JPH06279002A - 水素および一酸化炭素富化ガスの製造方法および反応器 - Google Patents

水素および一酸化炭素富化ガスの製造方法および反応器

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Abstract

(57)【要約】 【構成】 上部および下部および反応器に内側表面に密
着した耐火性ライニングを有する反応器内で炭化水素供
給源を部分酸化することからなる水素および／または一
酸化炭素富化ガスの製造方法であって、供給源および酸
素含有雰囲気を反応器の上部に導入し、供給源を酸素で
反応器の下部で部分酸化し、そして耐火性ライニング上
で部分酸化されたガス中で進行する吸熱リフォーミング
反応によるライニングを冷却するように部分酸化された
供給源を少なくとも反応器の上部中の耐火性ライニング
上に配置されたリフォーミング触媒と接触させる。 【効果】 耐火性ライニングからの分解生成物の蒸発が
反応器の上部で生じない。従って、反応器の下部の冷却
器部分または装置の下流における障害を引起し得るかゝ
る生成物の沈澱が適度に回避される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水素および一酸化炭素
富化ガスの製造に関する。特に、本発明は、炭化水素の
非接触部分酸化または自動熱リフォーミングによるかゝ
るガスの製造方法並びに反応器に関する。
【０００２】
【従来技術】水素および一酸化炭素富化ガスは、主とし
てアンモニアおよびメタノールあるいおはその他の有機
化合物の製造における合成ガスとして使用されている。
【０００３】これらのガスは、スチール鋼製造の再にま
たは燃料または都市ガスとして使用される。工業的合成
方法は、炭化水素の自動熱触媒レフォーミングおよび非
接触部分酸化をほとんど通例含んでなる。
【０００４】非接触部分酸化法において、炭化水素供給
源を空気、酸素または酸素富化ガスと一緒に反応容器の
頂部に搭載されたバーナー中で燃焼させる。このように
して、酸素は、完全燃焼に必要な量より少ない量で供給
され、そして水素および一酸化炭素が主として以下の燃
焼反応により留出ガス中で製造される。
【０００５】
【化１】 両反応は、全ての炭化水素に関して強い吸熱性である。
部分酸化は、代表的にはガス中の温度が燃焼の際に１０
００℃並びに１５００℃に上昇し、この温度が燃焼留出
ガス中の未転化炭化水素の十分に低い含有量を与えるの
に十分高い重油のガス化に利用される。
【０００６】２００℃までの沸点を有する天然ガスから
ナフサ留分の範囲のより軽質の供給源は、従来供給源の
自動熱触媒リフォーミングにより処理されている。この
方法の際に、ほんの部分的な炭化水素供給源が酸素含有
雰囲気で上記燃焼反応（１，２）により酸化される。次
いで、燃焼からのガス流中の残留の炭化水素が吸熱反応
によりリフォームされる。
【０００７】
【化２】 これによって、吸熱水蒸気リフォーミング反応（１，
２）に必要な熱が提供される。
【０００８】いくぶんか低い燃焼温度が、自動熱触媒リ
フォーミングに使用され、そしてこれは約９００℃ない
し１４００℃の代表的温度で操作される。燃焼温度を緩
和しそしてバーナー留出ガスにおける炭化水素転化率を
増加させるために水蒸気を添加する。
【０００９】部分酸化法と同様に、水蒸気と混合された
炭化水素供給源を、反応器の頂部で酸素含有雰囲気で燃
焼させる。燃焼したガス中の残留炭化水素を次いで、固
定床として反応器の下部に配置された触媒の存在下に水
蒸気リフォーミングする。吸熱水蒸気リフォーミングに
必要な熱は、反応器上部および触媒床からの燃焼領域か
らの熱留出ガスにより供給される。燃焼ガスが触媒と接
触すると、ガス中の温度は、触媒床中の水蒸気リフォー
ミング反応により９００℃ないし１１００℃に冷却す
る。
【００１０】上記方法お操作の際に、好適な炭化水素供
給源を、場合により予備加熱した後に反応器の頂部に搭
載されたバーナー中に導入し、そして酸素含有雰囲気で
燃焼させる。反応器シェルを発熱酸化反応の際に上昇し
た高温に対して保護するために、工業的な反応器には、
耐熱性および伝動性耐火性ライニングが反応シェルの内
壁に付されている。
【００１１】ライニング材料は、高温曝露に対して耐え
なければならず、そして熱ガスによる腐蝕に耐えるのに
