KR960003232B1 - Auto thermal steam reforming process - Google Patents
Auto thermal steam reforming process Download PDFInfo
- Publication number
- KR960003232B1 KR960003232B1 KR1019910005496A KR910005496A KR960003232B1 KR 960003232 B1 KR960003232 B1 KR 960003232B1 KR 1019910005496 A KR1019910005496 A KR 1019910005496A KR 910005496 A KR910005496 A KR 910005496A KR 960003232 B1 KR960003232 B1 KR 960003232B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- steam
- primary
- hydrocarbon feedstock
- fresh hydrocarbon
- reforming
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
내용 없음.No content.
Description
제1도는 본 발명의 방법을 실시하기 위한 장치의 구현예를 나타낸다.1 shows an embodiment of an apparatus for practicing the method of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
3 : 공급/방출 열 교환 8 : 개질 장치3: supply / discharge heat exchange 8: reformer
13 : 개질 장치 교환기 14 : 이차 개질 가스13 reformer exchanger 14 secondary reformed gas
본 발명은 천연 가스 같은 탄화수소로부터 암모니아를 생산하는 것에 관련된 것이며, 상세하게는 상업적으로 보통 사용되는 가열관 일차 개질노를 사용치 않음으로써 연료 기체를 보다 적게 사용하면서 암모니아 합성 가스, 수소 및 질소를 생산하는 것에 관련된 것이다.The present invention relates to the production of ammonia from hydrocarbons, such as natural gas, and specifically to the production of ammonia synthesis gas, hydrogen and nitrogen while using less fuel gas by not using commercially available heating tube primary reforming furnaces. It's about doing.
암모니아 합성 가스를 생성하는 일차 및 이차 개질의 공지 단계는 기술적으로, 또한 경제적으로 잘 알려져 있다. 후자의 관점에서 이들 단계는 이 두 단계가 스팀과 탄화수소 원료와의 흡열 반응을 위해 탄화수소의 연소로부터 나온 열을 필요로 하기 때문에, 생성 암모니아 각 단위당 “원료 및 연료” 요구를 결정하는 데 있어 조절 인자로서 인식되고 있다.Known steps of primary and secondary reforming to produce ammonia synthesis gas are well known technically and economically. From the latter point of view, these stages are the controlling factors in determining the “raw and fuel” requirements for each unit of ammonia produced, since these two stages require heat from the combustion of hydrocarbons for the endothermic reaction between steam and hydrocarbon feedstocks. It is recognized as
상업적 일차 개질 장치는 니켈-함유 촉매로 충진된 대형관 형태의 연료 가열 노로서 여기서, 약 60부피%의 푸레쉬 탄화수소 원료가 첨가한 스팀과 함께 수소 및 일산화탄소로 전환된다. 이 일차 개질 가스는 부가적으로 미반응 스팀과 탄화수소 원료의 잔여분을 메탄으로서 포함한다. 프로세스 관점에서, 일차 개질 장치는 흡열 촉매적 스팀 개질 존(Zone)이 된다.Commercial primary reformers are fuel heating furnaces in the form of large tubes filled with nickel-containing catalysts, where they are converted to hydrogen and carbon monoxide with steam added to about 60% by volume of a pure hydrocarbon feedstock. This primary reforming gas additionally contains unreacted steam and the remainder of the hydrocarbon feedstock as methane. From the process point of view, the primary reformer is an endothermic catalytic steam reforming zone.
일차 개질 가스는, 보통 니켈 함유 촉매로 충진된 내부 내화 용기로서, 외부 열 공급 설비가 없는 이차 개질 장치에 공급된다. 이차 개질에서, 잔여 메탄과 스팀의 흡열 반응용 열은 일차 개질 가스의 일부분과 최종 암모니아 합성 가스를 위한 질소원인 외부 공급 공기와의 연소에 의해 공급된다. 프로세스 관점에서, 이차 개질 장치는 발열 촉매적 스팀 개질 존이며, 때때로 자열 개질 장치라 한다.The primary reforming gas is an internal refractory vessel, usually filled with a nickel containing catalyst, which is fed to a secondary reformer without an external heat supply. In secondary reforming, the heat for the endothermic reaction of residual methane and steam is supplied by combustion of a portion of the primary reforming gas with external feed air, which is a nitrogen source for the final ammonia synthesis gas. From a process point of view, the secondary reformer is an exothermic catalytic steam reforming zone, sometimes referred to as an autothermal reformer.
