NO325090B1 - Fremgangsmate og prosessanordning for kombinert produksjon av syntesegass og effekt - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for kombinert produksjon av syntesegass og effekt, omfattende trinn til primær og sekundær dampreformering av et hydrokarbon-råmateriale, hvori en del av syntesegassen som tas ut fra den sekundære dampreformering ved høyt trykk ekspanderes i en gassturbin for produksjonen av effekt. Oppfinnelsen angår også en prosessanordning for den kombinerte produksjon av syntesegass og effekt, omfattende en brensel-oppvarmet primær dampreformer forbundet til en sekundær dampreformer, og en gassturbin forbundet til en utgangsledning fra den andre dampreformeren til ekspansjon av minst en del av den produserte syntesegass tatt ut gjennom utgangsledningen fra den sekundære dampreformer.

Fremstilling av syntesegass ved en sekvens av primær og sekundær dampreformering av et hydrokarbon-råmateriale er velkjente fremgangsmåter innen kjent teknikk. Fremgangsmåten utføres vanligvis i en sekvens av en direktefyrt rørdampreformer og en adiabatisk forbrenningsreaktor med en øvre forbrenningssone og en nedre katalysator-sone. I forbrenningssonen blir hydrokarbonråmaterialet delvis oksidert med luft eller oksygenholdig atmosfære. Det delvis oksiderte materiale som forlader forbrenningssonen blir etterfølgende underkastet dampreformering under tilstedeværelse av en dampreformeringskatalysator anordnet på en fiksert-sjikt-måte i den nedre del av reaktoren. Typiske driftsbetingelser i den adiabatiske reformer er 850 °C og 2-4 MPa ved et damp-til-karbon-forhold over 1, avhengig av den ønskede produktgassen.

Et problem med adiabatisk dampreformering er dannelsen av sot ved den understøkio-metriske forbrenning av hydrokarboner. Spesielt ved lave damp/karbon-forhold i til-førselsgassen til den adiabatiske reformer, blir sotdannelsen markant i forbrenningssonen.

I et antall av industrielle anvendelser kreves et lavt damp-til-karbon-forhold i tilførsels-gassen. Således er damp-til-karbon-forhold under 1 fordelaktige ved fremstillingen av hydrogen og karbonmonoksidsyntesegass for å oppnå det optimale forhold mellom hydrogen og karbonmonoksid i produktgassen.

Atskillige tiltak til reduksjon av sotdannelsen ved et lavt damp-til-karbon-forhold ved adiabatisk reformering er blitt gjort hittil, inklusiv bestemte brennerdesign og kontroll av driftsbetingelser.

Fra US4079017 kjennes en prosess som omfatter en sekvens av fyret primær- og sekundærdampreformering og parallell gass oppvarmet dampreformering ved indirekte varmeveksling med sekundær dampreformert gass. Publikasjonen angir parallell primær dampreformering med en fyret primærdampreformer ved bruk av ekstern brensel mens sekundærreformeravgassen kun anvendes som varmevekslingmedium.

W097/48639 beskriver autotermisk reformering med ekspansjon av den reformerte avgassen i en gassturbin. Hele den ekspanderte reformerte gassen føres til videre bearbeidning f. eks. i en Fischer-Tropsch reaktor.

I den samtidige europeiske patentsøknaden nr. 99102386, beskrives en fremgangsmåte til sotfri adiabatisk katalytisk dampreformering, hvori dannelsen av sot hindres ved kontroll av driftstrykket innenfor et bestemt område avhengig av den adiabatiske gass-temperatur av det reformerte råmaterialet og forholdet mellom damp og karbon.

Det ble ytterligere funnet at driftstrykk over 3,5 MPa tillater sotfri reformering med et meget lavt damp-til-karbon-forhold.

En ulempe ved anvendelse av høyt driftstrykk ved den adiabatiske dampreformerings-fremgangsmåte er utgiftene til komprimering av tilførselsgassen. Trykket på den produserte syntesegass vil typisk behøves til anvendelser i de etterfølgende prosessenheter ved et lavere trykk.

Det er nå blitt funnet at vesentlige mengder av energi anvendt til komprimeringen av tilførselsgassen til en autotermisk reformer kan gjenvinnes når man trykkavlaster en del av den produserte syntesegass som tas ut fra reformeren ved høyt trykk i en gassturbin for dannelse av effekt og anvender den ekspanderte delen av gassen som brensel i en direkte fyrt rørdampreformer.

Følgelig tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for den kombinerte produksjon av syntesegass og effekt, omfattende trinn til primær og sekundær dampreformering av et hydrokarbon-råmateriale, hvori en del av syntesegassen som tas ut fra den sekundære dampreformering ved høyt trykk ekspanderes i en gassturbin for produksjonen av effekt kjennetegnet ved at den ekspanderte syntesegass blir anvendt som brensel i det primære dampreformeirngstrinn. Videre tilveiebringer oppfinnelsen en prosessanordning for den kombinerte produksjon av syntesegass og effekt, omfattende en brensel-oppvarmet primær dampreformer forbundet til en sekundær dampreformer, og en gassturbin forbundet til en utgangsledning fra den andre dampreformeren til ekspansjon av minst en del av den produserte syntesegass tatt ut gjennom utgangsledningen fra den sekundære dampreformer, kjennetegnet ved at anordningen videre omfatter en ledning for å føre den ekspanderte syntesegass til brenneranordningen innrettet i den primære dampreformeringsreaktoren.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

En spesifikk utførelse av foreliggende oppfinnelse er skjematisk vist på figur 1 på den vedlagte tegningen.

I fremgangsmåten vist på figur 1, blir prosessgass 1 av et hydrokarbon-råmateriale og damp reformert i en første trinn i en rørformet dampreformer 10. Dampreformeren 10 inneholder en fiksert sjikt av vanlig dampreformeringskatalysator 12 som oppvarmes eksternt ved avbrenning av brensel i brenneren 15.

Som et essensielt trekk ved foreliggende oppfinnelse er brenslet som anvendes ved opp-varmingen av dampreformeringskatalysatoren en delstrøm 5 av syntesegass fremstilt ved fremgangsmåten som ytterligere beskrives nedenfor.

Fra katalysatorsjiktet 12 føres den primære dampreformerte strøm 2 ut og introduseres inn i sekundær reformer 16 sammen med en strøm av oksydant 3.1 sekundærreformeren 16 blir primær dampreformert strøm 2 ytterligere dampreformert ved den kjente sekundære dampreformeringsfremgangsmåten. Betingelser og katalysator anvendt i reaktor 16 er konvensjonelle og oppsummert i tabellen nedenfor. Fra reaktor 16 blir dampreformert ammoniakksyntesegass 4 ført ut og distribuert delvis til produktledning 6 og det resterende av strømmen føres til gassturbinen 18, hvor gassen ekspanderes for å produsere rotasjonsakseleffekt. Ekspandert syntesegass 5 fra gassturbinen 18 blir der-etter brent i brennerne 15 for å gi varme til primær reformer 10.

Prosessbetingelser og sammensetning av de forskjellige gasstrømmer i prosessen ovenfor er oppsummert i tabellen nedenfor.

Som det fremgår av tabellen ovenfor blir det produsert 15,8 MW effekt ved den ovenfor anførte fremgangsmåte når det ekspanderes omkring 20 volum-% av den produserte syntesegass i en gassturbin.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for den kombinerte produksjon av syntesegass og effekt, omfattende trinn til primær og sekundær dampreformering av et hydrokarbon-råmateriale, hvori en del av syntesegassen som tas ut fra den sekundære dampreformering ved høyt trykk ekspanderes i en gassturbin for produksjonen av effekt, karakterisert ved at den ekspanderte syntesegass blir anvendt som brensel i det primære dampreformeirngstrinn.

2. Prosessanordning for den kombinerte produksjon av syntesegass og effekt, omfattende en brensel-oppvarmet primær dampreformer forbundet til en sekundær dampreformer, og en gassturbin forbundet til en utgangsledning fra den andre dampreformeren til ekspansjon av minst en del av den produserte syntesegass tatt ut gjennom utgangsledningen fra den sekundære dampreformer, karakterisert ved at anordningen videre omfatter en ledning for å føre den ekspanderte syntesegass til brenneranordningen innrettet i den primære dampreformeringsreaktoren.