(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給原料ガスを煙道ガスと混合して混合ガスを得る段階、および
各反応器が混合ガス処理部と加熱用燃料供給部および加熱用燃料燃焼部を有し、そして各一対の反応器が前記混合ガス処理部と前記加熱用燃料供給部においては並列に配置されていて、前記加熱用燃料燃焼部においては直列に配置されている、少なくとも一対の改質反応器の前記混合ガス処理部に、前記の混合ガスを供給する段階
からなる、アンモニア合成ガスの製造方法において、
過剰の燃焼用空気を一対の反応器のうちの第一の反応器の前記加熱用燃料燃焼部に供給し、そして第一の反応器の前記加熱用燃料燃焼部において酸素が消費された燃焼用空気を一対の反応器のうちの第二の反応器の前記加熱用燃料燃焼部に供給することによって、各一対の反応器の中の火炎温度を制御することを特徴とする、上記方法。
【請求項２】
火炎温度が１４００℃以下に維持される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
１０５％の過剰空気を含んだ合計２０５％の空気を第一の反応器に供給する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第二の反応器の中の火炎温度を制限し、そして第二の反応器の中で過剰な空気の全体を５％に維持するように、第一の反応器から出る酸素が消費された煙道ガスを、各一対の反応器のうちの第二の反応器のための燃焼用空気として供給する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第一の反応器に供給される燃焼用空気が、反応器の上流に位置している供給原料ガスの圧力よりも僅かに高い圧力まで圧縮される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
空気を圧縮するために必要な出力の少なくとも一部を提供するために、第二の反応器から出る煙道ガスを膨張させる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
供給原料ガスと混合される煙道ガスが、各一対の反応器のうちの第二の反応器から回収される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記の混合ガスが、少なくとも二対の反応器に供給され、そして各一対の反応器が別の一対の反応器と前記混合ガス処理部で並列に接続されている、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
予め決定されたＨ2 ／Ｎ2 比が合成ガス中で得られるように、供給原料ガスと混合される煙道ガスの量が選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
供給原料が脱硫される、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明はアンモニア合成ガスの製造方法に関する。
本発明はアンモニア合成ガスの製造方法を提供する。この方法は、供給原料流と煙道ガスを混合して混合ガスを得る段階、およびこの混合ガスを分割した流れとして、少なくとも一対の改質反応器に供給する段階を包含する。それぞれの反応器は混合ガス処理部と加熱用燃料供給部および加熱用燃料燃焼部を有する。各一対の反応器は、混合ガス処理部と加熱用燃料供給部においては並列に配置され、そして加熱用燃料燃焼部においては直列に配置されている。各反応器における火炎温度は約１４００℃以下に維持される。供給原料ガスは一般に脱硫される。
【０００２】
一般に煙道ガスは主としてＣＯ2 、Ｈ2 ＯおよびＮ2 からなり、これは各一対の反応器のうちの第二の反応器から回収される。煙道ガスの量は、予め決定されたＨ2 ／Ｎ2 比が合成ガス中で得られるように選択される。
供給原料流はさらに、水蒸気と混合することができる。好ましくは、第一の反応器の温度は、大幅に過剰な、例えば約１０５％の過剰空気を含んだ合計２０５％の空気を供給することによって維持される。第一の反応器からの煙道ガスは各一対の反応器のうちの第二の反応器のための燃焼用空気として供給される。煙道ガスは酸素が消費されており、これは火炎温度を約１４００℃以下に制限する。全体で過剰な空気は約５％に低く抑えられる。
【０００３】
好ましい態様によれば、この混合ガスは少なくとも二対の反応器に供給される。各一対の反応器は混合ガス処理部においては別の一対の反応器と並列に接続されている。
従来技術に対する本発明方法の主な長所は以下の点にある：
ＮＨ3 製造からの化学量論的な合成ガスが、豊富な空気を使用することなく、または過剰な窒素の低温分離を行うことなく、熱交換改質反応器において製造される点；
燃焼用空気側において直列に接続された二つの改質反応器を使用することにより、全体で極端に過剰な燃焼用空気を使用しないで火炎温度が制御される点；
改質工程から大気中へ放出されるＮＯX が最小化される点；ＳＯ2 の放出が排除される点；
燃焼により生じるＣＯ2 および水蒸気を、部分的に改質器供給物として使用し、全体で必要な水蒸気を低減させる点；および
燃焼用空気の圧縮に必要な出力を、過剰な煙道ガスの膨張により部分的に回収する点。
【０００４】
さらに、引き続いての熱交換水蒸気改質工程段階からの窒素および二酸化炭素含有煙道ガスと混合された供給原料ガスの水蒸気改質は、炭化水素供給物の高い水蒸気改質転換率を与える。従って、反応器流出物中の未変換炭化水素の濃度は低下する。