이차 개질 장치로부터의 원료 고온 합성 가스(Raw hot synthesis gas)는 수소, 질소, 연이어 추가적으로 수소, 이산화탄소, 미반응 스팀, 잔류 메탄 및 소량의 불활성 가스로 전환될 일산화탄소로 구성되어 있다. 일반적으로, 고온 합성 가스는 이차 개질 장치 공기, 합성 가스, 암모니아 생성물 회수에 사용되는 냉동매를 위해 압축 설비에 필요한 터어빈 스팀을 발생시키기 위하여 보일러 공급수와 열교환이 되고 있다.Raw hot synthesis gas from the secondary reformer consists of hydrogen, nitrogen, followed by additional hydrogen, carbon dioxide, unreacted steam, residual methane and carbon monoxide to be converted to a small amount of inert gas. In general, hot syngas is heat exchanged with boiler feed water to generate the turbine steam required for the compression plant for the refrigerants used for secondary reformer air, syngas and ammonia product recovery.
이러한 용도에도 불구하고, 당해 업자들은 오랜 동안 이차 개질 장치의 분출 가스 열을 반응기/열교환기의 사용을 통해 일차 개질의 대체 설비에 이용함으로써 기존의 가열과 개질 노의 크기를 줄이려는 노력을 계속하여 왔다. 이상적으로, 노는 흡열 개질 단계의 열 요구량과 발열 개질 단계의 열 이용성을 균형화시키기 위하여 충분한 일차 개질 양을 이차 개질 장치로 이동시킬 수 있다면 제거가가능하다. 이러한 열균형은 이차 개질 장치에서 실제로 상당량의 연소를 요구하고 있는데, 이는 최종 합성 가스에 있어서 원하는 수소/질소비를 달성하기 위하여 과량의 질소를 하류에서 제거하는데 과량의 공기가 사용되기 때문이다.In spite of these uses, the practitioners continue to make efforts to reduce the size of existing heating and reforming furnaces by using the off-gas heat from the secondary reforming unit for an alternative to primary reforming through the use of reactors / heat exchangers. come. Ideally, the furnace is removable if it can transfer a sufficient amount of primary reforming to the secondary reforming unit to balance the heat demand of the endothermic reforming stage with the heat availability of the exothermic reforming stage. This thermal balance actually requires a significant amount of combustion in the secondary reformer, because excess air is used to remove excess nitrogen downstream to achieve the desired hydrogen / nitrogen ratio in the final synthesis gas.
이러한 설비를 위해 제안된 반응기/교환기는 각 말단이 관 판에 고정된 단일-통로관을 갖는고온 열 교환기였다. 이들 고온 설계는 가열관 노에 비해 경비의 상당량을 줄일 수 있으나, 높은 제조비가 따른다. 한편, 더 중요한 것은 상기 지적한 열 균형 문제에 기한 최종 합성 가스에서 상당량의 과량의 질소로 인해 암모니아 플랜트의 합성 부문의 앞에 또는 합성 부문 내에 비 경제적인 대형 질소 배제 시스템의 수반이 필요하다는 점이다.The reactor / exchanger proposed for this installation was a high temperature heat exchanger with single-pass tubes each end fixed to a tube plate. These high temperature designs can save a significant amount of expense compared to heating tube furnaces, but with high manufacturing costs. On the other hand, more importantly, the significant excess of nitrogen in the final synthesis gas due to the above pointed out heat balance problem necessitates the entailment of an inexpensive large nitrogen exclusion system before or within the synthesis section of the ammonia plant.
최근 미국 특허 제2,579,843호에 나타난 일반 형태인 개방 베이오네트 관 반응기/교환기가, 단일-통로 교환기에 비해 설계가 한층 간단하기 때문에 일차 개질 설비로 고려되고 있다. 개방 베이오네트 관을 사용하는 암모니아 합성 가스 생산을 위한 공지의 설계에서, 상기 열 균형 문제는 기존 가열관 개질 모의 제거를 방해하였다.The open bayonet tube reactor / exchanger, which is the general form shown in US Pat. No. 2,579,843, is considered as a primary reformer because of its simpler design than a single-pass exchanger. In a known design for ammonia syngas production using open bayonet tubes, the heat balance problem prevented the removal of existing heating tube reforming simulations.
따라서, 본 발명의 목적은 전체 전환 열이 발열 개질 단계에서 공급되는 조건하에서, 흡열 개질 단계에서의 발열 촉매적 개질의 열을 이용하여 암모니아 합성 가스를 생산하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to produce ammonia synthesis gas using the heat of exothermic catalytic reforming in the endothermic reforming stage, under conditions where the total conversion heat is supplied in the exothermic reforming stage.
