(57)【要約】  本発明は、少なくとも以下の工程を含む、炭化水素供給材料から合成ガスを製造する方法に関する：高温の粗製合成ガス（２）を温度Ｔ２にて作る、前記ガス（２）を急冷し、温度Ｔ２４の冷却した合成ガス（２４）を作る、ここにおいて、前記合成されたガスは、前記ガス（２）を同時に冷却し圧縮する少なくとも１つの熱動力学コンプレッサー（２３）にて冷却され、冷却され圧縮された合成ガス（２４）が作られる。【選択図】図３
2011504447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも以下の工程を含む、炭化水素供給材料から合成ガスを製造する方法：
−高温の粗製合成ガス（２）を温度Ｔ２および圧力Ｐ２にて作る；および、
−前記合成ガス（２）を急冷し、温度Ｔ２４の冷却した合成ガス（２４）を作る、
ここにおいて、前記合成ガス（２）を冷却する工程は、冷却材（２２）を使用して、前記合成ガス（２）を同時に冷却し圧縮する少なくとも１つの熱動力学コンプレッサー（２３）にて行なわれ、温度Ｔ２４まで冷却され、圧力Ｐ２４まで圧縮された前記合成ガス（２４）が製造される。
【請求項２】
前記冷却材（２２）は水である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記粗製合成ガス（２）は８００℃を超える温度Ｔ２で作られる、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記冷却され圧縮された合成ガス（２４）が４００℃の最高温度を有する、請求項１から３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
粗製合成ガスの生成のための少なくとも１つの反応器（１）、熱動力学コンプレッサー（２３）、前記反応器（１）に供給するための手段、前記反応器（１）から前記熱動力学コンプレッサー（２３）へ前記合成ガス（２）を送るための手段、冷却材（２２）を前記熱動力学コンプレッサー（２３）に供給するための手段および冷却され圧縮された合成ガス（２４）を放出するための手段を含む合成ガス生産プラント
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却され圧縮された合成ガスを製造するための方法およびプラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｈ２／ＣＯ合成ガスの生成は、水蒸気メタン改質（ＳＭＲ）（メタンは、おそらくナフサ、燃料油、メタノール等のその他の炭水化物供給材料で置換される）によりまたは部分酸化（ＰＯＸ、ＡＴＲ）により行われる。そのプロセスは非常に高温（８００−１３００℃）で行われる。
【０００３】
金属設備に対する損傷を防ぐために、粗製合成ガスをその後の処理（転換、精製、ＰＳＡ等）に供する前に、反応器の出口にて急激に冷やして、「カーボンダスティング」が生じる温度帯、すなわち４００から８００℃の間の温度に合成ガスを長くさらすことを予防する必要がある。これは、そのような温度帯域において、合成ガスは金属設備を腐食するためである。
【０００４】
使用される既知の解決法は、非常に高温の合成ガスをボイラーへ通して冷却し、その熱を回収して蒸気を生成することである。このボイラーは、合成ガスをクエンチするため、すなわち急冷するために使用される。
【０００５】
しかしながら、全体的な合成ガスプロセスは、単にその消費と比較して過剰な蒸気を作りだし、そのため、合成ガスの熱を利用するために、この蒸気の使用に興味のある顧客を見つける必要がある。
【０００６】
それ故、蒸気の生産以外の目的のために、クエンチした際に回収される合成ガスの熱を利用する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、熱動力学コンプレッサーの１つのモデルを示す。
【図２】図２は、最終的な水素の生産のための合成ガスを製造する方法の基本となる図を示す。
