JPH0524844B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0524844B2 JPH0524844B2 JP62131060A JP13106087A JPH0524844B2 JP H0524844 B2 JPH0524844 B2 JP H0524844B2 JP 62131060 A JP62131060 A JP 62131060A JP 13106087 A JP13106087 A JP 13106087A JP H0524844 B2 JPH0524844 B2 JP H0524844B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- burner
- combustion
- catalyst
- stream
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、炭化水素(または炭化水素誘導体)
原料と遊離酸素含有酸化剤ガス(例えば空気、酸
素、酸素強化空気)と、場合によりスチーム及
び/または二酸化炭素とを、触媒の存在下に反応
させることにより、炭化水素(または炭化水素誘
導体)原料から水素及び炭素酸化物類を含むガス
流を製造するための触媒反応方法に関し、殊にそ
のような方法の開始(操作開始)に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides hydrocarbons (or hydrocarbon derivatives)
A hydrocarbon (or hydrocarbon derivative) feedstock is produced by reacting the feedstock with a free oxygen-containing oxidant gas (e.g. air, oxygen, oxygen enriched air) and optionally steam and/or carbon dioxide in the presence of a catalyst. The present invention relates to a catalytic reaction process for the production of gas streams containing hydrogen and carbon oxides from hydrogen, in particular to the start-up of such a process.
そのような触媒反応方法は周知であり、いわゆ
る触媒作用部分酸化方法及び二次リホーミング方
法を含んでいる。 Such catalytic reaction methods are well known and include so-called catalytic partial oxidation methods and secondary reforming methods.
連続的に操作されまた普通は昇圧において実施
されるこれらの方法では、原料流は部分的に燃焼
され、次いでその燃焼生成物はそれを平衡に向か
わせるための触媒(以下、反応触媒、または平衡
化反応触媒と称することがある)に通される。使
用する場合には、スチーム及び/または二酸化炭
素は反応体流のうちの一方または両方に含まれ、
あるいは別個の流れとして供給されてもよい。 In these processes, which are operated continuously and are usually carried out at elevated pressure, the feed stream is partially combusted and the combustion products are then catalyzed by a catalyst (hereinafter referred to as reaction catalyst, or equilibrium catalyst) to drive it towards equilibrium. (sometimes referred to as a chemical reaction catalyst). If used, steam and/or carbon dioxide are included in one or both of the reactant streams;
Alternatively, it may be supplied as a separate stream.
例えば転化(平衡化)触媒の上流側に燃焼触媒
床を設けることにより、燃焼を触媒作用の下に実
施する自熱式リホーミングは、例えば「ケミカ
ル・エンジニヤリング」(1966年1月3日)、第24
〜26頁、英国特許第1137930号明細書及び米国特
許第4522894号明細書等に提案されているが、か
かる方法は、その燃焼触媒が高温度への継続的露
出により、及び/または炭素の沈着により失活す
るおそれがあるという欠点がある。また供給原料
が自己発火し、その結果生じる炎が燃焼触媒及
び/または容器を損傷するおそれもある。 For example, autothermal reforming in which combustion is carried out under catalytic action by providing a combustion catalyst bed upstream of a conversion (equilibrium) catalyst is described in, for example, "Chemical Engineering" (January 3, 1966). , 24th
26, UK Pat. No. 1,137,930 and U.S. Pat. No. 4,522,894. The disadvantage is that there is a risk of deactivation due to There is also a risk that the feedstock will self-ignite and the resulting flame will damage the combustion catalyst and/or the container.
従つて、各反応体をバーナーに供給することに
よる非触媒燃焼方式を採用するのがより一般的で
ある。この場合、バーナーで炎が形成される。 Therefore, it is more common to employ non-catalytic combustion methods by feeding each reactant to a burner. In this case, a flame is formed in the burner.
高圧で操作されるように意図されたそのような
触媒式部分酸化プロセスの開始(すなわち始動)
は、通常は供給原料と酸化剤とを大気圧でバーナ
ーに供給しそして供給原料/酸化剤ガス混合物を
発火させて炎を生じさせることにより実施され
る。しかし、混合物を発火させるには酸素に富む
混合物を用いる必要があり、一方通常操作におい
ては部分燃焼のみが生じるように供給原料に富む
混合物(すなわち酸素が不足している混合物)が
必要とされる。このことによつて、使用バーナー
は、発火後には富酸化剤混合物での操作に適する
バーナーから富供給原料混合物での操作に適する
バーナーに変えられなければならない。そのよう
なバーナーの変更の必要はプロセス開始に必要と
される時間を長くするのみでなく、高温バーナー
の取扱いがなされるので簡明でなくまたある程度
危険である。 Initiation (i.e. start-up) of such catalytic partial oxidation processes intended to be operated at high pressures
This is typically carried out by feeding the feedstock and oxidizer to a burner at atmospheric pressure and igniting the feedstock/oxidizer gas mixture to produce a flame. However, igniting the mixture requires the use of an oxygen-rich mixture, whereas normal operation requires a feedstock-rich mixture (i.e., an oxygen-deficient mixture) so that only partial combustion occurs. . This means that, after ignition, the burner used must be changed from a burner suitable for operation with an oxidant-rich mixture to a burner suitable for operation with a rich feedstock mixture. Not only does the need for such a burner change increase the time required to start the process, but it is also nontrivial and somewhat dangerous due to the high temperature burner handling involved.
また、初期に富酸化剤操作を行うということ
は、酸素に影響される下流側触媒がある場合に
は、その操作から生じるガスを排気しなければな
らないことが多いことを意味する。 Also, performing an oxidant-rich operation early means that the gases resulting from that operation often have to be vented if there is an oxygen-sensitive downstream catalyst.
第2次リホーミングにおける第2次リホーマー
供給原料は第1次リホーミング済ガス流である。
例えば欧州特許第124226号及び米国特許第
3442613号に記載されているような若干のリホー
ミング法においては、吸熱的第1次リホーミング
段階のために必要とされる熱は第2次リホーミン
グ段階を去るガス流中の熱によつて供給される。
そのようなリホーミング法では、その開始は上述
の部分酸化プロセスと同じ問題を含む。 The secondary reformer feedstock in secondary reforming is the primary reformed gas stream.
For example, European Patent No. 124226 and US Patent No.
In some reforming methods, such as that described in No. Supplied.
In such a reforming method, its initiation involves the same problems as the partial oxidation process described above.
本発明においては、バーナーでの自己発火を行
なうことにより上記諸問題は克服される。反応体
は、触媒式燃焼により生じる高温ガス流により、
直接的または間接的に自己発火温度にまで加熱さ
れる。 In the present invention, the above problems are overcome by self-ignition in the burner. The reactants are heated by a hot gas stream produced by catalytic combustion.
Heated directly or indirectly to autoignition temperatures.
従つて本発明によれば、
(a) 気状の炭化水素または炭化水素誘導体原料を
含有する流れ、及び
(b) 遊離酸素を含む酸化剤ガスを含有する流れ、
を包含する複数の反応体流を別々に昇圧下に一つ
のバーナーに供給して、そのバーナーで部分燃焼
を生じさせ、そしてこの燃焼生成物を触媒に供給
して燃焼生成物を平衡に向かわせることによる水
素及び炭素酸化物類を含むガス流の連続製造プロ
セスの開始方法であつて:
(i) 気状可燃性物質の流れと遊離酸素含有酸化剤
ガスの少なくとも部分的な燃焼を実施すること
により高温ガス流を生じさせ、この際にその高
温ガス流は、少なくとも初期には該可燃性物質
と該酸化剤ガスとを燃焼触媒上に通すことによ
る触媒作用燃焼により生成させ、
(ii) 上記複数の反応体流の少なくとも一つを該高
温ガス流で直接または間接的に加熱して、それ
らの反応体の自己発火温度以上の温度とし、そ
してそれらの反応体流を該一つのバーナーへ供
給し、かくしてそれらの反応体の自己発火を生
じさせてそのバーナーで炎を生じさせると共に
該原料の自己維持性燃焼を確立させ、次いで
(iii) 該高温ガス流の生成を停止させ、他方該複数
の反応体流れのバーナーへの供給を継続する、
ことからなる上記開始方法が提供される。 According to the invention, therefore, a plurality of reactant streams comprising: (a) a stream containing a gaseous hydrocarbon or hydrocarbon derivative feed; and (b) a stream containing an oxidant gas comprising free oxygen. hydrogen and carbon oxides by feeding them separately under increased pressure to one burner, causing partial combustion in that burner, and feeding the combustion products to a catalyst to drive the combustion products toward equilibrium. A method of initiating a process for continuous production of a gas stream comprising: (i) producing a hot gas stream by carrying out at least partial combustion of a stream of gaseous combustible material and a free oxygen-containing oxidizing gas; wherein the hot gas stream is at least initially produced by catalytic combustion by passing the combustible material and the oxidizing gas over a combustion catalyst; (ii) at least one of the plurality of reactant streams; heat the two directly or indirectly with the hot gas stream to a temperature above the autoignition temperature of the reactants, and feed the reactant streams to the one burner, thus (iii) terminating the production of the hot gas stream while directing the plurality of reactant streams to the burner; continue supply,
The above starting method is provided.
本発明の一態様において、高温ガス流を転化触
媒に通して、その転化触媒を加熱し、その上に反
応体流を通す。自己発火温度に達したときに、自
己発火により生じた炎がバーナーに引火する。燃
焼触媒は転化触媒と同一の容器中に床の形で存在
してよく、あるいは好ましくは別の容器中に床の
形で存在する。燃焼触媒が転化触媒と同一の容器
中にあるときには、それはバーナーの上流側また
は下流側に位置してよい。殊に燃焼触媒がバーナ
ーの上流側にある場合、例えば別個の容器中にあ
る場合、燃焼触媒を隔離または迂回するような方
式として、開始(始動)が完了したときには燃焼
触媒を就役から外すようにできる。別法として、
以下に述べるように、燃焼触媒が反応体流の一つ
のライン中に残るようにしてもよく、あるいは燃
焼触媒がバーナーの下流側にあるときには、それ
がそのままライン中に残りバーナーからの燃焼済
ガスがその燃焼触媒を通過するようにしてもよ
い。 In one embodiment of the invention, a hot gas stream is passed over a conversion catalyst to heat the conversion catalyst and a reactant stream is passed over it. When the autoignition temperature is reached, the flame produced by autoignition ignites the burner. The combustion catalyst may be present in bed form in the same vessel as the conversion catalyst, or preferably in a separate vessel. When the combustion catalyst is in the same vessel as the conversion catalyst, it may be located upstream or downstream of the burner. Particularly if the combustion catalyst is upstream of the burner, e.g. in a separate container, the combustion catalyst may be removed from service when startup is complete, such as by isolating or bypassing the combustion catalyst. can. Alternatively,
As discussed below, the combustion catalyst may remain in one line of the reactant stream, or if the combustion catalyst is downstream of the burner, it may remain in the line and the combusted gas from the burner may be passed through the combustion catalyst.
本発明の別の一態様においては、燃焼触媒は転
化触媒と同一の容器の中または別個の容器の中に
あるが、転化触媒よりも下流側として転化触媒か
らの排出ガスが燃焼触媒を通過するようにする。
この態様においては、燃焼触媒からの高温ガス流
は、流入反応体流の一つまたはそれ以上を間接熱
交換によつて加熱するのに用い、かかる加熱後に
反応体流がバーナーへ供給されるようにし、及
び/または燃焼触媒を去る高温ガス流の一部をバ
ーナーへ再循環させることにより流入反応体流の
一つまたはそれ以上を加熱する。そのような再循
環は、燃焼触媒が転化触媒の上流側にある場合、
加熱速度を上げるのにも望ましい。一旦自己発火
が完了したときには、そのような再循環を低減ま
たは停止しうることは明らかであろう。 In another aspect of the invention, the combustion catalyst is in the same container as the conversion catalyst or in a separate container, but is downstream of the conversion catalyst such that exhaust gases from the conversion catalyst pass through the combustion catalyst. Do it like this.
