な酸化物(その金属が銅、亜鉛またはマグネシウム以外
であり、また酸化物が同定しうる相として存在する)
は、触媒全体の重量(銅金属を酸化銅として計算)の50
重量%未満存在してよい。そのような高度に分散ないし
結合された酸化物は、好ましくは、アルミナ、バナジア
及びクロミアのうちの1種またはそれ以上である。同定
しうる酸化物は、水和された状態のもの、例えば水和ア
ルミナであるのが好ましい。
シフト反応に用いられる触媒は、適切な活性及び安定性
の触媒が入手使用できるならば床全体にわたって同じも
のであってよいが、1種よりも多くの触媒を用いるが有
利なことがあり、特に反応体の流動方向が床内で下向き
であるときには有利でありうる。
の触媒が入手使用できるならば床全体にわたって同じも
のであってよいが、1種よりも多くの触媒を用いるが有
利なことがあり、特に反応体の流動方向が床内で下向き
であるときには有利でありうる。
詳しくは、比較的高いアルミナ含量(例えば20−40重量
%)のシフト触媒はシフト反応が最も急速でありそして
発熱が最も急激である帯域で用いることができ、このた
めに適当な触媒は、いわゆる「中温」シフト触媒、メタ
ノール合成触媒であってその中の金属原子数の40−70%
が同原子であるもの、あるいは上述のようなマグネシア
含有触媒である。
%)のシフト触媒はシフト反応が最も急速でありそして
発熱が最も急激である帯域で用いることができ、このた
めに適当な触媒は、いわゆる「中温」シフト触媒、メタ
ノール合成触媒であってその中の金属原子数の40−70%
が同原子であるもの、あるいは上述のようなマグネシア
含有触媒である。
拡散の限定が生じ易い高温帯域での反応速度を向上させ
るために、そのような高温帯域中の触媒は他の帯域中の
触媒よりも、単位容積当り大きな幾何学的表面をもつユ
ニットとすることができる。
るために、そのような高温帯域中の触媒は他の帯域中の
触媒よりも、単位容積当り大きな幾何学的表面をもつユ
ニットとすることができる。
活性触媒を含む帯域に加えて、触媒床の入口端部に予熱
帯域、適当にはアルファ・アルミナのような不活性顆粒
を仕込んだ予熱帯域、を設けて、入口ガス(例えば前述
のような部分酸化段階から得られる一酸化炭素に富むガ
ス)を加熱して、触媒活性温度とし、及び/またはガス
中に存在することがある水分を完全に気化させるように
することができる。
帯域、適当にはアルファ・アルミナのような不活性顆粒
を仕込んだ予熱帯域、を設けて、入口ガス(例えば前述
のような部分酸化段階から得られる一酸化炭素に富むガ
ス)を加熱して、触媒活性温度とし、及び/またはガス
中に存在することがある水分を完全に気化させるように
することができる。
また、シフト反応触媒への入口のところに、ハロゲン化
物防御床を設けてもよい。銅含有触媒は、反応用ガス流
中にハロゲン化物として、特にシフト反応及びそれより
も上流のスチームを用いる反応、例えばスチームリホー
ミング反応に必要とされるスチームを作るのに用いられ
る水中の不純物として、しばしば導入されるハロゲン化
物によって失活する。ハロゲン化物は、反応用ガス流中
へ添加される空気中の不純物としても(例えば、アンモ
ニア合成ガスを製造する二次リホーミングの場合)、導
入されることがある。シフト反応触媒の失活を防止する
ために、(例えば英国特許第1357335号明細書には)シ
フト触媒の上流にアルカリ性物質、例えばアルカリ性に
したアルミナからなる防御床を用いることが、提案され
てきている。しかし、そのような防御床は、アルカリ性
物質上に水が凝縮すると、ハロゲン化物及びアルカリが
シフト触媒の方へ流される危険があるために、広く採用
されるには至っていない。銅含有シフト触媒は、ハロゲ
ン化物によると同様にアルカリにより失活する。水の凝
縮は、防御床が反応用(工程用)ガス中のスチームの露
点よりも低いときに生じ易い。かかる状況は、工程の運
転開始時及び/または工程が例えば全工程中のどこかで
の支障によい一時的に停止される場合に、生じ易い。こ
のことは、そのような水の凝縮を(例えばシステム内に
高温ガスを循管させることにより、及び/または低圧で
運転を開始することにより)回避する注意がはらわれな
ければならないことを意味する。
物防御床を設けてもよい。銅含有触媒は、反応用ガス流
中にハロゲン化物として、特にシフト反応及びそれより
も上流のスチームを用いる反応、例えばスチームリホー
ミング反応に必要とされるスチームを作るのに用いられ
る水中の不純物として、しばしば導入されるハロゲン化
物によって失活する。ハロゲン化物は、反応用ガス流中
へ添加される空気中の不純物としても(例えば、アンモ
ニア合成ガスを製造する二次リホーミングの場合)、導
入されることがある。シフト反応触媒の失活を防止する
ために、(例えば英国特許第1357335号明細書には)シ
フト触媒の上流にアルカリ性物質、例えばアルカリ性に
