JP2015157721A - Reforming apparatus and modification installation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、天然ガス等を改質する改質器の燃料として天然ガスを用いて天然ガスを改質する改質装置及び改質設備に関する。 The present invention relates to a reforming apparatus and reforming equipment for reforming natural gas using natural gas as a fuel for a reformer that reforms natural gas or the like.
メタノールやアンモニアを製造する際、天然ガス等を改質器で改質した改質ガスが用いられている(例えば、特許文献1、2参照)。天然ガス等を改質器(一次改質器及び二次改質器)で改質して改質ガスとする際、天然ガスを改質器に供給する前に天然ガスの一部を抜き出して改質器の燃料として用い、改質器に供給した天然ガスを改質している。 When producing methanol or ammonia, a reformed gas obtained by reforming natural gas or the like with a reformer is used (for example, see Patent Documents 1 and 2). When reforming natural gas with a reformer (primary reformer and secondary reformer) to obtain reformed gas, a part of natural gas is extracted before supplying natural gas to the reformer. Natural gas supplied to the reformer is reformed as fuel for the reformer.
ところで、特許文献1、2のように、従来から用いられているメタノールやアンモニアを製造する方法では、一般的に、まず天然ガスを改質圧まで圧縮している。そして、天然ガスを圧縮する前に脱硫していない天然ガスの一部を抜き出して改質器の燃料として使用している。
また、例えばアンモニアやメタノール等の製造規模の大型化の傾向が進む市場において、現状では、例えばアンモニアを製造する際、例えば2000t/Dの規模を大型化する場合(例えば3000t/D以上)、設備増大の制約となっているのが、改質器の内、一次改質器である水蒸気改質設備の大きさであり、以下のような問題がある。
By the way, in the conventional methods for producing methanol and ammonia as in Patent Documents 1 and 2, generally, natural gas is first compressed to the reforming pressure. And before compressing natural gas, a part of natural gas which has not been desulfurized is extracted and used as fuel for the reformer.
In the market where the production scale of ammonia, methanol and the like is increasing, for example, when producing ammonia, for example, when the scale is increased to 2000 t / D (for example, 3000 t / D or more), the equipment The limitation of the increase is the size of the steam reforming equipment, which is the primary reformer among the reformers, and has the following problems.
(1)改質反応は吸熱反応であるため、触媒が充填されている触媒反応管内を通過する天然ガスを外側から例えばバーナで加熱しているが、規模の増大に伴って触媒反応管の本数が増加し、伝熱性能が低下し、要求する改質性能が発揮されない、という問題がある。
(2)一次改質器の設備は、通常のプラントの中でも大型のサイズであり、更なる規模の増大となると設置上の制約がある、という問題がある。
(3)また、設備の規模の増大に伴い、製造における大幅な設備費用が嵩むという問題がある。
(4)また、反応効率の観点から、一次改質器の反応温度を向上させて製造規模の増大に対応する場合も、一次改質器の耐熱性より、その反応温度には上限があり、設備の規模を現状のままで運転する場合も、反応温度を高くすることができない、という問題がある。
(1) Since the reforming reaction is an endothermic reaction, natural gas passing through the catalyst reaction tube filled with the catalyst is heated from the outside, for example, with a burner. However, as the scale increases, the number of catalyst reaction tubes increases. Increases, the heat transfer performance decreases, and the required reforming performance is not exhibited.
(2) The equipment of the primary reformer is a large size in a normal plant, and there is a problem that there is a restriction on installation when the scale further increases.
(3) In addition, there is a problem that significant equipment costs in production increase with an increase in the scale of equipment.
(4) Also, from the viewpoint of reaction efficiency, when the reaction temperature of the primary reformer is improved to cope with an increase in production scale, the reaction temperature has an upper limit due to the heat resistance of the primary reformer, There is also a problem that the reaction temperature cannot be increased even when the scale of the facility is operated as it is.
よって、製造規模を大型化する場合、一次改質器である水蒸気改質設備の増大を伴わずに、生産量の増大を図る改質装置の出現が切望されている。 Therefore, when the production scale is increased, the appearance of a reformer that increases the production amount without increasing the steam reforming equipment as the primary reformer is desired.
本発明は、前記問題に鑑み、一次改質器である水蒸気改質設備の増大を伴わずに、生産量の増大を図る改質装置及び改質設備を提供することを課題とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a reformer and a reforming facility that can increase the production amount without increasing the steam reforming facility as a primary reformer.
上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、原料ガスに水蒸気を供給して、前記原料ガス中の炭化水素をH2及びCOとCO2との何れか一方又は両方に一次改質する一次改質器と、空気を用いて、前記一次改質器で一次改質後の改質ガス中の前記炭化水素をH2及びCOとCO2との何れか一方又は両方に二次改質して改質ガスとする二次改質器と、前記一次改質器と前記二次改質器との間に介装され、前記一次改質器で一次改質後の改質ガスを昇温する昇温手段とを有することを特徴とする改質装置にある。 The first invention of the present invention for solving the above-mentioned problem is to supply water vapor to the raw material gas, and to make the hydrocarbon in the raw material gas primary to one or both of H 2, CO and CO 2. Using a primary reformer to be reformed and air, the hydrocarbon in the reformed gas after the primary reforming in the primary reformer is converted into H 2 and / or one of CO 2 and CO 2. A secondary reformer to be reformed as a reformed gas, and interposed between the primary reformer and the secondary reformer, and reformed after the primary reforming in the primary reformer A reformer characterized by having a temperature raising means for raising the temperature of the gas.
第2の発明は、第1の発明において、前記昇温手段が、二次改質器で改質された高温改質ガスを用いた熱交換器であることを特徴とする改質装置にある。 A second invention is the reforming apparatus according to the first invention, wherein the temperature raising means is a heat exchanger using a high temperature reformed gas reformed by a secondary reformer. .