【図３】図３は、本発明の一実施態様による最終的な水素の生産のための合成ガスを製造する方法を示す。
【発明の詳細な説明】
【０００８】
それ故、本発明の目的の１つは、回収した熱を蒸気の生産に供することなく、またはより一般的には１以上の高温の液体の生産に供することなく、合成ガスを冷却する方法である。
【０００９】
本発明の別の目的は、改質操作後の圧力に比べて合成ガスの圧力を増加させることである。
【００１０】
本発明は、改質反応器によって提供される非常に高温の合成ガスを冷却することで、これを行うことを提案する。このような冷却は、熱動力学コンプレッサー（ｔｈｅｒｍｏｋｉｎｅｔｉｃ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）を使用して、液体の水を直接注入することで行われ、これによって合成ガスをシングルステップで急冷させながら圧縮させることが可能となり、これによって「金属ダスティング」を回避することができる。
【００１１】
このように達成される合成ガスの圧力の増大は、様々な方法に有効に利用してよい：
・反応器出口における所定の合成ガスの圧力については、より高い下流の圧力を有することが有益である。そのような圧力は、ＰＳＡ処理（より高い圧力において、より良い効率が得られる）において有利であり、および、特にネットワークの圧力までのＨ２の圧縮操作（圧縮エネルギーの低減）において有利である可能性がある。
【００１２】
・所定の下流の圧力のために、合成ガス生成反応器におけるより低い圧力を使用することが可能であり、これによって、例えば、合成ガスに含まれるＣＨ４の量を減少させる（転換収量を増加させる）ことが可能であり、またはＰＯＸおよびＡＴＲの場合における炭化水素供給材料および任意にＯ２を圧縮するために必要なエネルギーを低下させることが可能である。改質装置における圧力を（従来の圧力レベルと比較して）低下させると決定される場合、非常に重要な付加的な利益があり、それによって炉における改質管に対する機械的ストレスを減らし、管の寿命を非常に著しく延長することが可能となる。
【００１３】
したがって、２つの特に有利な同時の効果が組み合わせられる：
・合成ガスがクエンチされる；および
・合成ガスの圧力が増大される。
【００１４】
熱動力学コンプレッサーは、生成工程から来る合成ガスに含まれる熱エネルギーの利用を可能にする。このエネルギーは、実際、合成ガス自体によって消費される。
【００１５】
熱動力学コンプレッサーは、ガスを高速、好ましくは音速（典型的に約３００ｍ／ｓ）以上に加速し、例えば水の小滴と直接接触させることでそれを冷却し、その後それを減速して、ガスを圧縮する。
【００１６】
冷却は、加速の前、間または後に行ってよい。
【００１７】
合成ガスは、狭い通路、例えばドラバルノズルに通して加速してよい。同様に、合成ガスを減速させるために、第２の狭い通路、例えばドラバルノズルに通される。
【００１８】
熱動力学コンプレッサーに必要となるエネルギーは、合成ガスによって提供される。好ましい冷却材は水であり、それは、改質操作後の合成ガスに（蒸気の形態で）存在する水と同時に、その後除去および／または使用される。
【００１９】
熱動力学コンプレッサーの例は特許出願ＦＲ−Ａ−２８０５００８に記述される。原理は、細かい水の小滴の気化によりガスを冷却し、その後、先細ノズルおよび末広ノズルの配列を使用して前記ガスを圧縮することに基づく。図１は、この概念に基づく熱動力学コンプレッサーの１つのモデルを示す。
【００２０】
本発明の第１の主題は、少なくとも以下の工程を含む、炭化水素供給材料から合成ガスを製造する方法に関する：高温の粗製合成ガスを温度Ｔ２および圧力Ｐ２にて作る；および、前記合成ガスを急冷し、温度Ｔ２４の冷却した合成ガスを作る、ここにおいて、前記高温の粗製合成ガスを冷却する工程は、冷却材を使用して、前記高温の粗製合成ガスを同時に冷却し圧縮する少なくとも１つの熱動力学コンプレッサーにて行なわれ、温度Ｔ２４まで冷却され、圧力Ｐ２４まで圧縮された前記合成ガスが製造される。