In this embodiment, a hot gas stream from the combustion catalyst is used to heat one or more of the incoming reactant streams by indirect heat exchange such that after such heating the reactant streams are fed to the burner. heating one or more of the incoming reactant streams by heating and/or recycling a portion of the hot gas stream leaving the combustion catalyst to the burner. Such recirculation can occur if the combustion catalyst is upstream of the conversion catalyst.
It is also desirable to increase the heating rate. It will be clear that once autoignition is complete, such recirculation may be reduced or stopped.
燃焼触媒が転化触媒の下流側にある場合には、
燃焼触媒は転化触媒からの流出流と同一ライン中
にとどまつていてよく、殊に燃焼触媒が別個の容
器中にあるときには、それは自己発火の完了後に
迂回されてもよく、あるいはラインから隔離され
てもよい(就役解除)。 If the combustion catalyst is downstream of the conversion catalyst,
The combustion catalyst may remain in the same line as the effluent stream from the conversion catalyst, especially when the combustion catalyst is in a separate container, it may be bypassed after autoignition is complete, or it may be isolated from the line. May be released from service.
プロセス反応体は、燃焼触媒を含む別個の容器
から生成される高温ガス流との間接熱交換により
予熱してよいが始動期中は、下記のいずれかであ
るのが好ましい。 The process reactants may be preheated by indirect heat exchange with a hot gas stream produced from a separate vessel containing the combustion catalyst, but during the start-up period it is preferred that:
燃焼触媒からの高温ガス流を転化触媒に通す
か、あるいは
転化触媒からの流出ガスを、好ましくは追加の
酸化剤ガス及び/または可燃性物質と一緒に燃焼
触媒に通す。 Either the hot gas stream from the combustion catalyst is passed through the conversion catalyst, or the effluent gas from the conversion catalyst is passed through the combustion catalyst, preferably along with additional oxidant gas and/or combustible material.
燃焼触媒への可燃性物質及び酸化剤ガスの少な
くとも一方の供給は、バーナーへの供給原料及び
酸化剤の反応体の供給とは別個である。このよう
にすると、燃焼触媒への可燃性物質及び/または
酸化剤ガスの供給を停止することにより、燃焼触
媒を就役から外すことができるが、燃焼触媒は反
応体の一つ、燃焼済ガス、または転化触媒からの
排出流と同一ライン中にとどまる。しかし、その
ような別個の供給を行なわず、そして燃焼触媒が
ライン中にとどまつている場合であつても、燃焼
触媒での燃焼を断絶し、それにより可燃性物質と
酸化剤ガスとの燃焼による高温ガス流の生成を停
止できる。これを行なうには、自己発火が完了
し、そして自己維持燃焼がバーナーで確立された
後に、燃焼触媒へ供給される混合物中に酸素が皆
無となるように、バーナーへの反応体流の供給
が、充分に供給原料に富むようにする。 The supply of combustible material and/or oxidant gas to the combustion catalyst is separate from the supply of feedstock and oxidant reactants to the burner. In this way, the combustion catalyst can be taken out of service by ceasing the supply of combustible material and/or oxidant gas to the combustion catalyst, but the combustion catalyst does not contain one of the reactants, the combusted gas, or remain in line with the exhaust stream from the conversion catalyst. However, even without such a separate supply, and even if the combustion catalyst remains in the line, it is possible to discontinue combustion at the combustion catalyst, thereby reducing the Generation of hot gas flow can be stopped. This is accomplished by supplying the reactant stream to the burner such that after self-ignition is complete and self-sustaining combustion has been established in the burner, there is no oxygen in the mixture supplied to the combustion catalyst. , to be sufficiently enriched with feedstock.
燃焼触媒が転化触媒の下流側にあつてもなくて
も、反応体流の少なくとも一つが、転化触媒から
排出ガス流との間接熱交換によつて予熱されるの
が好ましい。本発明の好ましい一態様において
は、バーナーへの供給原料流は、第1次スチーム
リホーミング剤のガス流からなり、その第1次リ
ホーミングを実施するのに必要とされる吸熱反応
熱は転化触媒からの排出ガスからの熱によつて供
給される。 Whether or not the combustion catalyst is downstream of the conversion catalyst, at least one of the reactant streams is preferably preheated by indirect heat exchange from the conversion catalyst with the exhaust gas stream. In a preferred embodiment of the invention, the feed stream to the burner comprises a gaseous stream of a primary steam reforming agent, and the endothermic reaction heat required to carry out the primary reforming is It is supplied by heat from the exhaust gas from the catalyst.
炭化水素(または炭化水素誘導体)供給原料は
原則として、気化されうる任意の炭化水素または
その誘導体であつてよい。普通、供給原料は、大
気圧において220℃以下の沸点を有し、そして周
囲温度及び大気圧において気状であるのが好まし
い。供給原料は、好ましくは天然ガスもしくはナ
フサ、あるいはメタノールのような誘導体、また
は天然ガス、ナフサもしくはメタノールから誘導
された予備リホーミング済ガスである。供給原料
が硫黄を含む場合には、脱硫してからバーナーに
供給するのが好ましい。予備的な第1次スチーム
リホーミング工程を行う場合には、バーナーに供
給される供給原料流は天然ガス、ナフサまたはメ
タノールの第1次スチームリホーミングから得ら
れるガス流であるのが好ましく、一般的には水
素、メタン、スチーム及び炭素酸化物類を含む。
可燃性物質は天然ガス、ナフサまたは水素含有ガ
ス流(例:第1次リホーミング済ガス流、アンモ
ニア合成ガス、メタノール合成ガス、あるいはア
ンモニアもしくはメタノール合成からのパージガ
ス)であるのが好ましい。 The hydrocarbon (or hydrocarbon derivative) feedstock may in principle be any hydrocarbon or derivative thereof that can be vaporized. Typically, the feedstock has a boiling point below 220° C. at atmospheric pressure and is preferably gaseous at ambient temperature and pressure. The feedstock is preferably natural gas or naphtha, or a derivative such as methanol, or a pre-formed gas derived from natural gas, naphtha or methanol. If the feedstock contains sulfur, it is preferably desulfurized before being fed to the burner. When carrying out a preliminary first steam reforming step, the feed stream fed to the burner is preferably a gas stream obtained from the first steam reforming of natural gas, naphtha or methanol; Examples include hydrogen, methane, steam and carbon oxides.
Preferably, the combustible material is natural gas, naphtha, or a hydrogen-containing gas stream (eg, a primary reformed gas stream, ammonia synthesis gas, methanol synthesis gas, or purge gas from an ammonia or methanol synthesis).
バーナーへ供給される酸化剤ガスの酸化剤ガス
は、燃焼触媒に流されるものと同一であるのが好
ましく、空気であるのが好ましい。前述のように
反応体流の一つまたはそれ以上は、スチームを含
んでいてよく、少なくとも一がスチームを含むの
が好ましい。スチームは燃焼触媒へ供給されるガ
ス流の一方または両方に存在してもよい。 The oxidizing gas supplied to the burner is preferably the same as that flowing to the combustion catalyst, preferably air. As mentioned above, one or more of the reactant streams may contain steam, and preferably at least one contains steam. Steam may be present in one or both of the gas streams fed to the combustion catalyst.
燃焼触媒は、好ましくは適当なセラミツクまた
は金属担体上の白金族金属であり、殊に白金、ロ
ジウム、及び/またはパラジウムである。担体
は、燃焼触媒床の単位体積当り大きな幾何学的表
面積を有するのが好ましく、例えば波形金属板の
ハニカム、または1もしくはそれ以上のコイルで
あつてよく、触媒活性物質で直接に含浸されてい
てもよい。別法として触媒活性物質は担体に適用
されたウオツシユ・コート中に存在してもよい。 The combustion catalyst is preferably a platinum group metal on a suitable ceramic or metal support, especially platinum, rhodium and/or palladium. The support preferably has a large geometrical surface area per unit volume of the combustion catalyst bed and may be, for example, a honeycomb of corrugated metal plates or one or more coils, directly impregnated with the catalytically active substance. Good too. Alternatively, the catalytically active material may be present in a wash coat applied to the support.
可燃性物質(例えば天然ガス)及び酸化剤ガス
(例えば空気)が燃焼触媒上に通されるとき、燃
焼反応が進行し、その結果、生成ガス流と燃焼触
媒との温度が上昇する。ガス速度が余り大きくな
く及び/または入口温度が余り低くないと、所与
の組成のガス混合物については、燃焼触媒床(例
えばハニカム)内のある距離位置において、その
ガス混合物の最大量の燃焼が起こるので急速な温
度上昇が生じる。可燃性物質:酸化剤ガスの比に
応じて(この比は最高温度ピーク値、従つて燃焼
触媒出口温度にも影響する)、これは部分燃焼ま
たは完全燃焼に相当しうる。最初は、たとえ低ガ
ス速度であつても、余りにも低い入口温度の結果
として、この最高温度ピーク値が確立されないこ
とがある。ガス入口温度は一般には可燃性物質の
予熱(もし、例えば脱硫工程の結果として行なわ
れるならば)及び酸化剤ガスの予熱(例えば圧縮
の結果)の程度に依存する。若干の場合には反応
体流も自己発火温度にまで加熱するには充分でな
い外部の利用可能熱源を用いてもよい。しかしか
かる外部熱源は燃焼触媒に供給されるガス流及
び、多くの場合、反応体流の一つまたはそれ以
上、を加熱するのに利用できる。燃焼触媒へ供給
されるガスの予熱が、燃焼触媒の所望の温度上昇
を行なうのに充分な程の加熱をなさない場合に
は、燃焼触媒を去るガスの幾分かを燃焼触媒入口
へ再循環させて、これにより入口温度を効果的に
上昇させることができる。入口ガス組成及び(も
し行なわれるならば)再循環の程度は、前述のピ
ーク温度がバーナーでの自己発火の発生前に達成
されるように選択されるべきである。 When a combustible material (eg, natural gas) and an oxidizing gas (eg, air) are passed over the combustion catalyst, a combustion reaction proceeds, resulting in an increase in the temperature of the product gas stream and the combustion catalyst. If the gas velocity is not too high and/or the inlet temperature is not too low, for a gas mixture of a given composition, the maximum amount of combustion of that gas mixture will occur at a certain distance within the combustion catalyst bed (e.g. honeycomb). This causes a rapid temperature rise. Depending on the combustible material: oxidizer gas ratio (which also influences the maximum temperature peak value and thus also the combustion catalyst outlet temperature), this can correspond to partial or complete combustion. Initially, even at low gas velocities, this maximum temperature peak value may not be established as a result of too low inlet temperature. The gas inlet temperature generally depends on the degree of preheating of the combustible material (if carried out, for example, as a result of a desulfurization step) and the preheating of the oxidant gas (eg, as a result of compression). In some cases, external available heat sources may be used that are not sufficient to heat the reactant streams to autoignition temperatures as well. However, such an external heat source can be utilized to heat the gas stream and often one or more of the reactant streams that are fed to the combustion catalyst. If the preheating of the gases supplied to the combustion catalyst does not heat the combustion catalyst sufficiently to produce the desired temperature rise of the combustion catalyst, some of the gas leaving the combustion catalyst is recirculated to the combustion catalyst inlet. This effectively increases the inlet temperature. The inlet gas composition and the degree of recirculation (if performed) should be selected such that the aforementioned peak temperature is achieved before autoignition occurs in the burner.