第3の発明は、第1の発明において、前記昇温手段が、天然ガスヒータ又は電気ヒータであることを特徴とする改質装置にある。 According to a third aspect of the invention, there is provided the reformer according to the first aspect, wherein the temperature raising means is a natural gas heater or an electric heater.
第4の発明は、第3の発明において、前記昇温手段が、天然ガスヒータ又は電気ヒータのいずれか一方と熱交換器の併用であることを特徴とする改質装置にある。 A fourth invention is the reforming apparatus according to the third invention, wherein the temperature raising means is a combination of either a natural gas heater or an electric heater and a heat exchanger.
第5の発明は、炭化水素、硫黄を含む原料ガスを圧縮する第1圧縮部と、圧縮された前記原料ガスを加熱する第1熱交換部と、加熱された前記原料ガス中に含まれる硫黄分を除去する脱硫部と、前記原料ガス中の前記炭化水素をH2及びCOとCO2との何れか一方又は両方に改質し、H2及びCOとCO2との何れか一方又は両方を含む改質ガスを生成する第1乃至4のいずれか一つの発明の改質装置と、圧縮された前記原料ガスを前記原料ガスの流れ方向に対して前記脱硫部の上流側と下流側との何れか一方又は両方から一部を抜き出して、前記改質部で加熱に用いる燃焼用燃料として供給する原料ガス分岐ラインと、前記改質部で燃焼により発生した燃焼排ガスを、前記改質部から排出する燃焼排ガス排出ラインと、前記改質部で加熱に用いる燃焼空気を前記第1熱交換部で熱交換した前記燃焼排ガスと熱交換させる第2熱交換部と、を有し、前記第1熱交換部が前記燃焼排ガス排出ラインに設けられ、前記燃焼排ガスは圧縮された前記原料ガスの加熱媒体として用いられると共に、前記第2熱交換部が前記燃焼排ガス排出ラインの前記第1熱交換部の下流側に設けられ、前記第1熱交換部で熱交換した余熱で前記燃焼空気の加熱媒体として用いられることを特徴とする改質設備にある。 5th invention is the 1st compression part which compresses the raw material gas containing hydrocarbon and sulfur, the 1st heat exchange part which heats the compressed said raw material gas, and sulfur contained in the heated said raw material gas a desulfurization unit for removing the minute, one or both of the said hydrocarbon feed gas reformed in one or both of H 2 and CO and CO 2, H 2 and CO and CO 2 A reforming apparatus according to any one of the first to fourth aspects of the present invention for generating a reformed gas, and the compressed raw material gas with respect to the flow direction of the raw material gas; A raw material gas branch line that is partly extracted from either one or both and supplied as a combustion fuel used for heating in the reforming section, and combustion exhaust gas generated by combustion in the reforming section, The exhaust gas from the flue gas exhaust line and the reforming section for heating A second heat exchanging part for exchanging heat with the flue gas exhausted by the first heat exchanging part, the first heat exchanging part being provided in the flue gas exhaust line, The exhaust gas is used as a heating medium for the compressed raw material gas, and the second heat exchange part is provided downstream of the first heat exchange part of the combustion exhaust gas discharge line, and heat is generated in the first heat exchange part. The reforming facility is characterized in that it is used as a heating medium for the combustion air with the exchanged residual heat.
本発明によれば、二次改質器に導入する改質ガスのガス温度を昇温手段で昇温することができるので、一次改質器の設備規模のコンパクト化を図ることができる。又は、従来と同じ一次改質器の規模とする場合には、二次改質器からの改質ガスの増量を図ることができる。 According to the present invention, the gas temperature of the reformed gas introduced into the secondary reformer can be raised by the temperature raising means, so that the equipment scale of the primary reformer can be made compact. Alternatively, when the scale of the primary reformer is the same as the conventional one, the amount of reformed gas from the secondary reformer can be increased.
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by this Example, Moreover, when there exists multiple Example, what comprises combining each Example is also included.
本発明の実施例1に係る改質装置について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施例1に係る改質設備の概略図である。図2は、本実施例に係る改質装置の概略図である。図1に示すように、改質設備10は、圧縮機(圧縮部)11と、第1熱交換器(熱交換部)12と、脱硫装置(脱硫部)13と、一次改質器14−1と二次改質器14−2とからなる改質装置14と、脱硝装置(脱硝部)15と、第2熱交換器16と、冷却装置17と、CO2回収装置(CO2回収部)18と、原料ガス分岐ラインL11と、燃焼排ガス排出ラインL12と、一次改質器14−1と二次改質器14−2との間に設けられる昇温手段50とを有するものである。
A reforming apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of a reforming facility according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram of the reformer according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the
