宇宙炉とテキサコ炉の合成ガス変換状況！
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宇宙炉とテキサコ炉の両方で、合成ガス中の水蒸気含有率を確保するために急冷プロセスが採用されている。しかし、宇宙炉のガス組成における有効ガス成分（CO+H2）の中で、H2の含有量はテキサコよりも明らかに低く、COの含有量が高い。そのため、変換工程における触媒反応では、水分比の不足を補うために一定量の水蒸気を添加する必要がある。一方、テキサコの炉では原則として水分比が十分であり、変換工程において水蒸気を加える必要はない。こうしてテキサコは蒸気消費を削減したのです！
COがいくつポイント高いかによりますが、5％以内の変動であれば別途蒸気を加える必要はないでしょう。もちろん、変換の工程設計も見なければならず、変換炉に入る前に2.5MPaの廃熱ボイラーを通せば、炉内の水蒸気圧も約0.7程度になり、それで十分です。
これも、後段のシステムが何を主に生産するか、また変換システムが部分的変換か全体的変換かによって決まります。以前の私たちの石炭ガス化炉はメタノールを生産しており、実際にメタノール製造工程で中圧蒸気を加えて水素と蒸気の比率を調整し、それによって反応度を制御し、変換ガス中のH/C比を容易に調節していました。現在の水コークススラリープロセスの後段システムは液体アンモニアを生産するもので、使用されるのは全変換プロセスガス中の水蒸気であり、基本的には十分な量がある。ただし、水蒸気比の大きさはCOに影響を与える。
宇宙炉は水冷壁構造であるのに対し、従来のテキサコ炉、すなわちGE炉は熱壁であり、宇宙炉の燃焼室温度はより高く設定できる。
この投稿は最終的にwlq1970によって2015年7月1日18時16分に編集されました。反応式から見ると、水蒸気とCOの比率は1:1です。したがって、物質収支に基づいて実際のCO量を算出し、さらに水素とガスの比率を分析して水蒸気量が十分かどうかを判断する必要があります。原則としては1:1の比率を満たすべきですが、水蒸気はやや過剰にある方が良いでしょう。耐硫変換を用いる場合、原料ガス中の硫黄含有量が低いため、過剰量はあまり多くてはならず、そうでないと耐硫触媒の逆硫化が容易に起こり、繰り返される硫化・逆硫化によって触媒が失活してしまいます。
この投稿は、2015年7月1日18時59分にwang06120325によって最終的に編集されました。水蒸気比の設計値は1.2から1.4程度ですが、実際の運用ではこれを達成するのは難しいです。石炭の発熱量が異なるため、炉の熱負荷も変わってきます。また、ガス化炉の運転温度や圧力も水蒸気比に影響を与えます。私たちのところでは、水蒸気比は一般的に1.2を超えることはありません。この値を超えると、ガス化炉が水分を含む状態に近づいていることを意味します。さらに、実際の運用で、水質が良好な場合は水蒸気比を上げてもガス化炉の液面が急激に下がることはありません。しかし、水質が悪い場合に水蒸気比を上げると、水分が含まれる状態が悪化するだけです。変換の観点から見ると、水蒸気比が増加して反応物の濃度が高くなると正反応が進みやすくなりますが、同時に反応熱が大量に奪われるため層の温度が急降下しやすくなります。上で述べられた反硫化現象もこの理由によって起こるのです。また、水蒸気比が過度に高くなると触媒の強度が低下し、広範囲にわたって塊を形成しやすくなります。現在、ほとんどのメーカーはコバルトモリブデン系触媒を使用しており、逆硫化が起こると触媒が不活性化してしまい、再硫化が必要になります。
以前、職場で使用していたのはシェル製のボイラーで、廃ガス式のプロセスを採用していたため、後段のシステムに中圧蒸気を追加して水蒸気比を調整していました。宇宙炉は水冷壁を採用しているが、急冷方式を用いているため、水蒸気比は水炭スラリーのそれとほぼ同じか、やや高めになる。これは、運転温度が宇宙炉の方が水炭スラリーよりもわずかに高いためである。
こちらではテキサコの加圧気化方式を使用しており、炉は2基稼働し1基が予備となっており、変換ガスの生産量は約22万立方メートル程度です:)。
現在、一部の変換メーカーは低水素分比に対応した装置を開発しており、シェルのような低水素分比の炉であっても蒸気を加えなくても正常に反応を進行させることができる。
ええ、上で言われていた低水素分触媒も、変換反応の程度を制御するという原理に基づいているはずです。石炭ガス化炉から出る合成ガスの変換処理は大まかに3つのルートに分かれており、そのうちの1つのルートでは急冷ガスとして使用され、層の温度が制御されます。プロセスはやや複雑になりますが、そうしないと合成ガス中の一酸化炭素濃度が高いために層の温度が容易に急上昇してしまいます。この現象は、運転開始後にガスを混ぜ合わせる際に特に顕著に現れます。また、石炭ガス化炉の酸素はバーナーに入る前に蒸気ミキサーを通って中圧蒸気と混合され、酸素と蒸気の比率を制御することで合成ガスの有効ガス含有量を変え、合成ガス中の水素含有量を増加させる。