燃焼触媒へ供給される可燃性物質を含む流れが
スチームをも含む場合には、一般に燃焼触媒が幾
分かのリホーミング活性を示すので、燃焼触媒を
去るガス流は部分的にリホーミングを受けてお
り、従つて幾分かの水素を含むことになろう。そ
の場合燃焼触媒を去るそのようなガスを燃焼触媒
入口へ再循環することは、燃焼触媒へ供給される
可燃性物質中へ水素を導入するという利点を有す
る。燃焼触媒へ供給または再循環される可燃性物
質中に水素が存在することは、有利である。なん
となれば燃焼触媒によつて水素が燃焼されうる入
口温度は比較的に低く、従つて触媒作用による燃
焼の始動(開始)時のピーク温度の達成が容易に
なされるからである。この理由のために、アンモ
ニア合成ガス、メタノール合成ガスまたはパージ
ガスのような水素含有ガス流を、可燃性物質の少
なくとも一部として使用することは有利である。 If the stream containing combustible material fed to the combustion catalyst also contains steam, the gas stream leaving the combustion catalyst will be partially reformed, as the combustion catalyst will generally exhibit some reforming activity. and therefore will contain some hydrogen. Recirculating such gases leaving the combustion catalyst to the combustion catalyst inlet then has the advantage of introducing hydrogen into the combustible material fed to the combustion catalyst. The presence of hydrogen in the combustible material that is fed to or recycled to the combustion catalyst is advantageous. This is because the inlet temperature at which the hydrogen can be combusted by the combustion catalyst is relatively low, thus making it easier to achieve the peak temperature at the start of catalytic combustion. For this reason, it is advantageous to use a hydrogen-containing gas stream, such as ammonia synthesis gas, methanol synthesis gas or purge gas, as at least part of the combustible material.
燃焼触媒からの高温ガス流を転化触媒に通す場
合(これは好ましい態様である)、もし転化触媒
に通される高温ガス流が水素をも含むならば(例
えば燃焼触媒中でのそのような水素含有もしくは
スチーム含有可燃性物質の部分的燃焼のみの結果
として)、好ましい。従つて転化触媒が新たに装
入された転化触媒前駆体であつて、それを還元し
て活性触媒として有効化しなければならない場合
には、転化触媒に水素を含有する高温ガス流を通
過させると、必要な還元のいく分かが行なわれ、
かくして全体の始動(開始)時間を短縮すること
になろう。 When passing the hot gas stream from the combustion catalyst through the conversion catalyst, which is the preferred embodiment, if the hot gas stream passed through the conversion catalyst also contains hydrogen (e.g. (as a result of only partial combustion of the combustible material containing or steam) is preferred. Therefore, if the conversion catalyst is a freshly charged conversion catalyst precursor and it is to be reduced and made available as an active catalyst, passing a hot hydrogen-containing gas stream through the conversion catalyst is recommended. , some of the necessary reduction has been made,
This will thus reduce the overall start-up time.
若干の場合には、殊に燃焼触媒を去るガス流の
一部を入口に再循環させる場合には、燃焼触媒へ
供給される可燃性物質の自己発火は、可燃性物質
及び酸化剤ガスの混合と、燃焼触媒の真の入口
と、の間の領域中で炎の形成を伴なつて起こるこ
とがありうる。この場合には、その後で、燃焼触
媒は実際にはバーナーへ供給される反応体流の一
つまたはそれ以上を直接または間接的に加熱する
のに用いられるガス流を生じさせる燃焼において
はほとんど効果を示さないことになりうる。従つ
てこの場合には高温ガス流は触媒作用による燃焼
により最初だけ生成されるにすぎない。 In some cases, especially if a portion of the gas stream leaving the combustion catalyst is recirculated to the inlet, autoignition of the combustible material fed to the combustion catalyst is caused by a mixture of the combustible material and the oxidizing gas. and the true inlet of the combustion catalyst, with the formation of a flame. In this case, the combustion catalyst is in fact largely ineffective in the combustion producing a gas stream that is used to directly or indirectly heat one or more of the reactant streams fed to the burner. may not be shown. In this case, therefore, a hot gas stream is only initially produced by catalytic combustion.
通常は、バーナーでのガスの流量はバーナーの
設形(形状)に応じて、ある最小値以上とし発火
が生じるときに安定な炎が形成されるようにする
必要がある。燃焼触媒の量は、バーナーへ供給さ
れる反応体流の所望の直接または間接的加熱を行
なうのに適切な量の高温ガスが生成されるように
選択されるべきである。 Typically, the flow rate of gas in the burner must be above a certain minimum value, depending on the burner configuration, to ensure that a stable flame is formed when ignition occurs. The amount of combustion catalyst should be selected so that an appropriate amount of hot gas is produced to provide the desired direct or indirect heating of the reactant stream fed to the burner.
燃焼触媒が転化触媒の上流側にあり、そして燃
焼触媒へ供給される可燃性物質への間接的または
直接的な熱の再循環を行なわない場合に、充分に
迅速な始動(開始)を達成するには、燃焼触媒床
の体積は、転化触媒床の体積の1〜50%、殊に2
〜20%であるのが典型的である。 Achieving sufficiently rapid start-up when the combustion catalyst is upstream of the conversion catalyst and there is no indirect or direct heat recirculation to the combustible material fed to the combustion catalyst. In this case, the volume of the combustion catalyst bed is between 1 and 50% of the volume of the conversion catalyst bed, especially 2
~20% is typical.
燃焼触媒を去るガス及び/または転化触媒を去
るガスからの熱を、燃焼触媒へ供給される可燃性
物質へ直接的または間接的に再循環させる場合
(これは好ましい態様)、燃焼触媒床体積は一般的
には転化触媒床体積の10%以下であり、典型的に
は0.1〜3%である。 If the heat from the gas leaving the combustion catalyst and/or the gas leaving the conversion catalyst is recycled directly or indirectly to the combustible material fed to the combustion catalyst (this is the preferred embodiment), the combustion catalyst bed volume is Generally less than 10% of the conversion catalyst bed volume, typically 0.1-3%.
燃焼触媒の使用量は、一般的には連続プロセス
の通常操作における反応体の設計流量でバーナー
へ供給される反応体の所望の程度の部分燃焼を行
なうのに必要とされるものよりも可成り少ない。 The amount of combustion catalyst used is generally considerably greater than that required to effect the desired degree of partial combustion of the reactants fed to the burner at the design flow rate of the reactants in normal operation of the continuous process. few.
前述のように、燃焼触媒はある種の転化触媒と
しての若干の活性を示すことがある。実際に若干
の場合には、燃焼及び転化の両触媒が共に、前述
のような適当な担体上に担持された白金族金属か
らなることがある。しかし、燃焼触媒は、担体の
単位幾何学的表面積当りの活性金属の量として表
わして、可成り大きな白金族金属装荷量を有する
のが一般的である。 As mentioned above, combustion catalysts may exhibit some activity as some types of conversion catalysts. Indeed, in some cases both the combustion and conversion catalysts may consist of a platinum group metal supported on a suitable support as described above. However, combustion catalysts typically have a fairly high platinum group metal loading, expressed as the amount of active metal per unit geometric surface area of the support.
通常、バーナーにおける自己発火は供給原料反
応体流の温度またはそれと高温ガス流との混合物
の温度が自己発火温度以上となるまで、供給原料
反応体流を高温ガス流と一緒に及び/または供給
原料反応体流を高温ガス流との熱交換により予熱
して、バーナーへ供給することにより達成され
る。次いで酸化剤反応体(好ましくは予熱したも
の)の供給が開始され、自己発火が続いて起こ
る。このようにすると、転化触媒の下流側に酸化
剤の影響を受ける触媒があるときに、転化触媒か
らの排出流を系外へ排出する必要がない。 Typically, autoignition in a burner occurs by combining the feedstock reactant stream with the hot gas stream and/or the feedstock until the temperature of the feedstock reactant stream or the temperature of its mixture with the hot gas stream is above the autoignition temperature. This is accomplished by preheating the reactant stream by heat exchange with a hot gas stream before feeding it to the burner. The supply of oxidant reactant (preferably preheated) is then started and autoignition ensues. In this way, when there is a catalyst affected by the oxidizing agent downstream of the conversion catalyst, there is no need to discharge the exhaust stream from the conversion catalyst to the outside of the system.
バーナーへの反応体流の供給流量は所望の流量
が達成されるまで次第に増加すべきである。反応
体類の組成、すなわち反応体流中の諸成分の割合
は、開始(始動)操作が進行するにつれて改変し
てもよい。 The feed rate of reactant stream to the burner should be gradually increased until the desired flow rate is achieved. The composition of the reactants, ie, the proportions of the components in the reactant stream, may be modified as the start-up operation progresses.
バーナーにおいて自己発火及び自己維持部分燃
焼が確立した後の適宜な時点で少なくとも可燃性
物質と酸化剤ガスとの部分燃焼による高温ガス流
の生成を停止する。燃焼触媒への可燃性物質及
び/または酸化剤の供給が、バーナーへの反応体
類の供給と別個である場合、高温ガス流の生成の
かかる停止は、この別個の供給を断つことにより
行なうことができ、殊に、燃焼触媒が別個の容器
中にある場合にはバーナーでの自己発火が生じた
後の適宜な時点にその燃焼触媒を隔離または迂回
することにより行なうことができる。供給の停止
及び、適当な場合における隔離または迂回は、し
かしながら、反応体類の所望の流量が完全に達成
される前に実施されてもよい。燃焼触媒がプロセ
スライン中にとどまりそしてバーナーの下流側に
ありかつ燃焼触媒へ酸化剤が別個に供給されない
場合には、自己発火が達成された後に、可燃性物
質と酸化剤ガスとの燃焼による高温ガス流の生成
停止は、バーナーにおける部分燃焼が利用可能の
酸化剤の実質上すべてを用いるということによ
り、自然に行なわれることは了解されよう。この
場合に自己発火が達成された後に、燃焼触媒はほ
とんどまたは全く効果を示さない。しかしなが
ら、しばしば燃焼触媒は転化触媒として幾分かの
活性を示し、従つて転化触媒を助力することがあ
る。図面を参照して本発明をさらに説明する。 At a suitable point after self-ignition and self-sustaining partial combustion has been established in the burner, the generation of the hot gas stream by partial combustion of at least the combustible material and the oxidizing gas is stopped. If the supply of combustible material and/or oxidizer to the combustion catalyst is separate from the supply of reactants to the burner, such cessation of generation of the hot gas stream shall be effected by cutting off this separate supply. This can be done by isolating or bypassing the combustion catalyst at an appropriate time after self-ignition in the burner has occurred, especially if the combustion catalyst is in a separate container. Stopping the feed and isolation or diversion as appropriate may, however, be carried out before the desired flow rate of the reactants is fully achieved. If the combustion catalyst remains in the process line and is downstream of the burner and the oxidizer is not separately supplied to the combustion catalyst, after autoignition has been achieved, the high temperatures resulting from the combustion of the combustible material and the oxidizer gas It will be appreciated that the cessation of gas flow production occurs naturally due to partial combustion in the burner using substantially all of the available oxidant. After autoignition is achieved in this case, the combustion catalyst has little or no effect. However, often the combustion catalyst exhibits some activity as a conversion catalyst and thus may assist the conversion catalyst. The invention will be further explained with reference to the drawings.
図面及びこれに関連するプロセスにおいては基
本の供給原料は脱硫済の天然ガスであり、そして
酸化剤ガスは空気であると仮定してある。 The drawings and related processes assume that the basic feedstock is desulfurized natural gas and that the oxidant gas is air.
