JP7261235B2 - 合成ガス製造のための系および方法 - Google Patents
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Description
a)電動熱源により、化学反応器の改質装置管内の触媒材料を電気的に加熱するステップ、
b)第1供給材料流を改質装置管の第1の改質反応域中への第1の入口に入れるステップ、
c)第1改質反応域内で第1供給材料流の改質反応を行うステップ、
d)第2の供給材料流を供給材料コンジット中に入れるステップであって、前記供給材料コンジットは第2供給材料流が第2改質反応域においてのみ触媒材料と接触するように構成されるステップ、
e)第2供給材料流を、改質装置管内に収容された触媒材料との熱交換接触に導き、そして第2供給材料流を改質装置管中へと第2の改質反応域中に入れるステップ、および
f)第2改質反応域内で第1供給材料流および第2供給材料流の改質反応を行うステップ、
ここで、第2改質反応域は第1改質反応域の下流に位置し、第2供給材料流は少なくとも50乾燥モル%のCO2を含み、第2供給材料流は、それを改質装置管の第2改質反応域中に導入する前に加熱される。前記触媒材料は、抵抗加熱により、例えば改質装置管を通した電気伝導により、触媒材料を通した電気伝導により、改質装置管内に置かれ、熱を周囲の触媒材料に放出するために配置された導電性要素を通した電気伝導により、またはそれらの組み合わせにより、加熱され得る。触媒材料が強磁性であるか、または強磁性材料上に担持される場合には、および/または強磁性要素が触媒材料と一緒に改質装置管に収容されている場合には、触媒材料を追加的にまたは代替的に誘導加熱によって加熱してもよい。
本発明の実施態様を、例により、添付の図面を参照しながら説明する。添付の図面は、本発明の実施態様の例を示すだけであり、従って、その範囲の限定とみなすべきではなく、当該発明に関しては、他の同様に有効な実施態様も許容され得ることに留意すべきである。
以下は、添付の図面に示した本発明の実施態様の詳細な説明である。当該実施態様は例であり、本発明を明確に伝えられる程度に詳細なものである。しかしながら、示した詳細の量は、実施態様の予期される変化を限定することを意図するものではなく;対照的に、本発明は、添付の特許請求の範囲によって特定される本発明の趣旨および範囲内にある全ての改変、等価物および代替物をカバーするものである。
プロセスの例を下記の表1に例証する。炭化水素ガスおよび蒸気を含み、S/C比が1である第1の供給材料流を、図1に示されるような本発明の水蒸気改質装置10または改質装置管20の第1改質反応域に供給する。第1改質反応域内で、この第1供給材料流を850℃の温度に加熱し、改質する。引き続き、それを、供給材料コンジット内を移動させながら第1改質反応域と供給材料コンジットとの間の熱交換により850℃に加熱したCO2と混合する。第1改質反応域内でのCO2およびプロセスガスの混合の前、H2/CO比は3.95である。第1改質反応域内のプロセスガスと供給材料コンジットからのCO2との混合に引き続いて、すなわち第2改質反応域において、混合したプロセスガスをさらにヒーターにより950℃に加熱し、一方で改質は行われ続ける。得られる第1合成ガスは、950℃で比H2/CO=0.7を有する。
上述のように、本発明の化学反応器、改質装置管および方法はまた、第2供給材料流が還元ガスプロセスからのリサイクル流である改質にも適している。そのようなリサイクル流は、高級アルコール合成から生じ得るものであり、従って典型的には主としてCO2を、そしてより少ない割合のH2Sを含むであろう。あるいは、リサイクル流は鉄還元プロセス、例えば商標「Midrix」で公知のものから生じ得る。
なお、本願は、特許請求の範囲に記載の発明に関するものであるが、他の態様として以下も包含し得る。
1.炭化水素ガスおよび蒸気を含む第1の供給材料流の改質のための化学反応器であって、-触媒材料を収容するように配置された改質装置管であって、前記第1供給材料流を前記改質装置管の第1の改質反応域中に供給するための第1の入口を含む改質装置管、
