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JPH0665601B2 - 炭化水素の水蒸気改質法 - Google Patents

炭化水素の水蒸気改質法

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Publication number
JPH0665601B2
JPH0665601B2 JP59245260A JP24526084A JPH0665601B2 JP H0665601 B2 JPH0665601 B2 JP H0665601B2 JP 59245260 A JP59245260 A JP 59245260A JP 24526084 A JP24526084 A JP 24526084A JP H0665601 B2 JPH0665601 B2 JP H0665601B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
steam
temperature
gas
steam reformer
temperature steam
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP59245260A
Other languages
English (en)
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JPS61122102A (ja
Inventor
孝 佐々木
正雄 平野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JGC Corp
Original Assignee
JGC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by JGC Corp filed Critical JGC Corp
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency
    • Y02P20/129Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はLPG、ナフサなどを原料炭化水素とし、これ
を断熱型の反応器で低温水蒸気改質した後、その生成ガ
スを外部直接加熱型の多管式反応器で高温水蒸気改質す
ることにより、水素リツチガスを製造する方法の改良に
関する。
LPG、ナフサなどの原料炭化水素を水蒸気改質して水
素リツチガスを製造する方法のひとつとして、原料炭化
水素と水蒸気を断熱型低温水蒸気改質器でまずメタンリ
ツチガスに転化させ、次いでこのガスを外部加熱型高温
水蒸気改質器で水素リツチガスに転化させる2段式水蒸
気改質法が知られている。この方法は原料炭化水素を一
挙に水素リツチガスに転化させる1段式水蒸気改質法に
比較して、使用触媒への炭素析出が格段に少ない点で優
れているが、系内に供給された熱が必ずしも有用に利用
されていない点で、改良の余地がある。
すなわち、水素リツチガスの製造を目的とする2段式水
蒸気改質法にあつては、化学平衡のうえから後段の水蒸
気改質器を高温に維持することが好ましく、従つて複数
のバーナーによる輻射伝熱にて当該反応器を直接加熱す
る関係でこの直接加熱炉の煙道には高温800℃〜1200℃
のかなりの熱量を保有する燃焼廃ガスが排出される。こ
のため、従来は前段の断熱型低温水蒸気改質器に供給さ
れる原料炭化水素とスチームの予熱に、前記の煙道ガス
を利用する方式が採用されている。しかしながら、通常
400〜500℃の低温領域で運転される低温水蒸気改質器で
のオレフイン生成ないしは炭素析出を回避するには、予
熱温度の上限を520℃程度に制限せざるを得ないため、
上記の方式では煙道ガスが保有する熱を充分に回収する
ことができない。尤も、熱の回収率だけを問題にするの
なら、前記の煙道ガスを熱源に用いて水蒸気を発生させ
ることにより、熱回収率の向上を図ることは、必ずしも
不可能ではない。しかし、水蒸気改質プロセスの性能
は、煙道ガスの熱回収率で評価されるよりも、むしろ直
接加熱炉の熱料消費量で評価される関係で、余分な燃料
を消費してまで水蒸気を発生させることは推奨できな
い。
特に最近の水蒸気改質プロセスでは、製品ガスの精製に
複数基の吸着塔を用いた圧力変換吸着法(Pressure Swi
ng Adsorption、通称PSA法)が採用できるようにな
つて来たため、高温水蒸気器に使用する改質用水蒸気量
は一層低減され、このこともまた煙道ガスによる水蒸気