第1図において、燃焼触媒1は所望の反応プロ
セスのための転化触媒4を含む容器3の上流側の
容器2中に配置されている。この転化触媒は典型
的には、適当な担体、例えばセラミツク製リン
グ、またはハニカムのようなモノリス(単一体)
上に担持されたニツケルである。通常の運転中
は、天然ガスをライン6を介して容器3のバーナ
ーへ、そして空気をライン7を介してバーナーへ
供給し、燃焼済ガス流は転化触媒4上で平衡化に
向かわせられた後にライン8を介して容器3を去
る。 In FIG. 1, a combustion catalyst 1 is placed in a vessel 2 upstream of a vessel 3 containing a conversion catalyst 4 for the desired reaction process. The conversion catalyst is typically supported on a suitable support, such as a ceramic ring or a monolith such as a honeycomb.
It is nickel supported on top. During normal operation, natural gas was supplied to the burner in vessel 3 via line 6 and air was supplied to the burner via line 7, with the combusted gas stream being directed to equilibration over conversion catalyst 4. It later leaves the container 3 via line 8.
始動(開始)期間中に、酸化剤ガス(例:空
気)及び可燃性物質(図面中ではバーナー5への
供給原料と同一であるように示されている)は、
それぞれライン9及び10を介して容器2への供
給され、そして容器2からの高温ガスは、ライン
11を介して容器3のバーナーの供給原料入口6
へ供給される。初期には幾分かの天然ガスを(容
器2を迂回しているライン12を介して)バーナ
ー5へ直接に供給してもよい。ライン9を介して
容器2へ供給される空気の量は、燃焼触媒中で不
完全燃焼が生じるような量である。従つてライン
6を介してバーナー5へ供給されるガスは、ライ
ン11からの高温の部分的に燃焼された排出流、
ならびにライン11を介して容器2を迂回してい
る天然ガス(もしそのような天然ガスがあれば)
である。迂回路12を介してバーナー5への天然
ガスの供給が、次いで開始または必要により増加
される。その流量はバーナー5に空気が供給され
たときにはバーナー5で安定な炎が形成されるよ
うな流量である。バーナー5に供給される天然ガ
ス及び高温ガス流の混合物の温度が自己発火温度
以上の温度にまで上昇したときに、バーナー5へ
の空気の供給を始める。すると自己発火が起つて
バーナー5のところに炎が確立される。次いで、
バーナー5へ供給される天然ガス(これには加湿
によりスチームを添加してもよい)の流量を、次
第に所望の水準にまで増加することができる。空
気流量は増加する必要があることもあり、あるい
はその必要がないこともある。 During the start-up period, the oxidizing gas (e.g. air) and the combustible material (shown in the drawing as being the same as the feed to burner 5) are
The hot gases from vessel 2 are fed to vessel 2 via lines 9 and 10 respectively, and the hot gas from vessel 2 is passed via line 11 to the feed inlet 6 of the burner of vessel 3.
supplied to Initially some natural gas may be fed directly to the burner 5 (via line 12 bypassing the vessel 2). The amount of air supplied to vessel 2 via line 9 is such that incomplete combustion occurs in the combustion catalyst. The gas fed to the burner 5 via line 6 is therefore a hot partially combusted exhaust stream from line 11;
as well as natural gas bypassing vessel 2 via line 11 (if such natural gas exists)
It is. The supply of natural gas to the burner 5 via the bypass 12 is then started or increased as necessary. The flow rate is such that a stable flame is formed in the burner 5 when air is supplied to the burner 5. The supply of air to the burner 5 begins when the temperature of the mixture of natural gas and hot gas stream supplied to the burner 5 rises to a temperature above the autoignition temperature. Self-ignition will then occur and a flame will be established at burner 5. Then,
The flow rate of the natural gas (to which steam may be added by humidification) supplied to the burner 5 can be gradually increased to the desired level. The air flow rate may or may not need to be increased.
容器2からの排出流が所望の温度に達する流量
を増加するには、ライン11を経て容器2を去る
高温ガスの一部を、ライン13を経て容器2の供
給原料入口10へ再循環させることができる(こ
のライン11は、以下に述べるように、容器2内
の再循環ダクトであつてもよい)。 To increase the rate at which the exhaust stream from vessel 2 reaches the desired temperature, a portion of the hot gas leaving vessel 2 via line 11 is recycled via line 13 to feed inlet 10 of vessel 2. (This line 11 may be a recirculation duct within the vessel 2, as described below).
バーナー5で炎が確立された後に、ライン10
を介しての天然ガス及びライン9を介しての空気
の供給を停止し、容器2をライン7及び12を経
て完全に迂回する。別法として、若干の場合に
は、迂回ライン12を除いて、すべての供給原料
が燃焼触媒1を通過するようにするのが望ましい
ことがある。この場合、バーナー5で自己発火が
確立された後に、ライン9を閉鎖して空気がライ
ン7を介してバーナー5にのみ供給されるように
することにより、燃焼触媒を就役から完全に外し
て、容器2での天然ガスの燃焼による高温ガス流
の生成を停止させることができる。 After the flame is established in burner 5, line 10
The supply of natural gas via line 9 and air via line 9 is stopped and vessel 2 is completely bypassed via lines 7 and 12. Alternatively, in some cases it may be desirable to have all feedstock pass through the combustion catalyst 1, except for the bypass line 12. In this case, after autoignition has been established in burner 5, the combustion catalyst is completely removed from service by closing line 9 so that air is only supplied to burner 5 via line 7, The generation of a hot gas stream by combustion of natural gas in the vessel 2 can be stopped.
第2及び3図の各態様においては、燃焼触媒1
は、転化触媒4の下流側の別個の容器2中に配置
されており、ガスはライン8を介して、熱交換器
14を通されて、その熱を、ライン6を介してバ
ーナーに供給される供給原料へ移行させる。 In each embodiment of FIGS. 2 and 3, the combustion catalyst 1
is placed in a separate vessel 2 downstream of the conversion catalyst 4 and the gas is passed through a heat exchanger 14 via line 8 and its heat is supplied to the burner via line 6. feedstock.
第2図の態様においては、容器2はライン8中
の熱交換器14の前に配置されているので、転化
触媒4を去るガスが燃焼触媒1への供給原料を与
える。空気はライン9を介して容器2へ供給され
る。第1図の態様におけるように、再循環ライン
13(第2図において点線で示されている)を設
けてよく、そして自己発火がバーナー5で確立さ
れたときには、ライン9を介しての燃焼触媒への
空気供給を停止することにより燃焼触媒を就役か
ら外す。 In the embodiment of FIG. 2, vessel 2 is placed before heat exchanger 14 in line 8 so that the gas leaving conversion catalyst 4 provides the feed to combustion catalyst 1. Air is supplied to container 2 via line 9. As in the embodiment of FIG. 1, a recirculation line 13 (indicated by dotted lines in FIG. 2) may be provided and, when autoignition is established in burner 5, the combustion catalyst via line 9. Remove the combustion catalyst from service by stopping the air supply to the combustion catalyst.
第3図の態様(これは余り好ましくない)にお
いては、燃焼触媒1はプロセス流と同一のライン
中にはなく、熱交換器14の前でライン8を介し
て転化触媒を去るガス流へ高温ガスを供給する別
個の装置ユニツト中に燃焼触媒がある。この例で
は、燃焼触媒1への供給原料は別個の流れ15と
して示されている。すなわちバーナー5へライン
6を介して供給される供給原料の一部ではない。
従つて供給原料流15は、バーナー5へ供給され
るものと化学的に同一でなくてもよい。 In the embodiment of FIG. 3 (which is less preferred), the combustion catalyst 1 is not in the same line as the process stream, but is connected to the high temperature gas stream leaving the conversion catalyst via line 8 before the heat exchanger 14. There is a combustion catalyst in a separate equipment unit that supplies the gas. In this example, the feed to the combustion catalyst 1 is shown as a separate stream 15. That is, it is not part of the feedstock fed to burner 5 via line 6.
Feed stream 15 therefore does not have to be chemically identical to that fed to burner 5.
第4図の態様において、バーナー5への天然ガ
ス/スチーム供給ライン中に介在するのは、スチ
ームと供給原料との混合物が内側を通過する管中
に配置された第1次リホーミング触媒を含む第1
次リホーマーであり、それらの管は転化触媒4を
去るガスによつて加熱されている。第1次リホー
マーは、慣用型のもので、また転化触媒を含む容
器と別個の容器中にあつてよいが、図示の態様で
は、一体式の第1次/第2次リホーマーが用いら
れている。この態様においては、第1次リホーマ
ー管(2本が図示されているが、実際にはさらに
多数の管が使用されよう)は、容器3の内側に配
置されて、転化触媒4(ここでは第2次スチーム
リホーミング触媒)を去るガスがこれらの管を加
熱するようになつている。各リホーミング管は、
上端部で閉鎖され、そして同心円状の内管18を
有する外管17からなり、内管18は外管17の
ほぼ全長にわたつて外管17の内側に延在してい
る。内管及び外管の間の環状空間には第1次リホ
ーミング触媒16が詰められている。供給原料は
ライン19を介して容器3へ供給され、そして外
管17の開口端部に入る。次いでそれは触媒16
が詰められた環状空間内を上昇し、次いで内管1
8内を降下する。次いでそれはライン6を介して
バーナー5へ供給される。ライン6は、図示の如
く、容器3の外側にあつてよいが、好ましくは、
容器3内の適当なダクトである。 In the embodiment of FIG. 4, interposed in the natural gas/steam supply line to burner 5 includes a primary reforming catalyst disposed in a tube through which a mixture of steam and feedstock passes. 1st
The tubes are heated by the gas leaving the conversion catalyst 4. Although the primary reformer may be of conventional type and in a separate vessel from the vessel containing the conversion catalyst, in the illustrated embodiment an integrated primary/secondary reformer is used. . In this embodiment, the primary reformer tubes (two shown, but in practice more tubes would be used) are placed inside the vessel 3 and the conversion catalyst 4 (here the The gas leaving the secondary steam reforming catalyst (secondary steam reforming catalyst) heats these tubes. Each rehoming tube is
It consists of an outer tube 17 closed at its upper end and having a concentric inner tube 18 which extends inside the outer tube 17 over substantially its entire length. A primary reforming catalyst 16 is filled in the annular space between the inner tube and the outer tube. Feedstock is fed to vessel 3 via line 19 and enters the open end of outer tube 17. Then it is the catalyst 16
rises in the annular space filled with
Descending within 8. It is then fed via line 6 to burner 5. The line 6 may be on the outside of the container 3 as shown, but is preferably
A suitable duct within the container 3.
第2次リホーミング触媒4を去るガスは、管1
7を加熱後ライン8を介して容器3から出て、熱
交換器20を通過して、熱交換器20を介して供
給源21からライン19へ流れる流入供給原料/
スチーム混合物を予熱する。 The gas leaving the secondary reforming catalyst 4 is transferred to the tube 1
7 leaves the vessel 3 via line 8 after heating, passes through a heat exchanger 20 and flows via heat exchanger 20 from source 21 to line 19.
Preheat the steam mixture.
この態様において、燃焼触媒1は別個の容器2
中に配置され、ライン9を介して空気を、そして
供給源21からライン10を介して天然ガス/ス
チーム混合物を、供給されている。容器2中での
天然ガス/スチームと空気との触媒作用燃焼によ
り生成される高温ガス流はライン11を介して第
2次リホーマーのバーナー5へ供給される。バー
ナー5において自己発火が起こり、炎が確立され
た後、ライン9及び10を介しての容器2への空
気及び/または天然ガスの供給は停止される。第
1及び2図の態様と同様に燃焼触媒を去るガスの
一部をライン13を介してその入口に再循環させ
てもよい。この態様においては、内管18と外管
17との間の環状空間中の第1次リホーミング触
媒内を流れるガスは、バーナーで自己発火が起こ
る前は実質的にリホーミングされていないことは
了解されよう。管17及び触媒16が加熱されて
くるにつれて、リホーミングが開始し、従つてバ
ーナー5への供給は天然ガス/スチーム混合物か
ら第1次リホーム済ガス混合物に変ることにな
る。 In this embodiment, the combustion catalyst 1 is in a separate container 2
It is arranged within and is supplied with air via line 9 and with a natural gas/steam mixture via line 10 from a source 21. The hot gas stream produced by the catalytic combustion of natural gas/steam and air in vessel 2 is fed via line 11 to burner 5 of the secondary reformer. After self-ignition has occurred in burner 5 and a flame has been established, the supply of air and/or natural gas to vessel 2 via lines 9 and 10 is stopped. Similar to the embodiment of FIGS. 1 and 2, a portion of the gas leaving the combustion catalyst may be recycled via line 13 to its inlet. In this embodiment, the gas flowing within the primary reforming catalyst in the annular space between the inner tube 18 and the outer tube 17 is substantially unreformed before autoignition occurs in the burner. I hope you understand. As tubes 17 and catalyst 16 become heated, reforming will begin and the feed to burner 5 will therefore change from a natural gas/steam mixture to a first reformed gas mixture.