【００２１】
好ましくは、冷却材は液体の水である。
【００２２】
有利に、高温の粗製合成ガスは８００℃を超える温度Ｔ２で作られる。
【００２３】
さらに有利に、冷却された合成ガスは４００℃の最高温度を有する。
【００２４】
本発明の第２の手段は、高温の粗製合成ガスの生成のための少なくとも１つの反応器、熱動力学コンプレッサー、反応器に供給するための手段、反応器から熱動力学コンプレッサーへ粗製の高温の合成ガスを送るための手段、冷却材２２を熱動力学コンプレッサー２３に供給するための手段および冷却され圧縮された合成ガス２４を放出するための手段を含む合成ガス生産プラントに関する。
【００２５】
本発明は、図２および３によってより詳しく記述される。図２は、最終的な水素の生産のための合成ガスを製造する方法の基本となる図を示し、図３は、本発明による最終的な水素の生産のための合成ガスを製造する方法を示す。
【００２６】
図２において、先行技術によると、蒸気メタン改質装置１に軽炭化水素ＨＣおよび蒸気が供給され、圧力Ｐ２および温度Ｔ２で本質的にＨ２、ＣＯおよびＣＯ２を含む合成ガス２が生成される。生成された合成ガス２は、その後、ボイラー３を通ることによりクエンチされ、そこでは、その熱がボイラー水に急激に移行し、過熱された蒸気および圧力Ｐ４および温度Ｔ４にて冷却された合成ガス４が製造される。合成ガス４は水（図示されない）の存在下で転換反応器５に導入され、圧力Ｐ６にて不純な水素６の流れが製造される。その後、不純な水素６がＰＳＡユニット７へ導入され、そこで精製され、圧力Ｐ８で精製された水素８が提供される。最後に、水素８はコンプレッサー９にて圧縮され、それが意図されるネットワーク１１の圧力より上の圧力Ｐ１０の圧縮した水素１０が提供される。
【００２７】
図３において、本発明によると、蒸気メタン改質装置１に軽炭化水素ＨＣおよび蒸気が供給され、圧力Ｐ２および温度Ｔ２で本質的にＨ２、ＣＯおよびＣＯ２を含む合成ガス２が生成される。生成された合成ガス２は、その後、熱動力学コンプレッサー２３へ進み、そこで圧縮され、且つ液体の水２２の直接噴射により急冷（クエンチ）される。これにより、温度Ｔ２４に冷却され圧力Ｐ２４に圧縮され、注入された冷却水の量により増加した含水量を含む合成ガス２４が作られる。合成ガス２４は水（図示せず）の存在下で転換反応器２５へ導入され、圧力Ｐ２６で不純な水素２６の流れが作られる。その後、不純な水素２６はＰＳＡユニット２７へ導入され、そこで精製され、圧力Ｐ２８で精製された水素２８を供給する。最後に、水素２８はコンプレッサー２９にて必要に応じて圧縮され、意図されるネットワーク３１の圧力より上の圧力Ｐ３０の圧縮した水素３０が提供される。
【００２８】
合成ガス２２を熱動力学コンプレッサー２３に通すことは、下流のプロセスガス圧力の増大を可能とし、その他の利点に加えて次のことを提供する：
・ＰＳＡ処理における、よりよい効率；
・水素をネットワークの圧力まで上昇させるために必要な圧縮エネルギーの減少；
・改質圧を（従来の改質圧レベルと比較して）低下させ、熱動力学コンプレッサーにて達成される圧縮のおかげで、従来の下流の合成ガス圧力を得ることが可能となり、これによって、ＣＨ４変換効率を改善し、改質管における機械的ストレスを減少させ、これによってより長い寿命が達成される可能性。
【００２９】
基本的な両図、すなわち図２および図３は、水蒸気メタン改質（ＳＭＲ）反応器として示されているが、部分酸化（ＰＯＸ）反応器、自己熱改質（ＡＴＲ）反応器、メタノール改質装置等に拡張してもよい。
【図１】
2011504447.tif 000003
【図２】
2011504447.tif 000004
【図３】
2011504447.tif 000005
【国際調査報告】
2011504447.tif 000006
2011504447.tif 000007
2011504447.tif 000008
2011504447.tif 000009
2011504447.tif 000010
2011504447.tif 000011