好都合でなければならない。目下のところ最も一般に工
業において使用されている耐火性材料は、９０％以上の
アルミナを含有する。これらの材料が良好な耐熱性およ
び耐久性を有する高い強度の鋳造物または煉瓦である
が、熱時燃焼ガスとの接触による腐蝕が燃焼領域を囲む
反応器上部で最も過酷に生じています。ガスの特性が還
元するために、耐火性金属におけるアルミナは、反応器
上部における高温環境において蒸発するアルミニウムの
亜酸化物に還元される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】アルミニウム亜酸化物
の表面蒸発は、ライニングの減成および酸化アルミニウ
ムの反応器の冷却器部分における触媒上へのまたは反応
システムの下流装置における冷却器表面への沈澱を生じ
させる。その結果、反応システムを通ずるガス流路が、
固体に依り閉塞され、そして最終的にはシステムを中断
してしまう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】耐火性ライニングされた
反応器中での部分酸化および自動接触リフォーミングの
際の上記の問題点が、ライニングの表面上ので吸熱水蒸
気リフォーミングを行うことによって耐火性材料からの
分解生成物の蒸発温度以下に反応器の表面を冷却する
と、実質的に回避されるということを見出した。好適な
触媒を熱時燃焼領域を囲む反応器の下部に少なくとも表
面に配置した際に、これらの反応は燃焼留出ガス中で進
行する。
【００１４】この知見に従って、本発明は、上部および
下部および反応器に内側表面に密着した耐火性ライニン
グを有する反応器内で炭化水素供給源を部分酸化するこ
とからなる水素および／または一酸化炭素富化ガスの製
造方法であって、該供給源および酸素含有雰囲気を反応
器の上部に導入する段階、該供給源を酸素で反応器の下
部で部分的に酸化する段階、および該耐火性ライニング
上で部分的に酸化されたガス中で進行する吸熱リフォー
ミング反応によるライニングを冷却するように部分的に
酸化された供給源を少なくとも反応器の上部中の耐火性
ライニング上に配置されたリフォーミング触媒と接触さ
せる段階からなる方法を提供する。
【００１５】更にまた、本発明は、上記の本発明方法を
行うのに好適な反応器を提供する。本発明による反応器
は、圧力シェル内での該シェルの内壁上の耐火性ライニ
ング、炭化水素供給源および酸素含有雰囲気を受入れそ
して該供給源を酸素で部分的に酸化するのに適合する上
部からなる、反応器であって、該反応器は更に少なくと
も反応器の上部中の耐火性ライニング上に配置されたリ
フォーミング触媒を更に含む反応器である。
【００１６】本発明方法または本発明による反応器の特
定の態様を実施するに当たって、約４００℃ないし７０
０℃に予備加熱した炭化水素供給源をライニング耐火性
ライニングされた反応器の頂部に搭載されたバーナー中
に導入する。このバーナーにおいて、上記供給源を水蒸
気および酸素含有雰囲気と、好ましくは０．５ないし
０．７の酸素／炭素モル比および好ましくは０．５ない
し１．５の水蒸気／炭素モル比を提供するような量で混
合する。自動接触接触リフォーミング条件下に操作を行
う場合には、本発明方法に好適な代表的な炭化水素供給
源は、メタンないし２００℃までの沸点を有するナフサ
留分の範囲であり、すなわち、天然ガス、ＬＰＧおよび
一次リフォームガスを包含する。重油留分等の高級炭化
水素供給源に関しては、本発明方法は、非接触部分酸化
条件で行う。両方の方法条件において、本発明によるプ
ロセスガスは、バーナーから反応器上部における燃焼領
域に放出され、そこでガス中の炭化水素の一部が前記に
記載したような燃焼反応（１）および（２）により一酸
化炭素および水素に反応する。
【００１７】最終生成物ガスの所望の組成に依存して、
酸素は、アンモニア合成ガスの製造におけるように空気
からまたは窒素が生成物ガス中望ましくないオキソ合成
および還元ガスの製造に関しては酸素または酸素富化ガ
スから供給される。炭化水素酸化の際には、燃焼領域に
おける温度は、９００℃〜１５００℃に上昇させる。
【００１８】燃焼領域の回りの耐火性ライニングの冷却
は、未転化炭化水素を含有する留出ガスを耐火性表面に
配置されたリフォーミング触媒と接触する耐火性表面を