第5図における燃焼触媒1は、転化触媒4と同
一の容器中にあるが、それよりも下流側にある。
この場合、自己発火温度までの加熱を行なうに
は、ライン8を介して容器3を去るガスの一部を
ライン22を介して供給原料入口6へ再循環させ
る必要がある。別法として、そのような再循環を
行なう代りに、一つまたはそれ以上の熱交換器を
用いて、ライン8を介して容器を去るガス中の熱
を、ライン7を介して供給される空気及び/また
はライン6を介して供給される供給原料へ移行さ
せてもよい。 The combustion catalyst 1 in FIG. 5 is in the same container as the conversion catalyst 4, but on the downstream side.
In this case, it is necessary to recirculate a portion of the gas leaving the vessel 3 via line 8 to the feed inlet 6 via line 22 in order to effect heating to the autoignition temperature. Alternatively, instead of providing such recirculation, one or more heat exchangers may be used to transfer the heat in the gas leaving the vessel via line 8 to the air supplied via line 7. and/or may be transferred to the feedstock supplied via line 6.
第5図の態様において可燃性物質は、ライン1
0を介して燃焼触媒の入口へ供給される。この系
は、空気をライン7を介してバーナー5へ供給し
そして天然ガス(好ましくはスチームをも含む)
をライン10を介して燃焼触媒1へ供給すること
により、始動(開始)される。空気量は、燃焼触
媒中で不完全燃焼が起こり、幾分かの可燃性物質
を含む高温ガスがライン22を介して再循環され
るような量である。再循環ガスが充分に高温であ
るときに、その再循環ガス中の可燃性物質の自己
発火がバーナー5で起こり、炎が確立される。バ
ーナー5で炎が確立される前または後に、バーナ
ー5への新鮮な供給原料の供給が開始される。そ
の後ライン10を介しての燃焼触媒への供給が断
たれる。前述の諸態様におけるように燃焼触媒1
を去るガスの一部をライン13を介してその入口
に再循環してもよい。 In the embodiment of FIG. 5, the flammable material is in line 1
0 to the inlet of the combustion catalyst. The system supplies air to the burner 5 via line 7 and natural gas (preferably also containing steam).
The combustion catalyst 1 is started by supplying it via the line 10 to the combustion catalyst 1. The amount of air is such that incomplete combustion occurs in the combustion catalyst and the hot gas containing some combustible material is recirculated via line 22. When the recycle gas is hot enough, autoignition of the combustible material in the recycle gas occurs in burner 5 and a flame is established. Before or after the flame is established in burner 5, the supply of fresh feedstock to burner 5 is started. The supply to the combustion catalyst via line 10 is then cut off. Combustion catalyst 1 as in the previous embodiments
A portion of the gas leaving the can be recycled via line 13 to its inlet.
別法として始動(開始)の際にライン7を介し
て空気をバーナーへ、そしてライン10を介して
天然ガスをバーナーへ供給する代りに、天然ガス
をバーナーへそして空気をバーナーと燃焼触媒と
の間の位置へライン(図示せず)を介して供給し
てもよい。前と同様に、燃焼触媒1中で部分燃焼
が起こり、高温ガスが得られ、これはバーナー5
へ再循環される。この再循環流が、それとバーナ
ー5へ供給される天然ガスとの混合物を自己発火
温度以上に加熱するのに充分に高温であるときに
は、バーナー5への空気の供給の開始のときにバ
ーナー5で自己発火が起こる。そのような自己発
火の後にバーナーと燃焼触媒との間の位置への空
気の供給を停止する。 Alternatively, instead of supplying air to the burner via line 7 and natural gas to the burner via line 10 during start-up, natural gas to the burner and air between the burner and the combustion catalyst. It may also be fed via a line (not shown) to an intermediate location. As before, partial combustion takes place in the combustion catalyst 1 and a hot gas is obtained, which is transferred to the burner 5.
recycled to When this recirculated stream is hot enough to heat the mixture of it and the natural gas supplied to burner 5 above the autoignition temperature, at the beginning of the supply of air to burner 5, Self-ignition occurs. After such self-ignition, the supply of air to the position between the burner and the combustion catalyst is stopped.
若干の場合には、バーナーと燃焼触媒との間の
位置への可燃性物質及び/または酸化剤ガスの別
個の供給を行なわなくてもよいことがある。 In some cases, a separate supply of combustible material and/or oxidant gas to a location between the burner and the combustion catalyst may not be necessary.
同様な配置において、燃焼触媒は転化触媒より
も上流側であるがバーナーよりも下流側としうる
ことは了解されよう。この場合に燃焼触媒への可
燃性物質の別個の供給を行なうことは不要であ
り、バーナーでの自己発火は単に燃焼触媒の表面
からバーナーへのフラツシユ・バツクによつて達
成されうる。しかし始動後は、燃焼触媒が損傷
し、以後の始動ができなくなるようにしてしまう
ほどに炎は高温度になり易い。これは、燃焼触媒
を転化触媒内にサンドウイツチ状にすることによ
り防ぐことができ、この際に燃焼触媒の入口へ可
燃性物質を別個に供給するのが好ましい。このよ
うにするとバーナーで炎が確立された後に、吸熱
反応、例えば供給原料とスチームとのリホーミン
グ反応が、燃焼触媒に到達する前にそのガスを冷
却して、燃焼触媒の損傷を除くことができる。自
己発火の前に燃焼触媒の上流側ではそのような吸
熱反応はほとんどまたは全くなく、またその下流
側ではほとんど吸熱反応がなくなるので、始動が
不当に妨害されることはない。 It will be appreciated that in a similar arrangement, the combustion catalyst may be upstream of the conversion catalyst but downstream of the burner. In this case it is not necessary to carry out a separate supply of combustible material to the combustion catalyst, and self-ignition at the burner can be achieved simply by flashback from the surface of the combustion catalyst to the burner. However, after starting, the flame tends to become hot enough to damage the combustion catalyst and prevent further starting. This can be prevented by sandwiching the combustion catalyst within the conversion catalyst, with the combustible material preferably being fed separately to the inlet of the combustion catalyst. This way, after a flame has been established in the burner, an endothermic reaction, such as a reforming reaction between the feedstock and steam, can cool the gases and remove damage to the combustion catalyst before it reaches the combustion catalyst. can. Since there is little or no such endothermic reaction upstream of the combustion catalyst prior to autoignition, and almost no endothermic reaction downstream thereof, starting is not unduly disturbed.
第1〜4図に示したような燃焼触媒含有容器2
として使用するための好ましい装置の形態を第6
及び7図に示す。 Combustion catalyst containing container 2 as shown in Figures 1 to 4
The sixth preferred form of device for use as
and shown in Figure 7.
第6及び7図の態様において装置は、プロセス
圧力(典型的には5〜60絶対バール)に耐えるよ
うに設計された外側円筒殻30から構成されてい
る。殻30の一端部にはスチーム/天然ガス混合
物からなる第1のガス流のための入口孔32及び
生成ガス流のための出口孔34がある。殻30の
他端部には、空気のための入口孔38がある。入
口孔32に隣接した端部において殻30内に配置
されて殻に対してシールされているのは、内張4
0である。内張40は、ほとんど殻30の他端部
36まで延在して、かくして殻30内側表面と内
張40の外側表面との間に環状導管42を限定し
ている。入口孔32はこの環状導管42と連結し
ている。殻30の端部36において内側40は殻
30から横方向へ延在して円筒状部分44で終つ
ている。この円筒状部分44は、空気入口孔38
からの空気供給手段をなすパイプ46を取巻いて
いるが、それとの間には空隙がある。殻30の端
部36から離れている(遠い)円筒状部分44の
端部には、内側に拡大された部分48が設けられ
ており(第7図参照)、かくして、円筒状部分4
4の端部とパイプ44との間にエジエクターとし
て機能する限定部を与えている。 In the embodiment of Figures 6 and 7, the device consists of an outer cylindrical shell 30 designed to withstand process pressures (typically 5 to 60 bar absolute). At one end of the shell 30 there is an inlet hole 32 for a first gas stream consisting of a steam/natural gas mixture and an outlet hole 34 for a product gas stream. At the other end of the shell 30 there is an inlet hole 38 for air. Disposed within and sealed to the shell 30 at the end adjacent the inlet hole 32 is a lining 4.
It is 0. The lining 40 extends almost to the other end 36 of the shell 30, thus defining an annular conduit 42 between the inner surface of the shell 30 and the outer surface of the lining 40. The inlet hole 32 is connected to this annular conduit 42 . At the end 36 of the shell 30, an inner side 40 extends laterally from the shell 30 and terminates in a cylindrical portion 44. This cylindrical portion 44 has air inlet holes 38
It surrounds a pipe 46 which serves as a means for supplying air from the air, but there is a gap between it and the pipe 46. The end of the cylindrical portion 44 remote from the end 36 of the shell 30 is provided with an inwardly enlarged portion 48 (see FIG. 7), thus making the cylindrical portion 4
A limiting portion is provided between the end of the pipe 4 and the pipe 44 to function as an ejector.
内張40、殻30の壁、円筒状部分44及びパ
イプ46の外表面で限定された導管42は、かく
して、天然ガスを入口孔32から分配するための
供給手段を形成している。従つてこの構造は高温
壁タイプのもので、導管42内を流れるガスが断
熱体として作用するので、殻30の上に耐火性断
熱材がもし必要とされるとしても、その所要量を
比較的少なくすることができる。 The conduit 42 defined by the lining 40, the wall of the shell 30, the cylindrical portion 44 and the outer surface of the pipe 46 thus forms a supply means for distributing natural gas from the inlet hole 32. This construction is therefore of the hot-wall type and relatively reduces the amount of refractory insulation required, if any, on top of the shell 30, since the gas flowing within the conduit 42 acts as an insulator. It can be reduced.
内張40内には、円形横断面の中空の長い部材
50が配置されている。この中空部材は、天然ガ
ス供給手段で終つているエジエクターに隣接し
て、開口し末広がりとなつた端部54、入口領域
52よりも大きな横断面の燃焼領域56を有し、
そして入口領域52から遠く離れたその端部にお
いて燃焼触媒58を含んでおり、また燃焼領域5
6と入口領域52を連結している円錐状遷移部分
60を有している。燃焼触媒の下では、中空部材
50の下端部62が殻30端部上に支持されてい
る。例えば端部62に隣接した中空部材50の壁
を貫通した孔64を設けることにより、燃焼触媒
58から出るガスが、中空部材50の外表面と内
張40の内表面との間の空間66に入るようにし
てある。触媒を去るガスの一部は、かくして空間
66に入ることができ、他方残りの部分は出口孔
34を介して殻を去る。燃焼触媒は多数のハニカ
ム部材68からなり、その表面上には燃焼活性を
有する適当な金属が沈着されいる。ハニカムの相
隣れる部材の間のところの中空部材50の壁にも
開口70が設けられていて、ガス流の一部が、燃
焼触媒全体を通過せずに、空間66に入れるよう
にしてある。 Disposed within the lining 40 is a hollow elongate member 50 of circular cross section. This hollow member has an open, flared end 54, a combustion area 56 of a larger cross-section than the inlet area 52, adjacent to the ejector terminating in the natural gas supply means;
and includes a combustion catalyst 58 at its end remote from the inlet region 52;
6 and an inlet region 52 . Beneath the combustion catalyst, the lower end 62 of the hollow member 50 is supported on the end of the shell 30. For example, by providing a hole 64 through the wall of the hollow member 50 adjacent the end 62, gases exiting the combustion catalyst 58 can enter the space 66 between the outer surface of the hollow member 50 and the inner surface of the lining 40. It's meant to fit in. A portion of the gas leaving the catalyst can thus enter space 66, while the remaining portion leaves the shell via outlet hole 34. The combustion catalyst consists of a number of honeycomb members 68, on the surface of which a suitable combustion-active metal is deposited. Openings 70 are also provided in the walls of the hollow members 50 between adjacent members of the honeycomb, so that a portion of the gas flow may enter the spaces 66 without passing through the entire combustion catalyst. .
空気導入パイプ46は、中空部材50の入口領
域52の長さ方向に沿つて延在し、その燃焼領域
56が始まるところで終つている。入口孔38の
出口のところにノズル72が設けられている。 The air introduction pipe 46 extends along the length of the inlet region 52 of the hollow member 50 and ends where its combustion region 56 begins. A nozzle 72 is provided at the outlet of the inlet hole 38.
操作のときに、天然ガス及びスチームは加圧下
に入口孔32へ供給され、空気は加圧下に入口孔
38へ供給される。天然ガス/スチーム混合物
は、殻30と内張40との間の空隙を上方へ流
れ、制限部48で形成されたエジエクターから抜
け出し、次いで中空部材50の入口領域52及び
遷移領域60を下方へ流れ、ここでノズル72か
ら出る空気と混合される。その結果の混合物は、
次いで燃焼領域56及びその中の燃焼触媒58内
を通る。燃焼触媒58を去るガス流の一部は出口
孔34を介して外に流れ出るが、残りの部分は孔
64及び70を通り抜け、中空部材50と内張4
0との間の空間66に入る。この空間66中のガ
スは、殻30の上端部36へ向けて上方に流れ、
そして、制限部48によつて形成されたエジエク
ターから流出する天然ガス/スチーム混合物の効
果によつて、中空部材50の入口領域52中へ引
き込まれる。このようにして、再循環ガスは天然
ガス/スチーム混合物と混合し、中空部材50内
を流下する。 In operation, natural gas and steam are supplied under pressure to the inlet holes 32 and air is supplied under pressure to the inlet holes 38. The natural gas/steam mixture flows upwardly through the gap between the shell 30 and the lining 40, exits the evacuator formed by the restriction 48, and then flows downwardly through the inlet region 52 and transition region 60 of the hollow member 50. , where it is mixed with the air exiting from the nozzle 72. The resulting mixture is
It then passes through a combustion zone 56 and a combustion catalyst 58 therein. A portion of the gas flow leaving combustion catalyst 58 flows out through outlet hole 34, while the remaining portion passes through holes 64 and 70 and connects hollow member 50 and lining 4.
It enters the space 66 between 0 and 0. The gas in this space 66 flows upwardly towards the upper end 36 of the shell 30;
The effect of the natural gas/steam mixture exiting the ejector formed by the restriction 48 is then drawn into the inlet region 52 of the hollow member 50 . In this way, the recirculated gas mixes with the natural gas/steam mixture and flows down through the hollow member 50.
最初は、ガス流が燃焼触媒58を通過するにつ
れて幾分かの反応が起こり、それにより加熱され
たガス流を作り出す。孔64及び70を介して空
間66に入り、中空部材50の入口領域52へ還
流するガス流の一部は、導管42内を流れる天然
ガス/スチーム混合物を加熱し、その温度を上昇
させるので燃焼触媒に入るガスが予熱される。こ
の再循環ガスは、空気が、中空部材50の入口領
域52及び遷移領域60内に延在している空気入
口パイプ40内を流れるときに、その空気も加熱
する。操作の継続で、燃焼領域に入るガスの温度
は、自己発火温度まで上昇し、そのときに炎がノ
ズル72で形成される。前述のように燃焼触媒が
多少有するリホーミング活性のために、中空部材
50の燃焼領域56を去るガス流、及び従つて再
循環されるガス混合物が幾分かの水素を含むよう
になるので、ノズル72で空気と混合するガス混
合物が水素を含み、それにより炎がノズル72で
一層迅速に確立されることができるようになる。 Initially, some reactions occur as the gas stream passes through the combustion catalyst 58, thereby creating a heated gas stream. A portion of the gas flow that enters the space 66 via the holes 64 and 70 and returns to the inlet region 52 of the hollow member 50 heats the natural gas/steam mixture flowing within the conduit 42 and increases its temperature so that combustion occurs. The gas entering the catalyst is preheated. This recirculated gas also heats the air as it flows through the air inlet pipe 40, which extends into the inlet region 52 and transition region 60 of the hollow member 50. With continued operation, the temperature of the gases entering the combustion zone increases to the autoignition temperature, at which time a flame is formed at nozzle 72. Because of the reforming activity that the combustion catalyst has to some extent as mentioned above, the gas stream leaving the combustion region 56 of the hollow member 50, and thus the recycled gas mixture, will contain some hydrogen; The gas mixture that mixes with the air at nozzle 72 contains hydrogen, which allows a flame to be established at nozzle 72 more quickly.
炎が確立されたときに、中空部材50の燃焼領
域と内張40の内表面との間の空間66の当該部
分を上方へ流れる再循環ガスは、燃焼領域56の
壁を介しての熱交換により加熱され、同時に殻3
0の内表面と内張40の外表面との間の導管42
の対応部分内を流れる天然ガス/スチーム混合物
を加熱することになることは了解されよう。再循
環ガスが、中空部材50の遷移領域60及び入口
領域52の外表面と内張40の内表面との間の空
間66の当該部分内を流れるときには、殻30と
内張40との間の導管42を流れる天然ガス/ス
チーム混合物を加熱するのみでなく、中空部材5
0の入口及び遷移領域52,60を流れるガスを
も加熱することになる。 When a flame is established, the recirculating gas flowing upwardly through that portion of the space 66 between the combustion zone of the hollow member 50 and the inner surface of the lining 40 undergoes heat exchange through the walls of the combustion zone 56. At the same time, the shell 3
conduit 42 between the inner surface of 0 and the outer surface of lining 40
It will be appreciated that the natural gas/steam mixture flowing within the corresponding portion of the gas/steam mixture will be heated. When recirculating gas flows within that portion of the space 66 between the outer surfaces of the transition region 60 and inlet region 52 of the hollow member 50 and the inner surface of the lining 40, In addition to heating the natural gas/steam mixture flowing through conduit 42, hollow member 5
0 inlet and transition regions 52, 60 will also be heated.
別の態様においては内張40を使用せずに、殻
の外表面上に耐火性断熱層を設ける。この態様に
おいては、天然ガス供給手段は、空気供給パイプ
56と同軸であり、その端部は拡大部(第7図の
拡大部48に対応)を備えてエジエクターとなる
制限を作つてある管から構成される。この態様に
おいては、従つて、天然ガス流が供給パイプを去
る前に再循環ガスによつて天然ガス流を予熱する
ようになつていないが、天然ガス流と再循環ガス
との加熱された混合物は、両方のガス流を単に混
合するだけで作られる。次いでこの混合されたガ
スは、パイプ46を去る空気と混合される。 In another embodiment, the lining 40 is not used and a refractory insulation layer is provided on the outer surface of the shell. In this embodiment, the natural gas supply means is coaxial with the air supply pipe 56, the end of which is provided with an enlarged section (corresponding to enlarged section 48 in Figure 7) from a tube which creates a restriction to serve as an ejector. configured. In this embodiment, therefore, the natural gas stream is not preheated by the recycle gas before it leaves the supply pipe, but a heated mixture of the natural gas stream and the recycle gas is provided. is created by simply mixing both gas streams. This mixed gas is then mixed with air leaving pipe 46.
いずれの態様においても、中空部材50の外表
面上に適当な突出部を設けて、第7図の態様にお
ける内張40からの所望の距離関係に中空部材を
配置し、あるいは別の態様における耐火性内張か
ら所望の距離関係に中空部材を配置することがで
きる。同様に、中空部材50の入口領域52の内
面と空気パイプ46との間に適当なスペーサーを
設けて、これらを所望の距離関係に保持すること
ができる。 In either embodiment, suitable protrusions may be provided on the outer surface of the hollow member 50 to position the hollow member in a desired distance relationship from the lining 40 in the embodiment of FIG. The hollow member can be placed in a desired distance relationship from the inner lining. Similarly, suitable spacers may be provided between the inner surface of the inlet region 52 of the hollow member 50 and the air pipe 46 to maintain them in the desired distance relationship.
部分燃焼のみを行ないかつ酸化剤流及び可燃性
物質流の一方または両方がスチームを含むプロセ
スにおける再循環の一利点は、ノズル72での自
己発火達成後に、燃焼触媒を去る高温ガスがその
触媒の上流側の燃焼領域中の最高温度よりも幾分
低い温度を有することである。これは燃焼触媒が
幾分かのスチームリホーミング活性を示すので、
吸熱反応であるそのようなスチームリホーミング
が、その触媒中のガスの通過のときに起こるから
である。燃焼域の内側のガスよりも低温の再循環
生成ガスは、かくして、中空部材を許容しうる温
度に保持する作用をなし、従つて中空部材50は
非常に高温に耐える材料で構成される必要がな
い。 One advantage of recirculation in processes with only partial combustion and where one or both of the oxidizer and combustible streams include steam is that after achieving autoignition at nozzle 72, the hot gases leaving the combustion catalyst are It is to have a temperature somewhat lower than the maximum temperature in the upstream combustion zone. This is because the combustion catalyst exhibits some steam reforming activity.
This is because such steam reforming, which is an endothermic reaction, occurs upon passage of gas through the catalyst. The recirculated product gas, which is cooler than the gas inside the combustion zone, thus acts to maintain the hollow member at an acceptable temperature, and therefore the hollow member 50 must be constructed of a material that can withstand very high temperatures. do not have.
第6及び7図の触媒作用燃焼装置は、設計流量
またはその付近の流量で天然ガスを供給し、次い
で空気流の流れを低流量で開始し、次いで次第に
空気流の流量を増加することにより、それ自体で
都合よく始動できる。低い空気流量では、実質上
すべての燃焼は、燃焼触媒の最初の部分内で起こ
る。従つて孔70(そのような孔が設けられてい
るならば)を経て再循環されるガスは、触媒全体
を通り抜ける生成ガスよりも高温度である(なん
となればそのような生成ガスは冷たい燃焼触媒へ
の熱移動及び/または発生する吸熱的リホーミン
グ反応の結果として低温となるからである)。従
つて再循環ガスは、孔70が無い場合よりも高温
である。再循環ガスが導入天然ガス流と混合する
ことにより、そして第6及び7図のように内張4
0が設けられている場合には、そのような内張を
介しての熱交換がなされることにより、天然ガス
は導入空気に触れる前に予熱される。このような
予熱により、触媒含有領域中で触媒作用燃焼が一
層早期に生じるようになり、従つて空気流量を一
層迅速に増加しうるようになる。短時間で、生成
ガスが所望の流量及び温度を有するような水準に
まで、空気流量を増加できる。所与の装置及び所
与の組成の天然ガス流の所与の流量について、生
成ガス出口温度は燃焼領域への空気の供給流量に
依存することが一般的には認められよう。従つ
て、プロセスは空気の流量を調節することによ
り、容易に制御することができる。 The catalytic combustion apparatus of FIGS. 6 and 7 provides natural gas at or near the design flow rate and then starts the air flow at a low flow rate and then gradually increases the air flow rate. It can be conveniently started by itself. At low air flow rates, virtually all combustion occurs within the first section of the combustion catalyst. The gas recirculated through the holes 70 (if such holes are provided) is therefore at a higher temperature than the product gas passing through the entire catalyst (after all, such product gas is cooled by the cold combustion). (lower temperatures result from heat transfer to the catalyst and/or endothermic reforming reactions that occur). The recirculated gas is therefore hotter than it would be without the holes 70. By mixing the recirculated gas with the incoming natural gas stream and as shown in FIGS.