したアルミナからなる防御床を用いることが、提案され
てきている。しかし、そのような防御床は、アルカリ性
物質上に水が凝縮すると、ハロゲン化物及びアルカリが
シフト触媒の方へ流される危険があるために、広く採用
されるには至っていない。銅含有シフト触媒は、ハロゲ
ン化物によると同様にアルカリにより失活する。水の凝
縮は、防御床が反応用(工程用)ガス中のスチームの露
点よりも低いときに生じ易い。かかる状況は、工程の運
転開始時及び/または工程が例えば全工程中のどこかで
の支障によい一時的に停止される場合に、生じ易い。こ
のことは、そのような水の凝縮を(例えばシステム内に
高温ガスを循管させることにより、及び/または低圧で
運転を開始することにより)回避する注意がはらわれな
ければならないことを意味する。
防御床を用いる場合に必要とされるよりも大きな容積の
シフト触媒を用いて(防御床を用いずに)、シフト触媒
床の入口部分を防御のための犠牲となるように作用させ
てガス流中の有毒物を吸収させ、残りの触媒床が所期の
反応を行うようにすることが可能であるけれども、本発
明方法におけるシフト反応器中には熱交換表面が存在す
るから、前述の(例えば運転開始時の)水の凝縮の危険
は、回避することができ、ハロゲン化物防御帯域(適当
には塩基性アルカリ化合物もしくは塩基性アルカリ土類
化合物を担持した粒子からなる帯域)を使用できる。従
って、運転開始時及び/または工程操作の一時的中断中
に冷媒水を加熱する手段を設けることにより、防御床及
び触媒床を反応体ガス混合物中のスチームの露点よりも
高く維持することができる。熱交換表面は反応器中に存
在するので、プラントの運転中、一時的停止中または運
転開始時のいずれでも、沸とう水により温度を充分に高
く保持して、そのような防御床から下流のシフト触媒床
中へアルカリを流出させるおそれのある液体水の凝縮を
防ぐことができる。所望ならば、アルカリ用トラップ、
例えばアルミナのような吸着性物質をそのような防御床
の下流側に設けて、制御床から蒸発されるアルミナを吸
着することができる。
シフト触媒を用いて(防御床を用いずに)、シフト触媒
床の入口部分を防御のための犠牲となるように作用させ
てガス流中の有毒物を吸収させ、残りの触媒床が所期の
反応を行うようにすることが可能であるけれども、本発
明方法におけるシフト反応器中には熱交換表面が存在す
るから、前述の(例えば運転開始時の)水の凝縮の危険
は、回避することができ、ハロゲン化物防御帯域(適当
には塩基性アルカリ化合物もしくは塩基性アルカリ土類
化合物を担持した粒子からなる帯域)を使用できる。従
って、運転開始時及び/または工程操作の一時的中断中
に冷媒水を加熱する手段を設けることにより、防御床及
び触媒床を反応体ガス混合物中のスチームの露点よりも
高く維持することができる。熱交換表面は反応器中に存
在するので、プラントの運転中、一時的停止中または運
転開始時のいずれでも、沸とう水により温度を充分に高
く保持して、そのような防御床から下流のシフト触媒床
中へアルカリを流出させるおそれのある液体水の凝縮を
防ぐことができる。所望ならば、アルカリ用トラップ、
例えばアルミナのような吸着性物質をそのような防御床
の下流側に設けて、制御床から蒸発されるアルミナを吸
着することができる。
本発明を以下の実施例で説明する。この実施例は、日産
490トンの設計容量をもつアンモニアプラントにおける
シフト段階のための設計条件を示すものである。
490トンの設計容量をもつアンモニアプラントにおける
シフト段階のための設計条件を示すものである。
この工程において、脱硫済の天然ガス原料を外部加熱式
管状反応器中の担持ニッケル触媒上でスチームと反応さ
せ、この反応生成物を第2の担持ニッケル触媒上で空気
と反応させて平衡に至らしめ、上記管状反応器と熱交換
させて後者の熱源とし、そして種々の熱回収において26
5℃まで冷却する。この冷却されたガスを、前述の銅/
酸化亜鉛/マグネシア/アルミナ触媒であって、その金
属原子の合計数の59%が銅、23.5%が亜鉛、15.1%がア
ルミニウムそして2.4%がマグネシウムである触媒上に
通す。触媒は直径3.6mm及び長さ5.4mmの円柱状ペレット
であり、耐圧殻中で水に包囲された管中に収容されてい
る。
管状反応器中の担持ニッケル触媒上でスチームと反応さ
せ、この反応生成物を第2の担持ニッケル触媒上で空気
と反応させて平衡に至らしめ、上記管状反応器と熱交換
させて後者の熱源とし、そして種々の熱回収において26
5℃まで冷却する。この冷却されたガスを、前述の銅/
酸化亜鉛/マグネシア/アルミナ触媒であって、その金
属原子の合計数の59%が銅、23.5%が亜鉛、15.1%がア
ルミニウムそして2.4%がマグネシウムである触媒上に
通す。触媒は直径3.6mm及び長さ5.4mmの円柱状ペレット