の発生を魅力ないものにしている。ちなみに、メタネー
ターと湿式炭酸ガス吸収塔の組合せで製品を精製する場
合、高温水蒸気改質器のスチーチ比(モル/炭素1原
子)は4〜5程度であるが、PSA法では3程度が最適
条件となる。従つて、加熱炉煙道ガスから熱を回収して
水蒸気を発生させるよりも、加熱炉自体の燃料消費量の
低減を図る方が望ましいのである。
また、高温水蒸気改質器からの出口ガスについて言え
ば、このガスは700〜900℃の高温度にあるため、専ら改
質用水蒸気を発生させるための熱源として使用されてい
るが、必要水蒸気量は低減化の傾向にあるため、前記出
口ガスの熱回収方法についても、その見直しが追られて
いる。
本発明は上記した2段式水蒸気改質法に於て、原料炭化
水素及び水蒸気の予熱に、後段の高温水蒸気改質反応器
から流出する水素リツチガスを使用し、前段の低温水蒸
気改質器から流出するメタンリツチガスを、高温水蒸気
改質器が収められる直接加熱炉の煙道ガスにて昇温させ
ることにより、前記加熱炉に要する熱負荷を換言すれば
燃料消費量を軽減させることを目的とする。
すなわち、本発明に係る炭化水素の水蒸気改質法は、原
料炭化水素と水蒸気を断熱型低温水蒸気改質器に供給し
てメタンリツチガスを生成させ、この生成ガスを高温水
蒸気改質器に供給して水素リツチガスを生成させる炭化
水素の水蒸気改質法に於て、(a)原料炭化水素と水蒸気
を断熱型低温水蒸気改質器に供給するのに先立つて、そ
の混合蒸気を高温水蒸気改質器で得られた水素リツチガ
スと熱交換させて予熱し、(b)断熱型低温水蒸気改質器
で得られたメタンリツチガスを、高温水蒸気改質器に供
給するのに先立つて、高温水蒸気改質器に熱を供給する
ための直接加熱炉の煙道ガスと熱交換させて予熱するこ
とを特徴とする。
以下、添付図面にそつて本発明の方法をさらに詳述する
と、LPG、ナフサなどの原料炭化水素蒸気はライン1
から系内に供給される。図示の態様では、ライン2を流
れる水蒸気が、加熱炉3の煙道4で或る程度昇温され、
ライン1から原料予熱器13及び脱硫器14を経て送ら
れる原料炭化水素と混合される。この混合蒸気は次いで
熱交換器5に被加熱流体として供給される。熱交換器5
には加熱流体として、後述の高温水蒸気改質器7から流
出する水素リツチガスが、一般的には廃熱ボイラー8経
由で供給される。熱交換器5に於て、原料炭化水素と水
蒸気の混合蒸気は、水素リツチガスと間接的に熱交換す
ることにより、低温改質に必要な温度まで予熱される。
この予熱温度は断熱型水蒸気改質器6でのオレフイン生
成ないしは炭素析出を抑制するために、その上限を52
0℃程度にするのが好ましい。
所望温度に予熱された原料炭化水素と水蒸気は、次いで
断熱型低温水蒸気改質器6に供給され、低温改質条件下
に改質触媒と接触することにより、CH4を主成分とし、H
2,H2O,CO,CO2を含有するメタンリツチガスに転化する。
低温改質条件及び改質触媒には、メタンリツチガスの取
得を目的とする通常の低温水蒸気改質法で採用される改
質条件及び改質触媒が使用可能であつて、改質条件とし
ては400〜500℃の温度、10〜40kg/cm2Gの圧力、1.5
〜3.0のスチーム比(モル/炭素1原子)及び2000〜600
0hr-1のGHSVが一般に採用され、触媒には多孔性物
質を担体としたニツケル系触媒が典型的には使用され
る。
断熱型低温水蒸気改質器6から流出するメタンリツチガ
スは、本発明の方法では従来法とは対照的に、加熱炉3
の煙道4に於て、燃焼廃ガスたる煙道ガスとの熱交換に
より昇温せしめられて高温水蒸気改質反応器7に供給さ
れるが、LPG、ナフサなどの炭化水素は既に低温改質
されてすべてがメタンに転化しているので、高温水蒸気
改質器での多量のオレフイン生成ないしは炭素析出を懸
念せずに、620℃程度まで昇温させることができる。
高温水蒸気改質器7は加熱炉3内に設置された複数個の
バーナーの輻射伝熱によつて必要熱量が供給され、反応
器出口温度が700〜900℃に保持されるよう加熱される
が、その改質器7に供給されたメタンリツチガスは、高
温改質条件下に改質触媒と接触して、水素濃度が50モ
ル%以上である水素リツチガスに転化する。高温改質条
件としては700〜900℃の温度、10〜40kg/cm2Gの圧
力、2.0〜5.0のスチーム比(モル/炭素1原子)、2000
〜6000hr-1のGHSVが一般に採用され、触媒には多孔
性担体にニツケルを担持させた触媒が典型的には使用さ
れる。
高温水蒸気改質器7から流出する水素リツチガスは、既
述した通り、一般には廃熱ボイラー8を経由させて熱交
換器5に供給し、加熱流体として利用した後、製品とし