0, the natural gas is preheated before it comes into contact with the incoming air due to heat exchange through such a lining. Such preheating allows catalytic combustion to occur earlier in the catalyst-containing region and thus allows the air flow rate to be increased more quickly. In a short time, the air flow rate can be increased to a level such that the product gas has the desired flow rate and temperature. It will generally be appreciated that for a given installation and a given flow rate of a natural gas stream of a given composition, the product gas outlet temperature will depend on the feed rate of air to the combustion zone. Therefore, the process can be easily controlled by adjusting the air flow rate.
空気流量が増加されるにつれて、再循環の量は
低減してくる。なんとなれば空気流の添加は系内
を流れるガスの質量を増加させるが、再循環を行
なう「駆動力」、すなわち天然ガス流の質量と、
天然ガス入口圧力及び生成ガス出口圧力の差との
積は、実質的に一定のままであるからである。さ
らには、再循環ガスが高温になるにつれて、エジ
エクターの効率が低減する。 As the air flow rate is increased, the amount of recirculation decreases. After all, the addition of airflow increases the mass of gas flowing through the system, but the "driving force" for recirculation, the mass of the natural gas flow,
This is because the product of the natural gas inlet pressure and the product gas outlet pressure difference remains substantially constant. Furthermore, as the recirculated gas becomes hotter, the efficiency of the effluent decreases.
普通、自己発火は、燃焼触媒へ空気を供給する
ノズルにおける炎の形成を伴なつて起こることは
了解されよう。このような炎による燃焼触媒の損
傷を防ぐには、空気供給手段が触媒よりも可成り
上流側で終るようにし、炎が触媒の上流側の触媒
を含まない空間で発生するようにするのが好まし
い。 It will be appreciated that autoignition normally involves the formation of a flame at the nozzle supplying air to the combustion catalyst. To prevent damage to the combustion catalyst caused by such flames, it is recommended that the air supply means terminate significantly upstream of the catalyst so that the flame is generated in a space upstream of the catalyst that does not contain the catalyst. preferable.
上記の説明において、触媒作用による燃焼の始
動(開始)は、天然ガス流の流量が実質上一定に
保持されるという仮定の下に記載された。しかし
これが必ずしもそうであるとは限らないことは、
了解されよう。実際、自己発火が燃焼触媒よりも
上流側の触媒作用燃焼容器中で確立される場合に
は、天然ガス及び/または空気流の供給流量は、
自己発火の後に可成り増加できる。なんとなれ
ば、それらの流量は触媒内で燃焼を得る必要性に
よつてもはや制限されないからである。 In the above discussion, catalytic combustion initiation was described with the assumption that the flow rate of the natural gas stream was held substantially constant. However, this is not necessarily the case.
I hope you understand. In fact, if autoignition is established in the catalytic combustion vessel upstream of the combustion catalyst, the feed flow rate of the natural gas and/or air stream will be
It can increase considerably after self-ignition. This is because their flow rates are no longer limited by the need to obtain combustion within the catalyst.
第6及び7図の触媒作用燃焼装置は、それに供
給される天然ガス及び空気が比較的低温である場
合に殊に有用である。その装置に供給される気体
類を開始(始動)操作の最初の段階中に約150〜
200℃に加熱するための小型ヒーター、例えば電
気ヒーターを備えることにより、低温(例えば周
囲温度)の反応体を用いてプロセスを実施するこ
とが可能であることは了解されよう。しかしなが
ら、通常は、そのようなヒーターを必要とせず
に、始動を達成することができる充分な加熱を、
スチーム及び/または外部熱源、例えば天然ガス
または空気を所望のプロセス操作圧力にまで圧縮
するときに起こる加熱の結果としての熱源から得
ることができる。前述のように、触媒作用による
燃焼は、燃焼触媒へ供給される可燃性物質流中に
水素が存在することによつて促進される。従つ
て、水素源、例えばアンモニア合成プラントから
のパージガスが利用できる場合には、そのような
水素含有ガスを可燃性ガスに、少なくとも触媒作
用燃焼の始動(開始)時点に、添加するのが有利
である。 The catalytic combustion apparatus of Figures 6 and 7 is particularly useful when the natural gas and air supplied thereto are relatively cold. During the first stage of the starting (starting) operation, the gases supplied to the device are approximately 150~
It will be appreciated that it is possible to carry out the process using reactants at low temperature (eg ambient temperature) by providing a small heater, eg an electric heater, for heating to 200°C. However, usually sufficient heating can be achieved to achieve starting without the need for such a heater.
It can be obtained from steam and/or an external heat source, for example as a result of the heating that occurs when compressing natural gas or air to the desired process operating pressure. As previously mentioned, catalytic combustion is facilitated by the presence of hydrogen in the combustible stream that is fed to the combustion catalyst. Therefore, if a hydrogen source, for example purge gas from an ammonia synthesis plant, is available, it is advantageous to add such a hydrogen-containing gas to the combustible gas, at least at the start-up of the catalytic combustion. be.
燃焼触媒へ供給される可燃性物質の部分燃焼の
みを行なうように触媒作用燃焼を実施して、それ
により前述のように高温の富燃料流を生成させる
のではなく、触媒作用燃焼は、比較的「低温」の
反応体から高温の富空気ガス流を作るように実施
することもできる。 Rather than conducting catalytic combustion to only partially burn the combustible material fed to the combustion catalyst, thereby producing a hot fuel-rich stream as described above, catalytic combustion It can also be implemented to create a hot air-rich gas stream from "cold" reactants.
第6及び7図に示したような装置であるが、開
孔70を設けない装置を用いる一例を示す。装置
は、設計流量において自己発火がノズル72で達
成された後に再循環される生成ガスの割合は燃焼
触媒を去るガスの約50%であるような装置寸法で
ある。円筒殻は、長さ約3m、直径40cmである。
もし、スチーム:炭素比が2.5の天然ガス/スチ
ーム混合物を第1のガス流として、200℃の温度
及び12絶対バールの圧力で162Kgモル/時で供給
し、空気を第2のガス流として240℃の温度及び
12絶対バールの圧力で146Kgモル/時で供給する
と、出口孔34を介して殻から去る生成ガスは
750℃であり、下記の組成であることが計算で得
られる。 An example of using a device such as that shown in FIGS. 6 and 7 but without the aperture 70 is shown. The device is dimensioned such that at the design flow rate the proportion of product gas recycled after autoignition is achieved at nozzle 72 is approximately 50% of the gas leaving the combustion catalyst. The cylindrical shell is approximately 3 m long and 40 cm in diameter.
If a natural gas/steam mixture with a steam:carbon ratio of 2.5 is supplied as the first gas stream at a rate of 162 Kg mol/h at a temperature of 200 °C and a pressure of 12 bar absolute, and air is supplied as the second gas stream at 240 Kg mol/h. temperature in °C and
When fed at 146 Kg mol/h at a pressure of 12 bar absolute, the product gas leaving the shell via outlet hole 34 is
The temperature is 750°C, and the following composition is obtained by calculation.
窒素及びアルゴン 31.7% v/v
二酸化炭素 7.0% v/v
スチーム 29.9% v/v
水 素 25.8% v/v
一酸化炭素 4.8% v/v
メタン 0.8% v/v
これらの条件下で、天然ガス/スチーム混合物
は、それが制限部48によつて形成されたエジエ
クターを去るときまでに約330℃に加熱され、遷
移領域に入る天然ガス/スチーム/再循環ガス混
合物は約550℃の温度を有することが計算される。
触媒作用燃焼容器中での自己発火及び定常状態は
反応体の流動開始から5〜10分間以内に達成され
うることが計算される。出口孔34を去る750℃
の温度の高温ガス流は、バーナー(例えば第4図
の形態)の入口に供給される天然ガス/スチーム
混合物の自己発火温度を迅速に達成可能とする。
一旦その自己発火温度が達成されると、バーナー
への空気供給を開始して炎を確立させる。その後
に触媒作用燃焼装置ユニツトを、孔38への空気
供給及び/または孔32への天然ガス/スチーム
供給を停止することにより、閉鎖することができ
る。このユニツトは、次いで所望ならば孔34を
閉じることにより隔離することができる。この応
用のためには、活性触媒としての白金族金属で含
浸されたアルミナ・ハニカム担体の形の燃焼触媒
の容積は、第2次リホーミング触媒の容積のわず
かに約2.4%であればよいことが計算される。Nitrogen and argon 31.7% v/v Carbon dioxide 7.0% v/v Steam 29.9% v/v Hydrogen 25.8% v/v Carbon monoxide 4.8% v/v Methane 0.8% v/v Under these conditions, natural gas The /steam mixture is heated to about 330°C by the time it leaves the effluent formed by restriction 48, and the natural gas/steam/recycle gas mixture entering the transition region has a temperature of about 550°C. It is calculated that
It is calculated that autoignition and steady state in the catalytic combustion vessel can be achieved within 5-10 minutes from the start of reactant flow. 750°C leaving outlet hole 34
A hot gas stream at a temperature of 1000 Hz allows the autoignition temperature of the natural gas/steam mixture fed to the inlet of the burner (eg, the configuration of FIG. 4) to be quickly achieved.
Once that autoignition temperature is achieved, the air supply to the burner is started to establish a flame. Thereafter, the catalytic combustor unit may be closed by stopping the air supply to holes 38 and/or the natural gas/steam supply to holes 32. This unit can then be isolated by closing hole 34 if desired. For this application, the volume of the combustion catalyst in the form of an alumina honeycomb support impregnated with a platinum group metal as an active catalyst need only be about 2.4% of the volume of the secondary reforming catalyst. is calculated.
比較として、同様な配置であるが、生成ガスを
再循環させず、従つて燃焼触媒に供給される天然
ガスの温度を自己発火温度にまで上昇するため
に、触媒を介して燃焼領域へ戻る熱の移動に依存
した配置システムを用いての実験では、燃焼触媒
の上流側で自己発火を達成するのに要した時間
は、1時間以上であつた。 As a comparison, a similar arrangement but with no recirculation of the product gas and therefore with heat returning to the combustion zone through the catalyst to increase the temperature of the natural gas fed to the combustion catalyst to the auto-ignition temperature. In experiments using a placement system that relied on the movement of , the time required to achieve autoignition upstream of the combustion catalyst was over an hour.
第1〜4図は、二つの触媒が別々の容器中に収
容されている配置例の概略線図である。第4図は
第1/第2次リホーミングへの応用を示すもので
あり、第1次リホーマーを第2次リホーマー排出
流で加熱する方式である。第5図は、燃焼触媒を
転化触媒の下流側に配置してあるが両触媒を同一
容器に収容してある配置例の概略線図である。第
6図は、第1〜4図の装置の部分の好ましい態様
の概略縦断面図である。第7図は、第6図の部分
拡大図である。
燃焼触媒……1、転化(反応)触媒……4。
Figures 1-4 are schematic diagrams of exemplary arrangements in which two catalysts are housed in separate containers. FIG. 4 shows an application to first/second reforming, in which the first reformer is heated by the second reformer discharge stream. FIG. 5 is a schematic diagram of an arrangement in which the combustion catalyst is located downstream of the conversion catalyst, but both catalysts are housed in the same container. FIG. 6 is a schematic longitudinal sectional view of a preferred embodiment of the portion of the apparatus of FIGS. 1-4. FIG. 7 is a partially enlarged view of FIG. 6. Combustion catalyst...1, Conversion (reaction) catalyst...4.