본 발명에 따라 그리고 공지의 방법과는 달리, 암모니아 합성 가스는 푸레쉬 탄화수소의 주요 부분을 스팀 및 산화제와 함께 발열 촉매 스팀 개질 존에 도입하고, 여기에서 일차 개질 가스를 회수함으로써 생산된다. 나머지 소량의 푸레쉬 탄화수소는 흡열 촉매 스팀 개질 존에서 스팀과 반응하며, 이차 개질 가스는 여기에서 회수되어 바로 일차 개질 가스와 혼합된다. 생성된 이 혼합 가스는 이어서 반응물과 간접 열 교환을 하면서 흡열 촉매 스팀 개질 존을 지니며, 여기서 이들은 열을 방출하고, 이어서 원료 암모니아 합성 가스로서 회수된다.According to the present invention and unlike known methods, ammonia synthesis gas is produced by introducing a major portion of the fresh hydrocarbon into the exothermic catalytic steam reforming zone together with steam and oxidant and recovering the primary reforming gas therefrom. The remaining small amount of hydrocarbon is reacted with steam in the endothermic catalytic steam reforming zone, and the secondary reformed gas is recovered here and immediately mixed with the primary reformed gas. The resulting mixed gas then carries an endothermic catalytic steam reforming zone with indirect heat exchange with the reactants, where they release heat and are subsequently recovered as raw ammonia syngas.
발열 촉매 스팀 개질 장치 존은 22-70 바의 압력에서 단열적으로 운전되며, 본 발명 프로세스에서 이 이름이 잘못 불려지고 있지만, 이차 개질 장치의 기존 배열에서 편리하게 구현될 수 있다. 바람직하게, 푸레쉬 탄화수소 원료의 55~85부피%가 발열 개질 존으로 스팀 및 산화제(이후, 함께 일차 혼합 원료라 한다)와 함께 도입된다. 일차 혼합 원료의 스팀 및 탄화수소 성분은 바람직하게 먼저 혼합한 후, 450~650℃ 사이의 온도로 예열한다. 공기를 산화제로서 선택할때 일차 혼합 원료의 C1에 대한 스팀의 비는 바람직하게는 1.5~3.5 사이이다. 다량 산소 함유 공기를 산화제로서 선택할때, 산소는 바람직하게는 산화제의 25~40부피%(건조 기준)를 구성하며, 일차 혼합 원료의 C1에 대한 스팀 비는 바람직하게는 2.5~3.5 사이이다. 공기의 질 향상을 위한 산소는 보통 크기의 저온성 막, 또는 압력 변동 흡수 단위에 의해 공급될 수 있다. 공기 또는 다량 산소 함유 공기의 사용 사이의 선택은 주로 경제적 문제로 산소 단위의 크기 및 경비, 설비 경비 및 암모니아 플랜트 에너지 시스템과 전체 생산 설비의 운용 시스템과의 통합 정도에 달려 있다. 어떤 선택이든 산화제는 발열 촉매 스팀 개질 존에 도입되기 전에 바람직하게 480℃~720℃에서 예열되어야 한다.The exothermic catalytic steam reformer zone is operated adiabatically at a pressure of 22-70 bar, although this name is incorrectly called in the process of the present invention, it can be conveniently implemented in existing arrangements of secondary reformers. Preferably, 55-85% by volume of the fresh hydrocarbon feedstock is introduced into the exothermic reforming zone with steam and oxidant (hereinafter together referred to as primary mixed feedstock). The steam and hydrocarbon components of the primary mixed feed are preferably first mixed and then preheated to a temperature between 450 and 650 ° C. When air is selected as the oxidant, the ratio of steam to C 1 of the primary mixed feed is preferably between 1.5 and 3.5. When selecting a large amount of oxygen containing air as the oxidant, the oxygen preferably constitutes 25-40% by volume (dry basis) of the oxidant, and the steam ratio to C 1 of the primary mixed raw material is preferably between 2.5 and 3.5. Oxygen for improving air quality may be supplied by a low temperature membrane of moderate size, or by a pressure swing absorption unit. The choice between the use of air or a large amount of oxygen-containing air is primarily an economic matter, depending on the size and cost of the oxygen unit, the cost of the installation and the degree of integration of the ammonia plant energy system with the operating system of the entire production plant. Either option, the oxidant should preferably be preheated at 480 ° C. to 720 ° C. before being introduced into the exothermic catalytic steam reforming zone.