て回収される。
尚、図示の水蒸気改質法で消費される水蒸気は、ライン
11から水蒸気ドラム10に供給される水を、廃熱ボイ
ラー8で水蒸気とし、これを水蒸気ドラム10に戻して
ここから水蒸気をライン2に供給することで賄うことが
でき、余剰水蒸気はライン12から系外に取出される。
周知の通り、メタンリツチガスを水素リツチガスに改質
するための高温水蒸気改質器は、化学平衡上高温に維持
する必要があり、当該反応器から流出する水素リツチガ
スの組成は、専らその反応器の出口温度に支配される。
このため高水素濃度のガスを取得するには、それに見合
う出口温度が維持できるよう、加熱炉によつて高温水蒸
気改質器を加熱しなければならない。この場合、高温水
蒸気改質器に供給されるメタンリツチガスの温度が低け
れば、それだけ加熱炉の熱負荷が増大する。然るに本発
明の方法によれば、メタンリツチガスを加熱炉の煙道で
昇温させてから高温水蒸気改質器に供給することができ
るので、その分だけ加熱炉に要する熱負荷を軽減させる
ことができる。これに加えて、本発明の水蒸気改質法
は、原料炭化水素及び水蒸気の予熱に、高温水蒸気改質
器から流出する水素リツチガスを利用するが、その分廃
熱ボイラー8での水蒸気発生量を軽減させることがで
き、またライン12に流れる余剰水蒸気を低減させるこ
とができる。さらに、前記水素リツチガスの反応器出口
温度は900℃程度と高温であるので、この水素リツチ
ガスを一旦廃熱ボイラーに通してから上記の予熱に利用
することができ、しかも原料炭化水素及び水蒸気と、水
素リツチガスとの熱交換には、極くありふれた多管式熱
交換器を使用できる利点もある。
進んで実施例を示し、本発明の効果をさらに具体的に説
明する。
実施例 第1図に示すフローに従つて、脱硫LPG5800kg/hrと
改質用水蒸気21624kg/hrの混合蒸気を熱交換器5で450
℃に予熱し、断熱型低温水蒸気改質器6に供給した。反
応器6の改質条件を入口温度450℃、出口温度453
℃、圧力16kg/cm2Gとすることにより、表1のA欄に
示す組成のメタンリツチガスを得た。次にこのガスを煙
道4で加熱炉3からの燃焼廃ガス(温度1000℃)にて昇
温させて高温水蒸気改質器7に供給し、入口温度600
℃、出口温度830℃、圧力15kg/cm2Gで処理したとこ
ろ、表1のB欄に示す水素リツチガスを28740Nm3/hr得
た。この2段式水蒸気改質処理に於て、高温水蒸気改質
器7を所望温度に保持するために必要な加熱炉3の熱負
荷(改質器の吸熱量)は16.6×106Kcal/hrであつた。
尚、ライン12から取出される余剰水蒸気は9900kg/hr
であつた。
比較のため、低温水蒸気改質器6からのメタンリツチガ
スを煙道4で昇温させることなく高温水蒸気改質器7に
供給した以外は、上記したところと全く同一の条件で2
段式水蒸気改質法を実施したところ、表1のB欄に示す
組成の水素リツチガスを得るためには、加熱炉3の熱負
荷を18.9×106Kcal/hrとする必要があつた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法のフローシートの一例を示すもので
ある。 1:原料炭化水素導入ライン、2:水蒸気導入ライン 3:加熱炉、4:煙道、5:熱交換器 6:断熱型低温水蒸気改質器、7:高温水蒸気改質器 8:廃熱ボイラー、9:バーナー 10:水蒸気ドラム、11:供給水 12:余剰水蒸気、13:原料予熱器 14:脱硫器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原料炭化水素と水蒸気を断熱型低温水蒸気
    改質器に供給してメタンリツチガスを生成させ、この生
    成ガスを高温水蒸気改質器に供給して水素リツチガスを
    生成させる炭化水素の水蒸気改質法に於て、 (a)原料炭化水素と水蒸気を断熱型低温水蒸気改質器に
    供給するのに先立つて、その混合蒸気を高温水蒸気改質
    器で得られた水素リツチガスと熱交換させて予熱し、 (b)断熱型低温水蒸気改質器で得られたメタンリツチガ
    スを、高温水蒸気改質器に供給するのに先立つて、該高
    温水蒸気改質器に熱を供給するための直接加熱炉の煙道
    ガスと熱交換させて予熱する、 ことを特徴とする前記炭化水素の水蒸気改質法。
JP59245260A 1984-11-20 1984-11-20 炭化水素の水蒸気改質法 Expired - Lifetime JPH0665601B2 (ja)

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