Claims (1)
料を含有する流れ、及び (b) 遊離酸素を含む酸化剤ガスを含有する流れ、
を包含する複数の反応体流を別々に昇圧下に一
つのバーナーに供給して、そのバーナーで部分
燃焼を生じさせ、そしてこの燃焼生成物を触媒
に供給して燃焼生成物を平衡に向かわせること
による水素及び炭素酸化物類を含むガス流の連
続製造プロセスの開始方法であつて: (i) 気状可燃性物質の流れと遊離酸素含有酸化剤
ガスとの少なくとも部分的な燃焼を実施するこ
とにより高温ガス流を生じさせ、この際にその
高温ガス流は、少なくとも初期には該可燃性物
質と該酸化剤ガスとを燃焼触媒上に通すことに
よる触媒作用燃焼により生成させ、 (ii) 上記複数の反応体流の少なくとも一つを該高
温ガス流で直接または間接的に加熱して、そ
れらの反応体の自己発火温度以上の温度と
し、そしてそれらの反応体流を該一つのバー
ナーへ供給し、かくしてそれらの反応体の自
己発火を生じさせてそのバーナーで炎を生じ
させると共に該原料の自己維持性燃焼を確立
させ、次いで (iii) 該高温ガス流の生成を停止させ、他方該複数
の反応体流のバーナーへの供給を継続する、
ことからなる上記開始方法。 2 燃焼触媒への可燃性物質の供給は、バーナー
への原料反応体流の供給と別個であり、及び/ま
たは、 燃焼触媒への酸化剤ガスの供給は、バーナーへ
の酸化剤ガスの供給と別個であり;そして 該可燃性物質と酸化剤ガスとの燃焼による高温
ガス流の生成は、バーナーへの反応体流の供給を
継続しつつ、燃焼触媒への可燃性物質及び酸化剤
ガスの少なくとも一方の供給の停止により、停止
する特許請求の範囲第1項に記載の方法。 3 原料反応体流を高温ガス流体との直接または
間接熱交換によりその原料反応体流の自己発火温
度以上の温度に加熱し、次いでバーナーへの酸化
剤反応体の供給を開始することにより、自己発火
を生じさせる特許請求の範囲第1または2項に記
載の方法。 4 (a) 燃焼触媒からの高温ガス流を前記平衡化
反応用触媒に通すか、または (b) その反応用触媒からの排出流ガスを燃焼触媒
に通す、特許請求の範囲第1〜3項のいずれか
に記載の方法。 5 燃焼触媒はバーナーの上流側にあり、そして
燃焼触媒からの高温ガス流を、バーナーに対して
反応体流とは別個にあるいは反応体流のうちの一
つの一部として供給する特許請求の範囲第4項に
記載の方法。 6 燃焼触媒は平衡化反応用触媒が収容された容
器とは別個の容器中にあり、そして一旦バーナー
で炎を生じさせる自己発火が達成された後には、
燃焼触媒の収容容器は迂回または隔離される特許
請求の範囲第1〜5項のいずれかに記載の方法。 7 可燃性物質と酸化剤ガスとの燃焼による高温
ガス流の生成を停止した後に、燃焼触媒を就役状
態のままとして、 反応体; バーナーからの燃焼済ガス;及び 平衡化反応触媒を去るガス; のうちの一つがその燃焼触媒内の通過を継続する
ようにする特許請求の範囲第1〜5項のいずれか
に記載の方法。 8 少なともバーナーでの反応体の自己発火が達
成されるまで、燃焼触媒を去る高温ガス流の一部
をその入口へ再循環させる特許請求の範囲第1〜
7項のいずれかに記載の方法。 9 平衡化反応触媒からの排出流を、反応体の少
なくとも一方と間接熱交換させて役着を加熱する
特許請求の範囲第1〜8項のいずれかに記載の方
法。 10 バーナーへ供給される原料は、炭化水素ま
たは炭化水素誘導体の一次スチームリホーミング
生成物であり、そしてその一次スチームリホーミ
ング反応に必要とされる吸熱を、平衡化反応触媒
からの排出流との熱交換により供給する、特許請
求の範囲第9項に記載の方法。 11 (a) バーナーへ供給される原料反応体流; (b) バーナーへ供給される酸化剤ガス反応体流; (c) 燃焼触媒へ供給される可燃性物質;及び (d) 燃焼触媒へ供給される酸化剤ガス流; のうちの少なくとも一つがスチームを含む特許請
求の範囲第1〜10項のいずれかに記載の方法。 12 燃焼触媒へ供給される可燃物質流が水素を
含む特許請求の範囲第1〜11項のいずれかに記
載の方法。[Scope of Claims] 1 (a) a stream containing a gaseous hydrocarbon or hydrocarbon derivative feedstock; and (b) a stream containing an oxidizing gas containing free oxygen;
separately feeding a plurality of reactant streams under elevated pressure to a burner to cause partial combustion in the burner, and feeding the combustion products to a catalyst to drive the combustion products to equilibrium. A method for initiating a process for the continuous production of a gas stream, possibly containing hydrogen and carbon oxides, comprising: (i) carrying out at least partial combustion of a stream of gaseous combustible material with an oxidizing gas containing free oxygen; (ii) producing a hot gas stream, the hot gas stream being at least initially produced by catalytic combustion by passing the combustible material and the oxidizing gas over a combustion catalyst; heating at least one of the plurality of reactant streams directly or indirectly with the hot gas stream to a temperature above the autoignition temperature of the reactants, and directing the reactant streams to the one burner; (iii) terminating the production of the hot gas stream while the continuing to feed multiple reactant streams to the burner;
The above starting method consists of: 2. The supply of combustible material to the combustion catalyst is separate from the supply of raw reactant streams to the burner, and/or the supply of oxidant gas to the combustion catalyst is separate from the supply of oxidant gas to the burner. and producing a hot gas stream by combustion of the combustible material and oxidant gas is at least one of the combustible material and oxidant gas to the combustion catalyst while continuing to supply the reactant stream to the burner. The method according to claim 1, wherein the method is stopped by stopping one of the supplies. 3. Self-ignition by heating the feed reactant stream to a temperature above the autoignition temperature of the feed reactant stream by direct or indirect heat exchange with a hot gaseous fluid and then initiating the feed of oxidant reactant to the burner. 3. A method according to claim 1 or 2, wherein ignition occurs. 4. (a) passing a hot gas stream from a combustion catalyst through the equilibration reaction catalyst; or (b) passing an exhaust stream gas from the reaction catalyst through the combustion catalyst. The method described in any of the above. 5. The combustion catalyst is upstream of the burner and the hot gas stream from the combustion catalyst is supplied to the burner separately from the reactant stream or as part of one of the reactant streams. The method described in paragraph 4. 6. The combustion catalyst is in a separate vessel from that containing the equilibration reaction catalyst, and once autoignition is achieved producing a flame in the burner,
6. A method as claimed in any one of claims 1 to 5, in which the container containing the combustion catalyst is bypassed or isolated. 7. After cessation of the production of a hot gas stream by combustion of the combustible material and oxidizing gas, the combustion catalyst remains in service and the reactants; the combusted gases from the burner; and the gases leaving the equilibration reaction catalyst; 6. A method according to any one of claims 1 to 5, in which one of the catalysts continues to pass through the combustion catalyst. 8 Recirculating a portion of the hot gas stream leaving the combustion catalyst to its inlet, at least until autoignition of the reactants in the burner is achieved.
The method described in any of Section 7. 9. A method according to any one of claims 1 to 8, wherein the exhaust stream from the equilibration reaction catalyst is subjected to indirect heat exchange with at least one of the reactants to heat the adsorbent. 10 The feedstock fed to the burner is a primary steam reforming product of a hydrocarbon or hydrocarbon derivative, and the endotherm required for the primary steam reforming reaction is combined with the exhaust stream from the equilibration reaction catalyst. 10. The method according to claim 9, wherein the method is provided by heat exchange. 11 (a) a feed reactant stream fed to the burner; (b) an oxidant gas reactant stream fed to the burner; (c) a combustible material fed to the combustion catalyst; and (d) a feed to the combustion catalyst. 11. A method according to any one of claims 1 to 10, wherein at least one of the oxidizing gas streams comprises steam. 12. A method according to any of claims 1 to 11, wherein the combustible material stream fed to the combustion catalyst comprises hydrogen.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8612777A GB8612777D0 (en) | 1986-05-27 | 1986-05-27 | Catalytic process |
| GB8612777 | 1986-05-27 | ||
| GB8708776 | 1987-04-13 | ||
| IN275DE1988 IN172368B (en) | 1987-04-13 | 1988-04-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62295993A JPS62295993A (en) | 1987-12-23 |
| JPH0524844B2 true JPH0524844B2 (en) | 1993-04-09 |
Family
ID=26290819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62131060A Granted JPS62295993A (en) | 1986-05-27 | 1987-05-27 | Start of process for continuously producing gas stream containing hydrogen and carbon oxides |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62295993A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE60018309T2 (en) * | 1999-12-21 | 2006-04-06 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | METHOD FOR THE CATALYTIC PARTIAL OXIDATION OF HYDROCARBON FUEL |
| KR100884538B1 (en) * | 2007-10-30 | 2009-02-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | Fuel reformer and fuel cell system having same |
-
1987
- 1987-05-27 JP JP62131060A patent/JPS62295993A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62295993A (en) | 1987-12-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0254395B1 (en) | Method of starting a process for the production of a gas stream containing hydrogen and carbon oxides | |
| JP7701962B2 (en) | Method and reactor for producing one or more products | |
| US5048284A (en) | Method of operating gas turbines with reformed fuel | |
| RU2053957C1 (en) | Method and aggregate for hydrocarbons conversion by steam reformer | |
| US3958951A (en) | Convective power reformer equipment and system | |
| US7846401B2 (en) | Controlled combustion for regenerative reactors | |
| RU2195425C2 (en) | Method and device for accelerated reforming of fuel with oxygen | |
| US5156821A (en) | Reactor for reforming hydrocarbon | |
| US4938685A (en) | Catalytic combustion | |
| CA2582999C (en) | Reforming apparatus and method for syngas generation | |
| CN102619624A (en) | Reformed multi-fuel premixed low emission combustor and related method | |
| EA000777B1 (en) | Process and process unit for the preparation of ammonia synthesis gas | |
| JPH04331703A (en) | Method of synthesis of ammonia gas manufacturing | |
| JP2757966B2 (en) | gas turbine | |
| JPH0524844B2 (en) | ||
| US7270689B2 (en) | Reformer | |
| JP2668433B2 (en) | Method for decomposing hydrocarbons to produce carbon monoxide-rich gas | |
| CN101111304A (en) | Burner-free autothermal reformer mixer | |
| CA1299088C (en) | Catalytic combustion | |
| JPH06206702A (en) | Hydrocarbon reactor | |
| CA2571914C (en) | Auto-oxidation and internal heating type reforming method and apparatus for hydrogen production | |
| NO171899B (en) | PROCEDURE FOR STARTING A CONTINUOUS PROCESS FOR PREPARING A GAS CURRENT CONTAINING HYDROGEN AND CARBON OXYDES | |
| JPS61232202A (en) | Fuel modifying device | |
| JPH04154601A (en) | Adiabatic reformer reactor | |
| HK1135455A (en) | Hybrid combustor for fuel processing applications |