であり、耐圧殻中で水に包囲された管中に収容されてい
る。
触媒は内径73mmの850本の管中に高さ3.4mの床を与える
ように配置される。従って触媒床の容積は約12m3であ
り、触媒1m3当り床中のガス流と接触する約55m2の熱交
換表面がある。
ように配置される。従って触媒床の容積は約12m3であ
り、触媒1m3当り床中のガス流と接触する約55m2の熱交
換表面がある。
シフト入口及び出口における温度(T)、圧力(P)、
及びガス流の諸成分の流量を下表に示す。
及びガス流の諸成分の流量を下表に示す。
従って触媒1m3当りのガス流量は394キロモル/時であ
る。発生熱量は4.83MWであり、これは39.4絶対バールの
加圧下に耐圧殻中で沸とうしている水に移され、得られ
るスチームは43絶対バールの加圧下の水と間接熱交換し
て凝縮され、その水は241℃に加熱されて天然ガスの加
湿飽和のために用いられる。その凝縮されたスチームは
耐圧殻へ戻される。
る。発生熱量は4.83MWであり、これは39.4絶対バールの
加圧下に耐圧殻中で沸とうしている水に移され、得られ
るスチームは43絶対バールの加圧下の水と間接熱交換し
て凝縮され、その水は241℃に加熱されて天然ガスの加
湿飽和のために用いられる。その凝縮されたスチームは
耐圧殻へ戻される。
内径73mmの850本の管を用いる代りに、さらに小さい径
の管をさらに多数用いて、さらに大きい熱交換表面を与
えることもできる。従って例えば内径38mmの管を3600本
用い、触媒1m3当りガス流と接触する105m2の熱交換表面
を与えることができる。この場合に同容積の触媒を用い
るには床の高さは約2.9mである。どの管配列が好ましい
かは、殻内の水の所望流量に応じて決定される。
の管をさらに多数用いて、さらに大きい熱交換表面を与
えることもできる。従って例えば内径38mmの管を3600本
用い、触媒1m3当りガス流と接触する105m2の熱交換表面
を与えることができる。この場合に同容積の触媒を用い
るには床の高さは約2.9mである。どの管配列が好ましい
かは、殻内の水の所望流量に応じて決定される。
内径67mmの750本の管中に約5.7mの床高を与えるように
配列され、触媒1m3当りガス流と接触する約60m2の熱交
換表面を与える約15m3の触媒ペレット(上記)を用い、
またさらに高い一酸化炭素含量のガス流を用いる別の例
におけるシフト入口及び出口の温度(T)、圧力(P)
及びガス流の諸成分の流量を下表に示す。
配列され、触媒1m3当りガス流と接触する約60m2の熱交
換表面を与える約15m3の触媒ペレット(上記)を用い、
またさらに高い一酸化炭素含量のガス流を用いる別の例
におけるシフト入口及び出口の温度(T)、圧力(P)
及びガス流の諸成分の流量を下表に示す。
従ってガス流量は303キロモル/時/触媒m3である。発
生熱量は5.79MWであり、これは35絶対バールの圧力下で
耐圧殻中で沸とうしている水へ移される。
生熱量は5.79MWであり、これは35絶対バールの圧力下で
耐圧殻中で沸とうしている水へ移される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−128201(JP,A) 特開 昭53−141191(JP,A) 特開 昭53−60891(JP,A) 特公 昭44−14683(JP,B2)
Claims (10)
- 【請求項1】スチーム、二酸化炭素、水素及び一酸化炭
素を含み、そして乾燥基準で少なくとも8容量%の一酸
化炭素含量を有する原料ガスを、銅金属及び少なくとも
1種の酸化物系担体物質を含む触媒の存在下に大気圧以
上の圧力及び昇温度において冷媒との間接熱交換関係で
単一段階の触媒式シフト反応に付し、これにより一酸化
炭素含量を乾燥基準で1容量%以下にまで低減させるこ
とからなり; (a)この反応を230−280℃の範囲内の出力温度で実施
すること、 (b)触媒床は、触媒床内でガス流と接触される熱交換
表面を触媒1m3当り30−200m2与える熱交換管及び/また
は熱交換板を備え、そして該管及び/または板の低温側
の冷媒は沸とう水であること、そして、 (c)触媒を通してのガス流量は200−800キロモル/時
/触媒m3の範囲内であること、 を特徴とする、水素含有ガスの製法。 - 【請求項2】入口温度が240−310℃の範囲内であり、そ
して出口温度が入口温度よりも10−30℃低い特許請求の
範囲第1項に記載の方法。 - 【請求項3】触媒を通してのガス混合物の流量が300キ
ロモル/時/触媒m3以上である特許請求の範囲第2項に
記載の方法。 - 【請求項4】触媒床内でガス流と接触される熱伝達表面
は触媒1m3当り50m2以上である特許請求の範囲第3項に
記載の方法。 - 【請求項5】入口温度は100−240℃の範囲内であり、そ
して触媒よりも上流側に沸とう水と間接熱交換関係の入