ここで、本発明では、炭化水素、硫黄を含む原料ガスとして、天然ガス21を用いているが、これに限定されるものではなく、炭化水素を含む原料ガスであればよく、例えば、液化石油ガス(Liquefied Petroleum Gas:LPG)、ブタンあるいはナフサ等他の炭化水素から得られる合成ガス、原油や天然ガスの生産に随伴して生産される天然ガス液(Natural Gas Liquid:NGL)、メタンハイドレートなどが挙げられる。
Here, in the present invention, the
圧縮機11は天然ガス21を圧縮するものであり、天然ガス21を所定の圧力にまで上昇させる。天然ガス21は原料ガス供給ラインL13−1を通って圧縮機11に供給される。天然ガス21は圧縮機11で所定の圧力にまで上昇され、高温にした後、原料ガス供給ラインL13−2を通って第1熱交換器12に供給される。
The
第1熱交換器12は、圧縮された天然ガス21を加熱するものである。第1熱交換器12は、燃焼排ガス排出ラインL12に設けられている。第1熱交換器12としては、例えばコンベクションコイル式熱交換器が用いられる。第1熱交換器12は、ダクト側を2次側として、ダクト内に燃焼排ガス22を流通させ、第1熱交換器12のチューブ(伝熱管)側を1次側としている。そして、ダクト内に、後述するように、改質装置14から排出される燃焼排ガス22を加熱媒体として流通させる。第1熱交換器12は、伝熱管外周に供給される燃焼排ガス22を熱源として用い、天然ガス21を伝熱管内に流通させて、天然ガス21を加熱する。
The
なお、第1熱交換器12はコンベクションコイル式熱交換器に限定されるものではなく、天然ガス21と燃焼排ガス22とを間接的に熱交換できるものであればよい。
In addition, the
天然ガス21は第1熱交換器12で燃焼排ガス22と熱交換され加熱された後、原料ガス供給ラインL13−3を通って脱硫装置13に供給される。
The
脱硫装置13は、加熱された天然ガス21中に含まれる硫化水素(H2S)、有機硫黄化合物などの硫黄分(S分)を除去するものである。脱硫装置13は従来より公知のものが用いられ、湿式又は乾式のいずれでも用いることができる。湿式脱硫の場合には、例えばアルカリ吸収液を用いて気液接触することにより、天然ガス21中のS分がアルカリ吸収液により吸収され、天然ガス21から分離、除去される。
また、乾式脱硫の場合には、天然ガスに水素を添加した後、例えば酸化鉄、酸化亜鉛、酸化コバルト等の金属酸化物により、天然ガス21中のS分を硫化物とし、天然ガス21から分離、除去される。
The
Further, in the case of dry desulfurization, after adding hydrogen to natural gas, the sulfur content in
脱硫装置によりS分が除去された天然ガス21は、原料ガス供給ラインL13−4を通って改質装置14内に供給される。原料ガス供給ラインL13−4は水蒸気供給ラインL14と連結されている。水蒸気24は水蒸気供給ラインL14を通って原料ガス供給ラインL13−4内に供給され、天然ガス21と混合される。天然ガス21は水蒸気供給ラインL14中で水蒸気24が混合された後、改質装置14内に供給される。
The
改質装置14は、天然ガス21中の炭化水素を、H2及びCOとCO2との何れか一方又は両方に改質し、H2及びCOとCO2との何れか一方又は両方を含む改質ガス23を生成するものである。
改質装置の概略を示す図2に示すように、改質装置14は、一次改質器14−1と二次改質器14−2とから構成される。
As shown in FIG. 2 showing the outline of the reformer, the
一次改質器14−1は、本体14aと、触媒反応管14bと、バーナ14cとを有する。触媒反応管14bは、本体14aの内部に設けられ、触媒反応管14b内には改質触媒を備える改質触媒層を備えている。バーナ14cは本体14aの内部に設けられ、燃焼空気26を燃焼して燃焼排ガス22を発生させ、触媒反応管14bを加熱する。バーナ14cは空気供給ラインL15と連結されている。燃焼空気26が空気供給ラインL15を通ってバーナ14cに供給される。燃焼空気26は、後述するように、第2熱交換器16で燃焼排ガス22と熱交換されて加熱された後、改質装置14に供給される。触媒反応管14bは燃焼排ガス22により加熱されて、天然ガス21が触媒反応管14bの前記改質触媒層を通過する際に前記改質触媒と接触することで、下記式(3)、(4)のように、天然ガス21中の炭化水素がH2及びCOとCO2とに改質される。これにより、H2及びCOとCO2とのいずれか一方又は両方を含む改質ガス23が生成される。この改質ガス23のガス温度は、例えば400℃〜1000℃の範囲内になっている。
CH4+H2O→CO+3H2 (吸熱反応)・・・(3)
CH4+2H2O→CO2+4H2 (吸熱反応)・・・(4)
The primary reformer 14-1 includes a
CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 (endothermic reaction) (3)
CH 4 + 2H 2 O → CO 2 + 4H 2 (endothermic reaction) (4)
二次改質器14−2は、改質ガス23に空気(酸素)を供給し、天然ガス21中の炭化水素を、部分酸化反応を利用して二次改質するものである。第2改質器14−2は、外部より加熱された燃焼空気26を導入し、改質ガス23中の炭化水素がH2及びCOとCO2との何れか一方又は両方に二次改質される。
二次改質反応は、空気を用いての発熱反応であるが、発熱反応と式(3)、(4)との吸熱反応とが渾然一体となって改質が進行し、高温であることが平衡反応上有利となる。
The secondary reformer 14-2 supplies air (oxygen) to the reformed
The secondary reforming reaction is an exothermic reaction using air, but the exothermic reaction and the endothermic reaction of the formulas (3) and (4) are integrated and the reforming proceeds and the temperature is high. Is advantageous for the equilibrium reaction.
本実施例では、一次改質器14−1と二次改質器14−2との間の改質ガス供給ラインL13−5に、一次改質された改質ガス23を昇温して高温改質ガス23Aとする昇温手段50を設けている。
In the present embodiment, the reformed
この昇温手段50としては、改質ガス23を天然ガス21により昇温する天然ガスヒータや、電気ヒータを例示することができる。
Examples of the temperature raising means 50 include a natural gas heater that raises the temperature of the reformed
また、図2に示すように、二次改質器14−2の出口高温改質ガス23Bの温度を用いて熱交換する昇温手段50である熱交換器を用いるようにしてもよい。
熱交換器50は、改質ガス供給ラインL13−5と改質ガス排出ライン13−6との交差部に設け、一次改質ガス23と出口高温改質ガス23Bとを熱交換して、一次改質された改質ガス23を昇温して高温改質ガス23Aとし、二次改質器14−2に導入している。
Further, as shown in FIG. 2, a heat exchanger that is a temperature raising means 50 that performs heat exchange using the temperature of the outlet high temperature reformed
The
ここで、昇温手段(熱交換器)50は、二次改質器14−2に導入する入口温度(T2)を少なくとも800℃以上に昇温するのが好ましい。 Here, the temperature raising means (heat exchanger) 50 preferably raises the inlet temperature (T 2 ) introduced into the secondary reformer 14-2 to at least 800 ° C. or higher.