横切って通過させることによって行われる。耐火性表面
上でガス中で進行する吸熱水蒸気リフォーミング反応
（３）により、触媒された耐火性ライニングを横切って
通過する留出ガスの温度は、１００℃ないし３００℃ま
で低減され、そしてこの温度は分解生成物の蒸発点より
も十分に低い温度にライニングを冷却する。従って、実
際の耐火性表面上の温度減少は、燃焼領域における炭化
水素および水蒸気の量および耐火性材料上のリフォーミ
ング触媒の活性に依存する。この目的に好適な触媒は、
周期律表の第ＶＩＩ族の周知のリフォーミング触媒、例
えばニッケルおよび／またはコバルトからなり、これは
十分冷却するために従来の含浸またはウォッシュコーテ
ィング技術によりライニング表面上で０．０１ｇ／ｍ2
ないし０．１５ｇ／ｍ2 の量で負荷されている。触媒の
負荷にウォッシュコーティング技術を使用する場合、触
媒材料またはその前駆体で被覆するのに先立ってマグネ
シウムアルミニウムスピネルの結合層を表面に適用する
のが好ましい。
【００１９】本発明による方法を自動熱接触リフォーミ
ング条件で行う場合には、燃焼漁期からの留出ガスを更
に反応器の下部に配置された従来のニッケルおよび／ま
たはコバルトリフォーミング触媒の固定床に通過させ
る。触媒床への通過により、ガス中の残留炭化水素は更
に水素および一酸化欄祖に水蒸気リフォーミングされ
る。
【００２０】非接触部分酸化条件で、一酸化炭素および
水素が豊富である燃焼ガスからの留出ガスは、直接反応
器の下部から抜き取られる。耐火性ライニングにおける
温度を減少させることによって、実質的に上記に示した
通り、耐火性ライニングからの分解生成物の蒸発が反応
器の上部で生じない。従って、反応器の下部の冷却器部
分または装置の下流における障害を引起し得るかゝる生
成物の沈澱が適度に回避される。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 上部および下部および反応器に内側表面
    に密着した耐火性ライニングを有する反応器内で炭化水
    素供給源を部分酸化することからなる水素および／また
    は一酸化炭素富化ガスの製造方法であって、該供給源お
    よび酸素含有雰囲気を反応器の上部に導入する段階、該
    供給源を酸素で反応器の下部で部分的に酸化する段階、
    および該耐火性ライニング上で部分的に酸化されたガス
    中で進行する吸熱リフォーミング反応によるライニング
    を冷却するように部分的に酸化された供給源を少なくと
    も反応器の上部中の耐火性ライニング上に配置されたリ
    フォーミング触媒と接触させる段階からなる、上記方
    法。
  2. 【請求項２】 反応器の上部からの部分的に酸化した供
    給源を、更に反応器の下部に配置された水蒸気リフォー
    ミング触媒と接触させる請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 炭化水素供給源および酸素含有雰囲気
    を、バナー中で反応器の上部への導入前に混合する請求
    項１の方法。
  4. 【請求項４】 リフォーミング触媒を耐火性ライニング
    上に０．０１ｇ／ｍ 2 ないし０．１５ｇ／ｍ2 の量で配
    置する請求項１の方法。
  5. 【請求項５】 圧力シェル内での該シェルの内壁上の耐
    火性ライニング、炭化水素供給源および酸素含有雰囲気
    を受入れそして該供給源を酸素で部分的に酸化するのに
    適合する上部からなる、請求項１ないし４のいずれかの
    方法に使用する反応器であって、該反応器は更に少なく
    とも反応器の上部中の耐火性ライニング上に配置された
    リフォーミング触媒を更に含む、上記反応器。
  6. 【請求項６】 下部に、反応器の上部からの部分的に酸
    化されたガスを受入れそして水蒸気リフォーミングする
    のに適合するリフォーミング触媒が付されている請求項
    ５の反応器。
  7. 【請求項７】 更に、反応器の頂部に酸素含有雰囲気と
    炭化水素供給源を混合し、そして燃焼するのに適合した
    バーナーが付されている請求項５の反応器。
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