口帯域を設けて余熱帯域として作用させる特許請求の範
囲第1項に記載の方法。 - 【請求項6】触媒床内の最高温度は240−310℃の範囲内
であり、出口温度は最高温度よりも10−30℃低い特許請
求の範囲第5項に記載の方法。 - 【請求項7】原料ガス流の一酸化炭素含量は乾燥基準で
15−65容量%である特許請求の範囲第5または6項に記
載の方法。 - 【請求項8】沸とう水の圧力は原料ガス流の圧力値の前
後10バール以内である特許請求の範囲第1−7項のいず
れかに記載の方法。 - 【請求項9】沸とう水またはその中で発生したスチーム
と水流との間接熱交換により沸とう水から熱を回収する
ことにより熱水流を作り、そして原料ガス流中に存在す
るスチームの少なくとも一部分を、原料ガス、または原
料ガスを作るのに用いる反応体を該熱水流と接触させる
ことにより得る特許請求の範囲第1−8項のいずれかに
記載の方法。 - 【請求項10】触媒よりも上流側に、塩基性のアルカリ
もしくはアルカリ土類化合物を担持した粒子を含む塩化
物ガード床を該冷媒と間接熱交換関係に設け、そしてプ
ラントの運転開始時及び何らかの一時的停止時中に該冷
媒を加熱する手段を設け、それによりプラントの運転開
始時または一時的停止時中にガード床を原料ガス流中の
スチームの露点以上の温度に保持しうるようにした特許
請求の範囲第1−9項のいずれかに記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB858521649A GB8521649D0 (en) | 1985-08-30 | 1985-08-30 | Hydrogen production |
GB8521649 | 1985-08-30 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6252103A JPS6252103A (ja) | 1987-03-06 |
JPH0753562B2 true JPH0753562B2 (ja) | 1995-06-07 |
Family
ID=10584508
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61203581A Expired - Lifetime JPH0753562B2 (ja) | 1985-08-30 | 1986-08-29 | 水素含有ガスの製法 |
Country Status (11)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0213840B1 (ja) |
JP (1) | JPH0753562B2 (ja) |
AT (1) | ATE68443T1 (ja) |
AU (1) | AU584232B2 (ja) |
CA (1) | CA1249420A (ja) |
DE (1) | DE3682003D1 (ja) |
GB (1) | GB8521649D0 (ja) |
IN (1) | IN167736B (ja) |
NO (1) | NO170474C (ja) |
NZ (1) | NZ217271A (ja) |
ZA (1) | ZA866182B (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1039580C (zh) * | 1995-02-08 | 1998-08-26 | 黄家鹄 | 铜锌系催化剂的一氧化碳全低温变换方法 |
US6306354B1 (en) * | 1996-05-17 | 2001-10-23 | International Fuel Cells, Llc | Shift converter |
US6524550B1 (en) * | 1999-05-03 | 2003-02-25 | Prashant S. Chintawar | Process for converting carbon monoxide and water in a reformate stream |
JP4681101B2 (ja) * | 2000-05-30 | 2011-05-11 | 三菱重工業株式会社 | ガソリン、軽油および灯油用合成ガスの製造方法 |
US7548683B2 (en) | 2004-01-26 | 2009-06-16 | Modine Manufacturing Company | Coolant conditioning system and method for a fuel processing subsystem |