また、昇温手段として、天然ガスヒータ又は電気ヒータと熱交換器の併用とするようにしてもよい。 Further, as a temperature raising means, a natural gas heater or an electric heater and a heat exchanger may be used in combination.
二次改質器14−2の改質で昇温される改質ガス23Bの出口ガス温度(T3)は、温度が上昇したことに伴い、吸熱反応である改質反応が支配的になり、相対的に酸素によるメタン、水素の燃焼は減少するので、入り口温度に関わらず、概ね一定値(例えば970℃)となる。
この二次改質器14−2からの改質ガス23Bの熱を用いて熱交換器により、一次改質器14−1から出口の改質ガス23Aの温度を熱交換し、少なくとも800℃以上となるようにしている。
The outlet gas temperature (T 3 ) of the reformed
The heat of the reformed
表1は、一次改質器の出口ガス温度(T1)、二次改質器の入口ガス及び出口ガスのガス温度(T2,T3)と、二次改質器残メタン濃度、一次改質器の負荷、一次改質器負荷相対比較を示す。 Table 1 shows the primary reformer outlet gas temperature (T 1 ), secondary reformer inlet and outlet gas temperatures (T 2 , T 3 ), secondary reformer residual methane concentration, primary The relative load of the reformer and the primary reformer load are shown.
比較例1(従来例)では、一次改質器14−1の出口温度(T1)は790℃であり、二次改質器14−2の入口温度(T2)も同様の790℃である。このときの改質器の負荷を100とする。
In Comparative Example 1 (conventional example), the outlet temperature (T 1 ) of the primary reformer 14-1 is 790 ° C., and the inlet temperature (T 2 ) of the secondary reformer 14-2 is also 790 ° C. is there. The load of the reformer at this time is set to 100.
これに対し、試験例1は、熱交換器を設けて二次改質器14−2の入口温度(T2)を800℃まで昇温させるので、一次改質器14−1の出口温度(T1)は784℃と低くすることができ。このときの一次改質器14−1の負荷は98%に低減する。
さらに、試験例2は、熱交換器を設けて二次改質器14−2の入口温度(T2)を820℃まで昇温させるので、一次改質器14−1の出口温度(T1)は776℃と低くすることができ。このときの一次改質器14−1の負荷は94%に低減する。
さらに、試験例3は、熱交換器を設けて二次改質器14−2の入口温度(T2)を850℃まで昇温させるので、一次改質器14−1の出口温度(T1)は764℃と低くすることができ。このときの一次改質器14−1の負荷は89%に低減する。
さらに、試験例4は、熱交換器を設けて二次改質器14−2の入口温度(T2)を870℃まで昇温させるので、一次改質器14−1の出口温度(T1)は755℃と低くすることができ。このときの一次改質器14−1の負荷は86%に低減する。
さらに、試験例5は、熱交換器を設けて二次改質器14−2の入口温度(T2)を900℃まで昇温させるので、一次改質器14−1の出口温度(T1)は743℃と低くすることができ。このときの一次改質器14−1の負荷は80%に低減する。
さらに、試験例6は、熱交換器を設けて二次改質器14−2の入口温度(T2)を950℃まで昇温させるので、一次改質器14−1の出口温度(T1)は720℃と低くすることができ。このときの一次改質器14−1の負荷は71%に低減する。
さらに、試験例7は、熱交換器を設けて二次改質器14−2の入口温度(T2)を1000℃まで昇温させるので、一次改質器14−1の出口温度(T1)は696℃と低くすることができ。このときの一次改質器14−1の負荷は62%に低減する。
さらに、試験例8は、熱交換器を設けて二次改質器14−2の入口温度(T2)を1050℃まで昇温させるので、一次改質器14−1の出口温度(T1)は668℃と低くすることができ。このときの一次改質器14−1の負荷は52%に低減する。
さらに、試験例9は、熱交換器を設けて二次改質器14−2の入口温度(T2)を1100℃まで昇温させるので、一次改質器14−1の出口温度(T1)は636℃と低くすることができ。このときの一次改質器14−1の負荷は42%に低減する。
On the other hand, in Test Example 1, a heat exchanger is provided and the inlet temperature (T 2 ) of the secondary reformer 14-2 is raised to 800 ° C., so the outlet temperature of the primary reformer 14-1 ( T 1 ) can be as low as 784 ° C. At this time, the load on the primary reformer 14-1 is reduced to 98%.
Furthermore, in Test Example 2, a heat exchanger is provided to raise the inlet temperature (T 2 ) of the secondary reformer 14-2 to 820 ° C., so the outlet temperature (T 1 ) of the primary reformer 14-1 ) Can be as low as 776 ° C. At this time, the load on the primary reformer 14-1 is reduced to 94%.
Furthermore, in Test Example 3, a heat exchanger is provided to raise the inlet temperature (T 2 ) of the secondary reformer 14-2 to 850 ° C., so the outlet temperature (T 1 ) of the primary reformer 14-1 ) Can be as low as 764 ° C. At this time, the load on the primary reformer 14-1 is reduced to 89%.
Further, in Test Example 4, a heat exchanger is provided to raise the inlet temperature (T 2 ) of the secondary reformer 14-2 to 870 ° C. Therefore, the outlet temperature (T 1 ) of the primary reformer 14-1 ) Can be as low as 755 ° C. At this time, the load on the primary reformer 14-1 is reduced to 86%.
Furthermore, in Test Example 5, a heat exchanger is provided to raise the inlet temperature (T 2 ) of the secondary reformer 14-2 to 900 ° C. Therefore, the outlet temperature (T 1 ) of the primary reformer 14-1 ) Can be as low as 743 ° C. At this time, the load on the primary reformer 14-1 is reduced to 80%.