-ここで、前記改質装置管は、第2の供給材料流を前記改質装置管内に収容された前記触媒材料との熱交換接触に導くように、かつ前記第2供給材料流を前記改質装置管の第2の改質反応域中に与えるように配置された供給材料コンジットを含み、前記第2改質反応域は前記第1改質反応域の下流に位置し、前記供給材料コンジットは、前記第2供給材料流が前記第2改質反応域においてのみ触媒材料と接触するように構成されており、および
-改質装置管内の触媒材料を加熱するように配置された電動熱源、
を含む化学反応器。
2.前記供給材料コンジットが、前記第2供給材料流を前記改質装置管内に収容された触媒材料との熱交換接触に導くように配置された第1の部分、および前記第2供給材料流を前記改質装置管の前記第2改質反応域中に入れるように配置された第2の部分を含む、上記1に記載の化学反応器。
3.前記供給材料コンジットが前記第2改質反応域中に伸び、そして、前記供給材料コンジットが、前記第2供給材料流を前記第2部分を通して前記第2改質反応域中に与える前に、前記第2供給材料流を前記第2改質反応域の少なくとも一部との熱交換接触に導くように配置されたバッフルを含む、上記2に記載の化学反応器。
4.前記供給材料コンジットが、前記改質装置管内で、前記改質装置管の第1の端部および/または第2の端部から、前記第2改質反応域まで伸びている、上記1~3のいずれか1つに記載の化学反応器。
5.前記第2部分が、前記改質装置管の縦軸に沿った1以上の地点に第2入口(単数または複数)を、および/または前記供給材料コンジットを収容している前記改質装置管の縦軸の少なくとも一部に沿って前記第2供給材料流を前記第2改質反応域中に入れるために縦軸の少なくとも一部に沿って伸びるフリット材料を含む、上記2~4のいずれか1つに記載の化学反応器。
6.前記電動熱源が、前記改質装置管内の触媒材料を少なくとも750℃の最大温度に加熱するように配置される、上記1~5のいずれか1つに記載の化学反応器。
7.前記電動熱源が、誘導コイルおよび交流を供給するように配置された電源を含み、前記誘導コイルは前記電源によって電力を供給されるように配置されており、前記誘導コイルは、前記電源による通電時に前記改質装置管内で交流磁界を生成するように位置しており、そして前記改質装置管が、少なくとも所定の温度範囲Tの上限までの温度で強磁性である強磁性材料を収容している、上記1~6のいずれか1つに記載の化学反応器。
8.前記電動熱源が、前記改質装置管内に収容された導電性材料と、前記化学反応器の稼働中に電流が前記導電性材料中を流れられるようにするために前記導電性材料に接続された前記電源とを含む、上記1~7のいずれか1つに記載の化学反応器。
9.前記供給材料コンジットが少なくとも850℃までの温度に耐えることができる材料でできている、上記1~8のいずれか1つに記載の化学反応器。
10.前記第2供給材料流を少なくとも700℃の温度に加熱するための熱交換手段をさらに含む、上記1~9のいずれか1つに記載の化学反応器。
11.化学反応器において、炭化水素ガスおよび蒸気を含む第1の供給材料流を改質する方法であって、以下のステップ:
a)電動熱源により、前記化学反応器の改質装置管内の触媒材料を電気的に加熱するステップ、
b)前記第1供給材料流を前記改質装置管の第1の改質反応域への第1の入口に入れるステップ、
c)第1改質反応域内で前記第1供給材料流の改質反応を行うステップ、
d)第2の供給材料流を供給材料コンジット中に入れるステップであって、前記供給材料コンジットが、前記第2供給材料流が第2の改質反応域においてのみ触媒材料と接触するように構成されるステップ、
e)前記第2供給材料流を、前記改質装置管内に収容された触媒材料との熱交換接触に導き、そして前記第2供給材料流を前記改質装置管へと前記第2改質反応域中に入れるステップ、および
f)前記第2改質反応域内で前記第1供給材料流および前記第2供給材料流の改質反応を行うステップ、
を含み、