FR2960451B1 (fr) * | 2010-05-25 | 2017-07-28 | Inst Francais Du Petrole | Procede de conversion a la vapeur de gaz de synthese et appareil pour realiser ce procede |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1542632B2 (de) * | 1963-07-30 | 1976-12-16 | Basf Ag, 6700 Ludwigshafen | Verfahren zur herstellung von wasserstoff |
US3825501A (en) * | 1969-11-26 | 1974-07-23 | Texaco Inc | Exothermic reaction process |
GB1400065A (en) * | 1972-08-07 | 1975-07-16 | Shell Int Research | Process for the production of hydrogenrich gas from carbon monoxide and hydrogen-containing gases |
EP0049967A1 (en) * | 1980-10-14 | 1982-04-21 | Imperial Chemical Industries Plc | Ammonia production process |
JPS59128201A (ja) * | 1982-12-29 | 1984-07-24 | Toyo Eng Corp | 一酸化炭素転化反応器 |
DE3571797D1 (en) * | 1984-03-02 | 1989-08-31 | Ici Plc | Process for producing ammonia synthesis gas |
-
1985
- 1985-08-30 GB GB858521649A patent/GB8521649D0/en active Pending
-
1986
- 1986-08-12 DE DE8686306229T patent/DE3682003D1/de not_active Revoked
- 1986-08-12 AT AT86306229T patent/ATE68443T1/de not_active IP Right Cessation
- 1986-08-12 EP EP86306229A patent/EP0213840B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-08-15 ZA ZA866182A patent/ZA866182B/xx unknown
- 1986-08-19 IN IN746/DEL/86A patent/IN167736B/en unknown
- 1986-08-19 NZ NZ217271A patent/NZ217271A/xx unknown
- 1986-08-21 AU AU61729/86A patent/AU584232B2/en not_active Ceased
- 1986-08-22 CA CA000516627A patent/CA1249420A/en not_active Expired
- 1986-08-29 JP JP61203581A patent/JPH0753562B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1986-08-29 NO NO863475A patent/NO170474C/no not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NO863475L (no) | 1987-03-02 |
EP0213840A3 (en) | 1988-01-20 |
CA1249420A (en) | 1989-01-31 |
NO170474C (no) | 1992-10-21 |
AU6172986A (en) | 1987-03-05 |
JPS6252103A (ja) | 1987-03-06 |
NO863475D0 (no) | 1986-08-29 |
NO170474B (no) | 1992-07-13 |
NZ217271A (en) | 1989-02-24 |
AU584232B2 (en) | 1989-05-18 |
DE3682003D1 (de) | 1991-11-21 |
ZA866182B (en) | 1987-05-27 |
GB8521649D0 (en) | 1985-10-02 |
ATE68443T1 (de) | 1991-11-15 |
IN167736B (ja) | 1990-12-15 |
EP0213840A2 (en) | 1987-03-11 |
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