Furthermore, in Test Example 6, a heat exchanger is provided to raise the inlet temperature (T 2 ) of the secondary reformer 14-2 to 950 ° C., so the outlet temperature (T 1 ) of the primary reformer 14-1 ) Can be as low as 720 ° C. At this time, the load on the primary reformer 14-1 is reduced to 71%.
Further, in Test Example 7, a heat exchanger is provided to raise the inlet temperature (T 2 ) of the secondary reformer 14-2 to 1000 ° C. Therefore, the outlet temperature (T 1 ) of the primary reformer 14-1 ) Can be as low as 696 ° C. At this time, the load on the primary reformer 14-1 is reduced to 62%.
Furthermore, in Test Example 8, a heat exchanger is provided to raise the inlet temperature (T 2 ) of the secondary reformer 14-2 to 1050 ° C. Therefore, the outlet temperature (T 1 ) of the primary reformer 14-1 ) Can be as low as 668 ° C. At this time, the load on the primary reformer 14-1 is reduced to 52%.
In Test Example 9, a heat exchanger is provided to raise the inlet temperature (T 2 ) of the secondary reformer 14-2 to 1100 ° C. Therefore, the outlet temperature (T 1 ) of the primary reformer 14-1 ) Can be as low as 636 ° C. At this time, the load on the primary reformer 14-1 is reduced to 42%.
ここで、二次改質器14−2の装置耐熱温度の上限としては、約1000〜1100℃であるので、入口温度(T2)の上限を1100℃としている。
試験例6〜9の場合には熱交換器の熱交換容量が足りないので、昇温手段として天然ガスヒータや、電気ヒータを併設することとなる。
Here, since the upper limit of the apparatus heat resistance temperature of the secondary reformer 14-2 is about 1000 to 1100 ° C., the upper limit of the inlet temperature (T 2 ) is 1100 ° C.
In the case of Test Examples 6 to 9, since the heat exchange capacity of the heat exchanger is insufficient, a natural gas heater or an electric heater is additionally provided as a temperature raising means.
例えば試験例3のように入口温度を850℃まで昇温させた場合、比較例1の一次改質器14−1の規模に対して89%程度となることから、例えばアンモニアプラントの大型化への対応が可能となる。 For example, when the inlet temperature is raised to 850 ° C. as in Test Example 3, it becomes about 89% with respect to the scale of the primary reformer 14-1 of Comparative Example 1, and thus, for example, the size of the ammonia plant is increased. Can be supported.
例えば一次改質器14−1を1基用いた際のアンモニア限界生産量が、比較例1の場合、例えば3300t/D程度と推算されるが、試験例3の場合には、概算3700t/D程度迄生産量を向上することができる(3300×100/89)。 For example, the ammonia production limit when using one primary reformer 14-1 is estimated to be, for example, about 3300 t / D in the case of Comparative Example 1, but in the case of Test Example 3, it is approximately 3700 t / D. The production can be improved to a certain extent (3300 × 100/89).
また設備規模としては、同じ生産量とする場合、約5%の低減効果がある。
さらに、試験例3のように850℃まで昇温させた場合、装置の製造コストが7%低減することとなる。
As for the equipment scale, there is a reduction effect of about 5% when the production volume is the same.
Furthermore, when the temperature is raised to 850 ° C. as in Test Example 3, the manufacturing cost of the device is reduced by 7%.
このように、生産量の増大を図るために、一次改質器14−1で温度上昇のために、設備を増大する必要がなくなる。 In this way, in order to increase the production amount, it is not necessary to increase the facilities for the temperature increase in the primary reformer 14-1.
また、二次改質器14−2に導入する改質ガス23Aのガス温度を昇温手段50で昇温することができるので、一次改質器14−1の設備規模のコンパクト化を図ることができる。又は、従来と同じ一次改質器14−1の規模とする場合には、二次改質器14−2から改質ガス23Bの増量を図ることができる。
Moreover, since the gas temperature of the reformed
原料ガス分岐ラインL11は、脱硫装置13の下流側と空気供給ラインL15とを連結している。原料ガス分岐ラインL11は、圧縮機11で圧縮された天然ガス21を天然ガス21の流れ方向に対して脱硫装置13の下流側から天然ガス21の一部を分岐ガス21aとして抜き出し、空気供給ラインL15を通過する燃焼排ガス22に混合する。この分岐した分岐ガス21aは、天然ガス21中に含まれるS分は脱硫装置13で除去されているため、S分を含まない天然ガス21が空気供給ラインL15に供給される。
The raw material gas branch line L11 connects the downstream side of the
改質装置14で生成された改質ガス23は、水素、液体炭化水素、メタノール又はアンモニアなどを合成するための原料ガスとして用いられる。また、改質装置14から排出される燃焼排ガス22は燃焼排ガス排出ラインL12を通って脱硝装置15に供給される。
The reformed
燃焼排ガス排出ラインL12は改質装置14で燃焼空気26を用いて燃料用として原料ガス分岐ラインL11に抜き出した天然ガス21を含む燃料を燃焼して発生した燃焼排ガス22を排出するためのラインである。燃焼排ガス排出ラインL12はその途中に脱硝装置15と、脱硝装置15の上流側に還元剤注入器28とを備えている。燃焼排ガス排出ラインL12を通る燃焼排ガス22は脱硝装置15に供給される途中で還元剤注入器28から還元剤29が燃焼排ガス22に供給される。還元剤29としては、例えばアンモニア(NH3)、尿素(NH2(CO)NH2)、塩化アンモニウム(NH4Cl)などが用いられる。還元剤29は、還元剤29を含む溶液又は気体で燃焼排ガス排出ラインL12に供給される。還元剤29を含む溶液が燃焼排ガス排出ラインL12に供給される場合、還元剤29を含む溶液の液滴は燃焼排ガス22の高温雰囲気温度により蒸発して気化される。
The combustion exhaust gas discharge line L12 is a line for discharging the
燃焼排ガス22は還元剤29を含んだ状態で燃焼排ガス排出ラインL12を通って脱硝装置15に供給される。
The
脱硝装置15は、燃焼排ガス排出ラインL12の改質装置14と第1熱交換器12との間に設けられ、改質装置14で生成された燃焼排ガス22中に含まれる窒素酸化物(NOx)を除去するものである。脱硝装置15は、従来より公知のものが用いられ、例えば脱硝装置15はその内部に燃焼排ガス22中のNOxを除去する脱硝触媒が充填されている脱硝触媒層を備えたものが用いられる。脱硝装置15内に供給された燃焼排ガス22は、脱硝触媒層に充填されている脱硝触媒と接触することにより、脱硝触媒上で燃焼排ガス22中のNOxは下記式(5)のように還元剤29と還元反応が進行して還元され、窒素ガス(N2)と水(H2O)に分解・除去される。
4NO+4NH3+O2 → 4N2+6H2O・・・(5)
The
4NO + 4NH 3 + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O (5)
燃焼排ガス22は脱硝装置15で燃焼排ガス22中のNOxが除去された後、第1熱交換器12に供給される。そして、第1熱交換器12において、燃焼排ガス22は、上述の通り、天然ガス21と熱交換されて天然ガス21を加熱する。その後、燃焼排ガス22は燃焼排ガス排出ラインL12を通って第1熱交換器12から第2熱交換器16に供給される。
The
第2熱交換器16は、燃焼空気26を加熱するものである。第2熱交換器16は、第1熱交換器12と同様、燃焼排ガス排出ラインL12に設けられている。第2熱交換器16としては、第1熱交換器12と同様、コンベクションコイル式熱交換器が用いられる。第2熱交換器16は、ダクト側を2次側として、ダクト内に燃焼排ガス22を流通させ、チューブ(伝熱管)側を1次側として、伝熱管内に燃焼空気26を流通させる。第2熱交換器16は伝熱管外側に供給される燃焼排ガス22を熱源として用い、燃焼空気26を伝熱管内に流通させて、燃焼空気26を加熱する。
The
燃焼排ガス22は第2熱交換器16で燃焼空気26と熱交換された後、冷却装置17に供給される。また、燃焼空気26は、第2熱交換器16で燃焼排ガス22と熱交換されて加熱された後、改質装置14に供給される。
The
冷却装置17は、燃焼排ガス22を冷却するものである。冷却装置17は、その内部と外部を冷却水30が循環する冷却塔である。冷却装置17では、塔頂部側から冷却水30を供給し、塔内部に供給された燃焼排ガス22を冷却水30と気液接触させて冷却する。冷却水30は燃焼排ガス22と気液接触した後、塔底部に貯留され、外部に抜き出されて冷却器で冷却された後、再度、塔内に供給され、燃焼排ガス22と気液接触させる。なお、冷却装置17は、燃焼排ガス22を冷却水30と直接接触させて燃焼排ガス22を冷却する装置に限定されるものではなく、燃焼排ガス22を冷却水30と間接的に熱交換させて冷却するものでもよい。
The
燃焼排ガス22は冷却装置17で冷却された後、CO2回収装置18に供給される。
The
CO2回収装置18は、燃焼排ガス22中に含まれるCO2を除去するものである。CO2回収装置18は、燃焼排ガス排出ラインL12の燃焼排ガス22の流れ方向に対して第2熱交換器16よりも下流側に設けられる。CO2回収装置18は従来より公知のものを用いることができる。CO2回収装置18としては、例えば、塔内でアミン系のCO2吸収液と燃焼排ガス22とを気液接触させてCO2吸収液中に燃焼排ガス22中のCO2を吸収するCO2吸収塔と、塔内でCO2吸収液に吸収されたCO2を放散してCO2吸収液を再生する再生塔とを備えた装置などを用いることができる。燃焼排ガス22はCO2吸収塔内でCO2吸収液と気液接触させることで、燃焼排ガス22中のCO2はCO2吸収液に吸収され、燃焼排ガス22中のCO2が除去される。燃焼排ガス22はCO2回収装置18で燃焼排ガス22中に含まれるCO2が除去された後、浄化ガスとして大気中に放出される。
The CO 2 recovery device 18 is for removing CO 2 contained in the
また、原料ガス分岐ラインL11は、脱硫装置13の下流側と空気供給ラインL15とを連結し、圧縮機11で圧縮された天然ガス21を天然ガス21の流れ方向に対して脱硫装置13の下流側から抜き出して空気供給ラインL15を通過する燃焼排ガス22に混合している。天然ガス21中に含まれるS分は脱硫装置13で除去されているため、空気供給ラインL15にはS分を含まない天然ガス21を供給することができる。この結果、改質器14から排出される燃焼排ガス22中にはS分が含まれない。この結果、燃焼排ガス22中のS分が極微量となることで、酸露点温度そのものが低くなる。よって、排ガス温度をより下げることができ、排ガスからの回収熱量を増すことができるので、改質器14の燃料を低減することができる。
The raw material gas branch line L11 connects the downstream side of the
例えば、改質器14で燃料として用いられる天然ガス21の量を例えば0.7%〜8.5%程度低減することができる。
すなわち、特許文献1、2などのように従来から用いられているメタノールおよびアンモニアを製造する方法では、一般に脱硫していない天然ガスの一部を抜き出して改質器の燃料として使用している場合が多い。そのため、燃焼排ガスの熱回収量を増大して燃焼排ガスの温度が低下した場合などでは、燃焼排ガスが通る配管の通路内で燃焼排ガス中に含まれる無水硫酸などS分に起因して硫酸腐食を生じる可能性がある。硫酸腐食とは、燃焼排ガスの温度が燃焼排ガス中に含まれる無水硫酸などS分の酸の露点温度以下となって、燃焼排ガス中に含まれるS分が水分と結合して硫酸(H2SO4)となって凝縮し、金属を腐食させることをいう。そのため、燃焼排ガスが通る配管の材料には硫酸など酸に対して高い耐食性を有する耐酸鋼を使用する必要がある。これに対し、本実施形態では、一次改質器14−1から排出される燃焼排ガス22はS分を含んでいないため、燃焼排ガス22が第2熱交換器16で燃焼空気26と熱交換して燃焼排ガス22の温度が低下しても燃焼排ガス排出ラインL12の第2熱交換器16よりも燃焼排ガス22のガス流れ方向の後流側で燃焼排ガス排出ラインL12の通路内に腐食が生じることを抑制できる。そのため、燃焼排ガス排出ラインL12の材料は耐酸鋼に限定されることなく他の材料を用いることができ、適用範囲を広げることができる。
For example, the amount of
That is, in the conventional methods for producing methanol and ammonia such as Patent Documents 1 and 2, when a part of natural gas that has not been desulfurized is generally extracted and used as a fuel for a reformer There are many. For this reason, when the amount of heat recovered from the combustion exhaust gas is increased and the temperature of the combustion exhaust gas is lowered, sulfuric acid corrosion is caused by sulfur content such as anhydrous sulfuric acid contained in the combustion exhaust gas in the pipe passage through which the combustion exhaust gas passes. It can happen. In sulfuric acid corrosion, the temperature of the flue gas becomes lower than the dew point temperature of the acid of S such as anhydrous sulfuric acid contained in the flue gas, and the sulfur contained in the flue gas combines with moisture and sulfuric acid (H 2 SO 4 ) Condensates and corrodes metal. Therefore, it is necessary to use acid-resistant steel having high corrosion resistance against acids such as sulfuric acid as a material for piping through which combustion exhaust gas passes. On the other hand, in this embodiment, since the
また、特許文献1、2などのように従来から用いられているメタノールおよびアンモニアを製造する方法では、燃焼排ガスが通る配管の通路内に硫酸腐食を生じる可能性を考慮して、燃焼排ガスと天然ガスとを熱交換させる熱交換器で燃焼排ガスが保有する熱の回収を十分に行えない。そのため、メタノールおよびアンモニアを製造するプラント設備の運転費用は高くなり、製品の製造コストが高くなる可能性がある。これに対し、本実施形態では、燃焼排ガス22の温度が第2熱交換器16で低下しても燃焼排ガス排出ラインL12に腐食が生じるのを抑制することができるため、燃焼排ガス22を更に冷却することが可能となる。そのため、第2熱交換器16において燃焼排ガス22が保有する熱を燃焼空気26により多く回収することができ、改質設備10の熱効率を向上させることができる。
ここで、第2熱交換器16での熱交換は、酸露点を考慮すると例えば175℃であったものが、下限値120℃まで低下させることができる。なお、下限値の120℃は水の露点を考慮して決定される排ガス温度である。
In addition, in the conventional methods for producing methanol and ammonia such as Patent Documents 1 and 2, in consideration of the possibility of sulfuric acid corrosion in the passage of the piping through which the combustion exhaust gas passes, The heat exchanger that exchanges heat with the gas cannot sufficiently recover the heat held in the combustion exhaust gas. Therefore, the operating cost of the plant equipment which manufactures methanol and ammonia becomes high, and the manufacturing cost of the product may increase. On the other hand, in this embodiment, even if the temperature of the
Here, the heat exchange in the
また、燃焼排ガス排出ラインL12に脱硝装置15などが設置されている場合にはアンモニアなどの還元剤29を煙道中に供給するが、特許文献1、2などのように従来から用いられているメタノールおよびアンモニアを製造する方法では、未反応のアンモニア(リークアンモニアともいう)とS分が反応して硫酸アンモニウム、硫酸水素アンモニウムなどが析出する可能性があった。硫酸アンモニウムは燃焼排ガスと天然ガスとを熱交換させる熱交換器内の伝熱管やコイルなどに析出して燃焼排ガスが通る配管内を閉塞して圧力損失を増大させる可能性がある。硫酸水素アンモニウムは燃焼排ガスと天然ガスとを熱交換させる熱交換器、燃焼排ガスが通る配管を形成する材料などに腐食を生じさせる可能性がある。これに対し、本実施形態では、改質装置14から排出される燃焼排ガス22にはS分が存在していないため、アンモニアなどの還元剤29を脱硝装置15の上流側で燃焼排ガス排出ラインL12中に供給しても、未反応のアンモニアなどの還元剤29とS分が反応して硫酸アンモニウム、硫酸水素アンモニウムなどが生成されるのを抑制することができる。これにより、燃焼排ガス排出ラインL12中に硫酸アンモニウム、硫酸水素アンモニウムなどが堆積して燃焼排ガス排出ラインL12内の圧力損失の増加、燃焼排ガス排出ラインL12の通路内の腐食等が生じるのを抑制することができる。
Further, when a
また、環境規制等に対応するため、CO2回収装置18を設け、燃焼排ガス22に含まれるCO2を除去するようにしているが、特許文献1、2などのように従来から用いられているメタノールおよびアンモニアを製造する方法では、CO2回収装置よりも燃焼排ガスのガス流れ方向の上流側に脱硫装置を設け、CO2回収装置の入口での燃焼排ガス中の硫黄濃度を所定値(例えば1ppm)以下とする必要がある。また、脱硫装置を設ける分だけ設置する装置数が多くなり、各装置を配置する場所が限定されると共に設備費用が増大する。これに対し、本実施形態では、一次改質器14−1から排出される燃焼排ガス22にはS分が存在しないため、CO2回収装置18よりも燃焼排ガス22のガス流れ方向の上流側に脱硫装置を設けることなく、燃焼排ガス22中のCO2を回収することができる。そのため、燃焼排ガス22中のCO2を回収するために要する設備費用の低減を図ることができる。
Further, in order to comply with environmental regulations and the like, a CO 2 recovery device 18 is provided to remove CO 2 contained in the
本発明の改質設備によれば、改質ガスの生産量の増大に対応する際、一次改質器14−1のコンパクト化を図ることができると共に、一次改質器14−1から排出される燃焼排ガス22にはS分が存在しないため、CO2回収装置18よりも燃焼排ガス22のガス流れ方向の上流側に脱硫装置を設けることなく、設備費用の低減を図ることができる。
According to the reforming facility of the present invention, the primary reformer 14-1 can be made compact when dealing with an increase in the amount of reformed gas produced and discharged from the primary reformer 14-1. Since there is no S component in the
10 改質設備
11 圧縮機(第1圧縮部)
12 第1熱交換器(熱交換部)
13 脱硫装置(脱硫部)
14 改質装置(改質部)
14a 本体
14b 触媒反応管
14c バーナ
14−1 一次改質器
14−2 二次改質器
15 脱硝装置(脱硝部)
16 第2熱交換器(熱交換部)
17 冷却装置
18 CO2回収装置(CO2回収部)