水蒸気改質反応器において、吸熱性の水蒸気改質反応のために必要な熱量は、加圧された煙道ガスとの間接的な熱交換により供給される。
【０００５】
熱交換水蒸気改質工程において使用するための煙道ガスを供給するために、燃料は第一の熱交換水蒸気改質段階において過剰な空気と燃焼され、その際空気は反応器の低い燃焼温度の原因となる。次いで、酸素含有煙道ガスを第一の改質段階から回収し、中間で冷却し、そしてさらに続いての１つ以上の改質段階において追加的な燃料と燃焼させる。
【０００６】
本発明によるその他の特徴及び長所は、図面を参考にした本発明の以下の説明から明らかとなるであろう。
図１には、本発明による方法の簡略化した図面が示されている。供給原料流２０は、一般に脱硫された天然ガスであり、二つの流れに分割される。この供給原料流は、水蒸気および製造される合成ガスに必要とされる正確なＨ2 ／Ｎ2 比を得るために予め決定された量の、脱酸素化され、加圧された煙道ガス４０（下記を参照）と混合される。このガス混合物は、混合ガス処理部および加熱用燃料供給部においては並列に配置され、そして加熱用燃料燃焼部においては直列に配置されている二つの熱交換改質反応器６０、８０において処理ガスとして使用される。改質反応器に配置されている各触媒床６２、８２からの出口温度は、十分に低いＣＨ4 排出量を保証する程度に高い。
【０００７】
空気１００は、熱交換器の上流の処理ガスの圧力よりもわずかに高い圧力に圧縮される。この空気は、最初に火炎温度を１４００℃以下に維持するために大幅に過剰な空気（約１０５％過剰）を操作する第一の熱交換バーナー６４において燃焼用空気として使用される。
第一の反応器の改質管と熱交換した後に、この加圧された煙道ガス１０２（約６００℃）は、さらに第二の反応器８０において燃焼用空気として使用される。この燃焼用空気は酸素が消費されており、これは火炎温度を約１４００℃以下に制限し、その際全体で過剰な空気は約５％に低く抑えられる。
【０００８】
第二の反応器から出る煙道ガス１０４は二つの流れ１０６、１０８に分割される。流れ１０６は空気の圧縮に必要とされる出力の一部を提供するために膨張させられる。煙道ガスの残りの量１０８は、残りの痕跡量の酸素を取り除くために脱酸素器に流され、そして、前述のように、反応器に向かう供給物の流れにさらに流される。
図２には、本発明の別の特定の態様が示されており、それによれば、処理ガス中のメタンは四つの熱交換水蒸気改質反応器Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩおよびＩＶにおいて水蒸気改質される。
【０００９】
この改質器は、外側の被覆管内に同軸状に配置された内部管を有する一般的なバヨネット管型である。水蒸気改質触媒は、内部管と外部管との壁面の間に作られた環状の空間に装填される。
処理ガス中で進行する吸熱性の水蒸気改質反応に必要な熱量は、被覆管の壁面の外部に沿って熱い煙道ガスを流入させることによって提供される。
【００１０】
処理ガス２を導入する前に、このガスは、主としてＣＯ2 、Ｈ2 ＯおよびＮ2 からなる煙道ガス４と混合される。煙道ガス４は、反応器内で進行する水蒸気改質反応に熱量を供給した後に、反応器IIから回収される。煙道ガス４は、反応器ＩからIVに至る水蒸気改質によって製造される合成ガスに必要なＨ2 ／Ｎ2 比が得られるような量で処理ガスに混合される。
【００１１】
反応器ＩからＩＶまでは、混合された処理ガス６の導入に関して並列に接続されている。燃焼／煙道ガス側において、これらの反応器は、反応器Ｉ、ＩＩの群および反応器ＩＩＩ、ＩＶの群に配置される。この二つの反応器群は直列に接続される。反応器ＩおよびＩＩは、加圧された空気８で燃料を燃焼させることによって加熱される。反応器Ｉの中の燃焼は、好適な燃焼温度を達成するために、そして燃料との次の燃焼のために反応器Ｉから回収され、反応器IIに導入される煙道ガス１０の中に必要な酸素含有量を提供するために、過剰な空気を用いて実施される。反応器IIから回収される煙道ガス１２は、ガス中の残余量の酸素を除くために、一般的な酸化触媒床を有する脱酸素器１４に循環される。脱酸素器１４から、実質的に窒素、二酸化炭素および水からなる煙道ガス４が循環され、そして供給原料ガス２と混合される。
【００１２】
煙道ガス側において直列に接続された反応器ＩＩＩおよびＩＶは、大気圧下に燃料を燃焼させることによって加熱される。反応器ＩＩＩから出る煙道ガス１６は、反応器ＩＶでの燃焼に流入される。反応器ＩＶに熱量を供給した後に、煙道ガスは一般的な廃熱回収に流入させられる。
本発明は特定の態様に関して説明したが、その他の多くの変法及び態様が当業者には明らかである。従って、本発明は、ここに記載した特定の開示によってではなく、特許請求の範囲によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明に従った方法の工程図である。
【図２】  図２は、本発明に従ったその他の態様を示す図面である。
【符号の説明】
２０・・・供給原料流
４０、１０２、１０４、１０６、１０８・・・煙道ガス
６０、８０・・・熱交換改質反応器
６２、８２・・・触媒床
６４・・・バーナー
１００・・・空気
２・・・処理ガス
４、１０、１２、１６・・・煙道ガス
６・・・混合された処理ガス
８・・・加圧された空気
１４・・・脱酸素器
【図１】
0004105786.tif 000002
【図２】
0004105786.tif 000003