前記第2改質反応域が前記第1改質反応域の下流に位置し、前記第2供給材料流が少なくとも50乾燥モル%のCO 2 を含み、前記第2供給材料流が、それを前記改質装置管の第2改質反応域中に導入する前に加熱される、方法。
12.ステップe)が、前記第2供給材料流を、前記第2供給材料流を前記第1改質反応域に沿って導くように配置された前記供給材料コンジットの第1の部分内に導くこと、および前記第2供給材料流を、前記改質装置管中に、前記供給材料コンジットの第2の部分における第2入口(単数または複数)を介して、および/または縦軸の少なくとも一部に沿って伸びるフリット材料を介して入れることを含む、上記11に記載の方法。
13.前記第2供給材料流が、前記改質装置管の第1のおよび/または第2の端部から前記第2改質反応域に導かれる、上記12に記載の方法。
14.ステップe)が、前記第2供給材料流を、前記第2改質反応域の縦方向の長さの少なくとも一部との熱交換接触に導くことを含む、上記11~13のいずれか1つに記載の方法。
15.ステップe)が、前記改質装置管の縦軸に沿った1以上の地点で前記第2改質反応域中に、および/または前記第2供給材料流を前記第2改質反応域中に前記供給材料コンジットを収容している前記改質装置管の縦軸の少なくとも一部に沿って入れるために縦軸の少なくとも一部に沿って伸びるフリット材料中に、前記第2供給材料流を入れることを含む、上記11~14のいずれか1つに記載の方法。
16.前記第2供給材料流が少なくとも90乾燥モル%のCO 2 を含む、上記11~15のいずれか1つに記載の方法。
17.第2供給材料流がさらに、以下の成分:
蒸気、水素、一酸化炭素、硫化水素、二酸化硫黄、窒素、メタンおよびアルゴン
のうちの1種以上を含む、上記11~16のいずれか1つに記載の方法。
18.前記第2供給材料流におけるCO 2 と第1供給材料流における炭化水素との間のモル分率が0.5より大きい、上記11~17のいずれか1つに記載の方法。
19.前記第1供給材料流がさらに、以下の成分:
水素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、アルゴンおよび高級炭化水素
のうちの1種以上を含む、上記11~18のいずれか1つに記載の方法。
20.第1供給材料流における蒸気対炭素比が約0.7~約2.0である、上記11~19のいずれか1つに記載の方法。
21.前記電動熱源が、前記改質装置管内の触媒材料を約650℃~約950℃の温度に加熱するように配置される、上記11~20のいずれか1つに記載の方法。
22.ステップf)における前記第2供給材料流が、約700℃~約950℃の温度に加熱される、上記11~21のいずれか1つに記載の方法。
23.上記1~10のいずれか1つに記載の化学反応器を含む、炭化水素ガスおよび蒸気を含む第1の供給材料流の改質のためのプラントであって、前記化学反応器が、第1の供給材料流および第2の供給材料流を受け入れるようにおよび第1の合成ガスを製造するように配置されており、そして
以下:
-第3の供給材料流を第1合成ガスに添加して混合ガスとするための添加点、および
-第2の触媒材料を含む断熱式ポストコンバーターであって、前記混合ガスを受け入れるために配置され、前記混合ガスに関して逆水性ガスシフト反応を平衡化して、第1合成ガスより低いH 2 /CO比を有する第2の合成ガスをもたらす、断熱式ポストコンバーター、
を含む、プラント。
Claims (21)
- 炭化水素ガスおよび蒸気を含む第1の供給材料流の改質のための化学反応器であって、-触媒材料を収容するように配置された改質装置管であって、前記第1の供給材料流を前記改質装置管の第1の改質反応域中に供給するための第1の入口を含む改質装置管、
-ここで、前記改質装置管は、少なくとも50乾燥モル%のCO 2 を含む第2の供給材料流を前記改質装置管内に収容された前記触媒材料との熱交換接触に導くように、かつ前記第2の供給材料流を前記改質装置管の第2の改質反応域中に与えるように配置された供給材料コンジットを含み、前記第2の改質反応域は前記第1の改質反応域の下流に位置し、前記供給材料コンジットは、前記第2の供給材料流が前記第2の改質反応域においてのみ触媒材料と接触するように構成されており、および