21 天然ガス
22 燃焼排ガス
23 改質ガス
24 水蒸気
26 燃焼空気
50 昇温手段(熱交換器)
10 Reforming
12 1st heat exchanger (heat exchange part)
13 Desulfurization equipment (desulfurization section)
14 reformer (reformer)
16 2nd heat exchanger (heat exchange part)
17
21
Claims (5)
燃焼空気を用いて、前記一次改質器で一次改質後の改質ガス中の前記炭化水素をH2及びCOとCO2との何れか一方又は両方に二次改質して改質ガスとする二次改質器と、
前記一次改質器と前記二次改質器との間に介装され、前記一次改質器で一次改質後の改質ガスを昇温する昇温手段とを有することを特徴とする改質装置。 A primary reformer that supplies steam to the raw material gas and primary reforms the hydrocarbons in the raw material gas to either or both of H 2 and CO and CO 2 ;
Using the combustion air, the hydrocarbon in the reformed gas after the primary reforming in the primary reformer is secondarily reformed into one or both of H 2, CO and CO 2, and the reformed gas A secondary reformer and
And a temperature raising means interposed between the primary reformer and the secondary reformer for raising the temperature of the reformed gas after the primary reforming in the primary reformer. Quality equipment.
前記昇温手段が、二次改質器で改質された高温改質ガスを用いた熱交換器であることを特徴とする改質装置。 In claim 1,
The reforming apparatus, wherein the temperature raising means is a heat exchanger using a high temperature reformed gas reformed by a secondary reformer.
前記昇温手段が、天然ガスヒータ又は電気ヒータであることを特徴とする改質装置。 In claim 1,
The reforming apparatus, wherein the temperature raising means is a natural gas heater or an electric heater.
前記昇温手段が、天然ガスヒータ又は電気ヒータのいずれか一方と熱交換器の併用であることを特徴とする改質装置。 In claim 3,
The reforming apparatus, wherein the temperature raising means is a combined use of either a natural gas heater or an electric heater and a heat exchanger.
圧縮された前記原料ガスを加熱する第1熱交換部と、
加熱された前記原料ガス中に含まれる硫黄分を除去する脱硫部と、
前記原料ガス中の前記炭化水素をH2及びCOとCO2との何れか一方又は両方に改質し、H2及びCOとCO2との何れか一方又は両方を含む改質ガスを生成する請求項1乃至4のいずれか一つの改質装置と、
圧縮された前記原料ガスを前記原料ガスの流れ方向に対して前記脱硫部の上流側と下流側との何れか一方又は両方から一部を抜き出して、前記改質部で加熱に用いる燃焼用燃料として供給する原料ガス分岐ラインと、
前記改質部で燃焼により発生した燃焼排ガスを、前記改質部から排出する燃焼排ガス排出ラインと、
前記改質部で加熱に用いる燃焼空気を前記第1熱交換部で熱交換した前記燃焼排ガスと熱交換させる第2熱交換部と、を有し、
前記第1熱交換部が前記燃焼排ガス排出ラインに設けられ、前記燃焼排ガスは圧縮された前記原料ガスの加熱媒体として用いられると共に、
前記第2熱交換部が前記燃焼排ガス排出ラインの前記第1熱交換部の下流側に設けられ、前記第1熱交換部で熱交換した余熱で前記燃焼空気の加熱媒体として用いられることを特徴とする改質設備。 A first compression section for compressing a raw material gas containing hydrocarbon and sulfur;
A first heat exchange section for heating the compressed source gas;
A desulfurization section for removing sulfur contained in the heated raw material gas;
Wherein said hydrocarbon feed gas reformed in one or both of H 2 and CO and CO 2, to produce a reformed gas containing one or both of H 2 and CO and CO 2 A reformer as claimed in any one of claims 1 to 4,
Combustion fuel used for heating in the reforming unit by extracting a part of the compressed source gas from either or both of the upstream side and the downstream side of the desulfurization unit with respect to the flow direction of the source gas As a raw material gas branch line,
A flue gas exhaust line that discharges flue gas generated by combustion in the reforming unit from the reforming unit;
A second heat exchange part that exchanges heat with the combustion exhaust gas heat-exchanged in the first heat exchange part for the combustion air used for heating in the reforming part,
The first heat exchange unit is provided in the combustion exhaust gas discharge line, and the combustion exhaust gas is used as a heating medium for the compressed source gas,
The second heat exchange part is provided on the downstream side of the first heat exchange part of the combustion exhaust gas discharge line, and is used as a heating medium for the combustion air by the residual heat exchanged in the first heat exchange part. Reforming equipment.
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