이차 개질 장치 같이, 발열 촉매 스팀 개질 존은 자열적으로(autothermally) 작동되지만, 전체 개질 양의 대부분은 기존 시스템과는 달리 이 존에서 실행되고, 자열 스팀 개질 조건은 바람직하게 900℃~1100℃ 온도에서 수소, 일산화탄소, 질소 함유 일차 개질 가스 및 1부피%(건조 기준) 잔여 탄화수소 즉, 메탄올 생산할 수 있도록 선택된다.Like the secondary reforming unit, the exothermic catalytic steam reforming zone operates autothermally, but most of the total reforming amount is run in this zone, unlike existing systems, and the autothermal steam reforming conditions are preferably between 900 ° C and 1100 ° C. Is selected to produce hydrogen, carbon monoxide, nitrogen-containing primary reforming gases and 1% by volume (dry basis) residual hydrocarbons, ie methanol.
흡열 촉매 스팀 개질 존 역시 22~70바 사이의 압력에서 작동되지만 후술된 일차 개질 가스에 의한 촉매관 벽을 통해 가열된다. 이 존은 관의 하부 말단에 가스 통로가 있고, 촉매로 충진된 베이오네트 관을 갖는 수직 반응기/열교환기에서 바람직하게 실현된다. 스팀과 함께 푸레쉬 탄화수소 원료의 나머지 소수 부분(이후, 이차 혼합 원료로 약칭) 또한 450℃~650℃ 사이의 온도에서 예열된 후, 흡열 촉매적 스팀 개질 존으로 도입되며, 보통 825℃~1025℃ 사이의 온도에서 반응되어 수소, 일산화탄소 및 건조 기준으로 잔여 탄화수소 즉 메탄 4.0부피% 이하를 포함하는 이차 개질 가스가 생성된다. 바람직하게, 이차 혼합 원료의 C1에 대한 스팀의 비는 4.0~5.0 사이이다.The endothermic catalytic steam reforming zone is also operated at a pressure between 22 and 70 bar but is heated through the catalyst tube wall with the primary reforming gas described below. This zone is preferably realized in a vertical reactor / heat exchanger having a gas passage at the lower end of the tube and having a bayonet tube filled with catalyst. Along with steam, the remaining minor fraction of the fresh hydrocarbon feedstock (hereinafter abbreviated as secondary blend feedstock) is also preheated at temperatures between 450 ° C and 650 ° C and then introduced into the endothermic catalytic steam reforming zone, usually 825 ° C to 1025 ° C. Reaction at temperatures between produces a secondary reforming gas containing less than 4.0 volume% of residual hydrocarbons, ie methane, on a hydrogen, carbon monoxide and dry basis. Preferably, the ratio of steam to C 1 of the secondary mixed raw material is between 4.0 and 5.0.
흡열 개질 존에 필요한 전체 열을 제공하기 위해, 일차 및 이차 개질 가스는 혼합된 후 흡열 촉매적 스팀 개질 존 내에서 이차 혼합 원료와의 간접 열 교환에 의해 냉각되어, 여기에서 원료 암모니아 합성 가스로 회수된다.In order to provide the total heat required for the endothermic reforming zone, the primary and secondary reforming gases are mixed and then cooled by indirect heat exchange with the secondary mixed feed in the endothermic catalytic steam reforming zone, where it is recovered as raw ammonia synthesis gas. do.
원료 암모니아 합성 가스는 보통 565℃~735℃ 사이의 온도로 회수되기 때문에, 이 가스 내의 현열은 바람직하게 푸레쉬 탄화수소 원료와의 간접 열 교환에 의해 회수되며, 이것에 의해 이 탄화수소 원료가 예열된다.Since the raw ammonia synthesis gas is usually recovered at a temperature between 565 ° C and 735 ° C, the sensible heat in this gas is preferably recovered by indirect heat exchange with the fresh hydrocarbon raw material, whereby the hydrocarbon raw material is preheated.