-改質装置管内の触媒材料を加熱するように配置された電動熱源、
を含む前記化学反応器において、
前記電動熱源が、以下の(i)および(ii):
(i)誘導コイルおよび交流を供給するように配置された電源を含む電動熱源であって、前記誘導コイルは前記電源によって電力を供給されるように配置されており、前記誘導コイルは、前記電源による通電時に前記改質装置管内で交流磁界を生成するように位置しており、そして前記改質装置管が、強磁性材料であって、少なくとも前記強磁性材料に関して所定の温度範囲の上限までの温度で強磁性である強磁性材料を収容している前記電動熱源、および
(ii)前記改質装置管内に収容された導電性材料と、前記化学反応器の稼働中に電流が前記導電性材料中を流れられるようにするために前記導電性材料に接続された電源とを含む電動熱源、
からなる群から選択される、前記化学反応器。 - 前記供給材料コンジットが、前記第2の供給材料流を前記改質装置管内に収容された触媒材料との熱交換接触に導くように配置された第1の部分、および前記第2の供給材料流を前記改質装置管の前記第2の改質反応域中に入れるように配置された第2の部分を含む、請求項1に記載の化学反応器。
- 前記供給材料コンジットが前記第2の改質反応域中に伸び、そして、前記供給材料コンジットが、前記第2の供給材料流を前記第2の部分を通して前記第2の改質反応域中に与える前に、前記第2の供給材料流を前記第2の改質反応域の少なくとも一部との熱交換接触に導くように配置されたバッフルを含む、請求項2に記載の化学反応器。
- 前記供給材料コンジットが、前記改質装置管内で、前記改質装置管の第1の端部および/または第2の端部から、前記第2の改質反応域まで伸びている、請求項1~3のいずれか1つに記載の化学反応器。
- 前記第2の部分が、前記改質装置管の縦軸に沿った1以上の地点に第2の入口(単数または複数)を含み、および/または前記供給材料コンジットを収容している前記改質装置管の縦軸の少なくとも一部に沿って前記第2の供給材料流を前記第2の改質反応域中に入れるために縦軸の少なくとも一部に沿って伸びるフリット材料を含む、請求項2~4のいずれか1つに記載の化学反応器。
- 前記電動熱源が、前記改質装置管内の触媒材料を少なくとも750℃の最大温度に加熱するように配置される、請求項1~5のいずれか1つに記載の化学反応器。
- 前記供給材料コンジットが少なくとも850℃までの温度に耐えることができる材料でできている、請求項1~6のいずれか1つに記載の化学反応器。
- 前記第2の供給材料流を少なくとも700℃の温度に加熱するための熱交換手段をさらに含む、請求項1~7のいずれか1つに記載の化学反応器。
- 化学反応器において、炭化水素ガスおよび蒸気を含む第1の供給材料流を改質する方法であって、以下のステップ:
a)電動熱源により、前記化学反応器の改質装置管内の触媒材料を電気的に加熱するステップ、
b)前記第1の供給材料流を前記改質装置管の第1の改質反応域への第1の入口に入れるステップ、
c)第1の改質反応域内で前記第1の供給材料流の改質反応を行うステップ、
d)第2の供給材料流を供給材料コンジット中に入れるステップであって、前記供給材料コンジットが、前記第2の供給材料流が第2の改質反応域においてのみ触媒材料と接触するように構成されるステップ、
e)前記第2の供給材料流を、前記改質装置管内に収容された触媒材料との熱交換接触に導き、そして前記第2の供給材料流を前記改質装置管へと前記第2の改質反応域中に入れるステップ、および
f)前記第2の改質反応域内で前記第1の供給材料流および前記第2の供給材料流の改質反応を行うステップ、
を含み、
前記第2の改質反応域が前記第1の改質反応域の下流に位置し、前記第2の供給材料流が少なくとも50乾燥モル%のCO2を含み、前記第2の供給材料流が、それを前記改質装置管の第2の改質反応域中に導入する前に加熱され、
前記電動熱源が、以下の(i)および(ii):
(i)誘導コイルおよび交流を供給するように配置された電源を含む電動熱源であって、前記誘導コイルは前記電源によって電力を供給されるように配置されており、前記誘導コイルは、前記電源による通電時に前記改質装置管内で交流磁界を生成するように位置しており、そして前記改質装置管が、強磁性材料であって、少なくとも前記強磁性材料に関して所定の温度範囲の上限までの温度で強磁性である強磁性材料を収容している前記電動熱源、および
(ii)前記改質装置管内に収容された導電性材料と、前記化学反応器の稼働中に電流が前記導電性材料中を流れられるようにするために前記導電性材料に接続された電源とを含む電動熱源、
からなる群から選択される、
前記方法。 - ステップe)が、前記第2の供給材料流を、前記第2の供給材料流を前記第1の改質反応域に沿って導くように配置された前記供給材料コンジットの第1の部分内に導くこと、および前記第2の供給材料流を、前記改質装置管中に、前記供給材料コンジットの第2の部分における第2の入口(単数または複数)を介して、および/または縦軸の少なくとも一部に沿って伸びるフリット材料を介して入れることを含む、請求項9に記載の方法。
- 前記第2の供給材料流が、前記改質装置管の第1のおよび/または第2の端部から前記第2の改質反応域に導かれる、請求項10に記載の方法。
- ステップe)が、前記第2の供給材料流を、前記第2の改質反応域の縦方向の長さの少なくとも一部との熱交換接触に導くことを含む、請求項9~11のいずれか1つに記載の方法。
- ステップe)が、前記改質装置管の縦軸に沿った1以上の地点で前記第2の改質反応域中に、および/または前記第2の供給材料流を前記第2の改質反応域中に前記供給材料コンジットを収容している前記改質装置管の縦軸の少なくとも一部に沿って入れるために縦軸の少なくとも一部に沿って伸びるフリット材料中に、前記第2の供給材料流を入れることを含む、請求項9~12のいずれか1つに記載の方法。
- 前記第2の供給材料流が少なくとも90乾燥モル%のCO2を含む、請求項9~13のいずれか1つに記載の方法。
- 第2の供給材料流がさらに、以下の成分:
蒸気、水素、一酸化炭素、硫化水素、二酸化硫黄、窒素、メタンおよびアルゴン
のうちの1種以上を含む、請求項9~14のいずれか1つに記載の方法。 - 前記第2の供給材料流におけるCO2と第1の供給材料流における炭化水素との間のモル分率が0.5より大きく、前記モル分率が、前記CO 2 のモルを前記炭化水素のモルで割ることによって算出される、請求項9~15のいずれか1つに記載の方法。
- 前記第1の供給材料流がさらに、以下の成分:
水素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、アルゴンおよび高級炭化水素
のうちの1種以上を含む、請求項9~16のいずれか1つに記載の方法。 - 第1の供給材料流における蒸気対炭素比が0.7~2.0である、請求項9~17のいずれか1つに記載の方法。
- 前記電動熱源が、前記改質装置管内の触媒材料を650℃~950℃の温度に加熱するように配置される、請求項9~18のいずれか1つに記載の方法。
- ステップf)における前記第2の供給材料流が、700℃~950℃の温度に加熱される、請求項9~19のいずれか1つに記載の方法。
- 請求項1~8のいずれか1つに記載の化学反応器を含む、炭化水素ガスおよび蒸気を含む第1の供給材料流の改質のためのプラントであって、前記化学反応器が、第1の供給材料流および第2の供給材料流を受け入れるようにおよび第1の合成ガスを製造するように配置されており、そして
以下:
-第3の供給材料流を第1の合成ガスに添加して混合ガスとするための添加点、および
-第2の触媒材料を含む断熱式ポストコンバーターであって、前記混合ガスを受け入れるために配置され、前記混合ガスに関して逆水性ガスシフト反応を平衡化して、第1の合成ガスより低いH2/CO比を有する第2の合成ガスをもたらす、断熱式ポストコンバーター、
を含む、プラント。
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