바람직하게 물로 포화된 라인 1의 푸레쉬 탄화수소 원료를 라인 2의 스팀과 혼합하고, 공급/방출 열 교환기 3에서 예열한다. 라인 4의 푸레쉬 탄화수소 원료의 주요 부분은 라인 5 및 6 각각에서 도입된 추가의 스팀 및 산화제와 혼합되어 라인 7을 통하여 발열 촉매적 스팀 개질 장치 8에 도입되는 일차 혼합 원료를 형성하며, 여기서 반응하여 라인 9를 통해 회수되는 일차 개질 가스가 생성된다.The fresh hydrocarbon feed of line 1, preferably saturated with water, is mixed with the steam of line 2 and preheated in feed / discharge heat exchanger 3. The main portion of the fresh hydrocarbon feedstock in line 4 is mixed with additional steam and oxidant introduced in
라인 10의 푸레쉬 원료의 소수 부분은 라인 11의 추가 스팀과 혼합되어 라인 12를 통해 흡열 촉매적 스팀 개질 존을 구성하는 개질 장치-교환기 13의 촉매관 벽으로 도입되는 이차 혼합 원료를 생성한다. 촉매는 나타나 있지 않은 스크린에 의해 개방관 내에 지지되어 있다. 촉매관 하부 출구로부터 회수되는 이차 개질 가스 14는 라인 9의 일차 개질 가스와 혼합된다. 생성된 혼합 가스는 촉매관 내에서 이차 혼합 원료와 간접열 교환에 의해 냉각되며, 반응기-교환기 13의 관 외측으로부터 라인 15를 통해 원료 암모니아 합성 가스로서 회수된다. 이 원료 암모니아 합성 가스는 이후 공급/방출 열 교환기 3에서 더욱 냉각되며, 더 많은 열 회수 및 가공을 위해 라인 16을 통해 회수되고, 암모니아의 생산을 위한 공지의 단계에 의해 가공된다.A fractional portion of the fresh feed of
다음 표에는 발열 촉매 스팀 개질 장치 8에서 산화제로서 공기 또는 다량 산소 함유 공기를 사용하는 대체 설계에 있어서의 관련 운전 조건 및 유동물(stream) 조성에 대한 실시예가 나타나 있다.The following table shows examples of relevant operating conditions and stream compositions in alternative designs using air or massive oxygen containing air as the oxidant in the exothermic catalytic steam reformer 8.
[표 1]TABLE 1
[표 2]TABLE 2
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019910005496A KR960003232B1 (en) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | Auto thermal steam reforming process |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019910005496A KR960003232B1 (en) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | Auto thermal steam reforming process |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR920019907A KR920019907A (en) | 1992-11-20 |
KR960003232B1 true KR960003232B1 (en) | 1996-03-07 |
Family
ID=19312956
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1019910005496A KR960003232B1 (en) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | Auto thermal steam reforming process |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR960003232B1 (en) |
-
1991
- 1991-04-04 KR KR1019910005496A patent/KR960003232B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR920019907A (en) | 1992-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0504471B1 (en) | Autothermal steam reforming process | |
KR100201886B1 (en) | Autothermal steam reforming process | |
EP0723930B1 (en) | Gasification process combined with steam methane performing to produce syngas suitable for methanol production | |
US5300275A (en) | Steam reforming | |
EP0522744B1 (en) | Synthesis gas production | |
US20020006968A1 (en) | Steam reforming | |
JPS6261521B2 (en) | ||
US4681701A (en) | Process for producing synthesis gas | |
US20080047197A1 (en) | Partial oxidation reformer-reforming exchanger arrangement for hydrogen production | |
AU783540B2 (en) | Method and plant for production of oxygenated hydrocarbons | |
CA2985284C (en) | Use of syngas comprising carbon monoxide and water in the synthesis of methanol | |
GB2179366A (en) | Process for the production of synthesis gas | |
US20240101417A1 (en) | Method for preparing a synthesis gas | |
KR960003232B1 (en) | Auto thermal steam reforming process | |
EA005458B1 (en) | Method for increasing the production in an existing plant and a processing plant | |
JPS61122102A (en) | Steam reforming of hydrocarbon | |
JPH04310501A (en) | Self heat formula steam reforming process | |
KR0131530B1 (en) | Method of synthesis gas from hydrocarbons | |
EP4056532A1 (en) | Method and apparatus for reforming hydrocarbon gas for methanol production | |
JP3947266B2 (en) | Hydrogen production method and apparatus used therefor | |
WO2024094818A1 (en) | Conversion of unsaturated hydrocarbon containing off-gases for more efficient hydrocarbon production plant | |
JPS58194707A (en) | Gasification of hydrocarbon | |
HU212607B (en) | Process for producing ammonia synthesis gas | |
NO311018B1 (en) | Process for the preparation of raw ammonia synthesis gas from hydrocarbons |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
G160 | Decision to publish patent application | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20010118 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |