[发明专利]气体发生装置及用它产生气体的方法

说明书

本发明是关于根据部分氧化法，由碳化氢和氧产生氢和一氧化碳混合气的气体发生装置，以及用它产生气体的方法。

过去作为制氢方法，惯用电解水法和部分氧化法，利用水蒸汽改质法进行制造氢。水蒸汽改质法是将天然气、LPG、粗汽油等烃类和水蒸汽作原料进行水蒸汽改质反应。然而，上述水蒸汽改质法必须将使用的催化剂加热到900℃，而且，原料和水蒸汽反应后产生的煤灰堆积在催化剂表面上，使催化剂失效。而且由于是吸热反应，必须不断地由外部进行加热。为此，一般将反应管取为4英寸管，就有几十个，甚至几百个。因此，反应装置造得非常大，并成为建设费用居高的原因。原料必须以气态供入反应管内，其问题是只能使用粗汽油以上的轻质油。

作为可使用以廉价重质油为原料的方法，是根据部分氧化法进行制造氢气的方法。部分氧化反应是用相当于原料中的烃完全燃烧所需氧量的30～40％的氧量使原料燃烧，按下式(1)反应，生成主要由H₂和CO形成的混合气体。利用CO转化器使这种混合气进行CO转化后，吸收去除CO₂，及利用PSA法，经过除杂的各种精制工艺制造氢气。

...(1)

利用上述部分氧化法制造氢气等的气体发生装置，如图12所示，备有燃烧器40、CO转化器41和高压锅炉42。这样，从输送管道43将原料烃、蒸汽、氧送入燃烧器40内，以1100～1300℃的高温，燃烧、反应，产生的混合气体在高压锅炉42内冷却后，送入CO转化器41内，在此处进行CO转化。通过管线45将水送入高压锅炉42内，利用燃烧器40产生的热，由高压锅炉42制造高压蒸汽，由蒸汽轮机44转换成电力，将上述热量以动力形式进行回收。图中46是将高压蒸汽送入蒸汽轮机44的输送管线。

然而，上述气体发生装置，由于是利用燃烧器40产生的热量获得动力(即、由燃烧器40产生的高温混合气和水在高压锅炉42内进行热交换产生高压蒸汽，再将该高压蒸汽送往蒸汽轮机44，以驱动它，将它的轴功率作为动力输出)，所以需要大规模的高压锅炉42、大容量蒸汽轮机44、管线45、46等。一般当计划产生数万m³/h的氢气时，该高压锅炉42的规格，直径为4-5m、高为20-30m。因此，装置本身就非常之大，从而大大提高了设备费用和建设费用等基本建设费用，而且事故频率也增加。带来的问题是对于设备的转移和将来增大气体发生量等，都不可能容易进行。

本发明的目的是于以上情况，提供一种气体发生装置，使设备小形化、同时基本建设费用低，而且易于转移和将来增大气体发生量，以及使用该装置产生气体的方法。

为了达到上述目的，本发明的第一要点是，气体发生装置包括：利用部分氧化反应，在高温下使原料烃和氧反应，产生由一氧化碳和氢构成的混合气的燃烧器，用该燃烧器产生的混合气体进行驱动的汽轮机，并把该汽轮机产生的动力作出有效输出功率。本发明的第二要点是气体发生方法，即，将原料烃和氧送入燃烧器内，通过该燃烧器内的部分氧化反应，高温下使原料烃和氧反应，产生主要由一氧化碳和氢形成的混合气体，由该燃哓器产生的混合气体驱动汽轮机，将该汽轮机产生的动力作为有效输出功率加以利用。

即，本发明的气体发生装置包括根据部分氧化反应，在高温下使原料烃和氧反应而产生主要由一氧化碳和氢形成混合气体的燃烧器，和由该燃烧器产生的混合气进行驱动的汽轮机。这样，本发明的这种气体发生装置，由于利用燃烧器产生的混合气气流驱动汽轮机，所以不需要过去为冷却燃烧器产生的混合气所必需的大型高压锅炉42，汽轮机自身也没有必要使用大容量的蒸汽轮机44。因此，使设备小型化，不仅获得基本建设费用的降低，而且设备转移和增设等容易进行。而且，根据本发明的气体发生方法，利用具有上述优良效果的气体发生装置，由燃烧器产生主要由一氧化碳和氢形成的混合气体，并能利用这种混合气体驱动汽轮机。另外，本发明中供给部分氧化反应的氧，可以提供纯氧，也可以供给空气和空气中的氧进行反应。

本发明中，将燃烧器和汽轮机连接没置时，由燃烧器出来的混合气气流可直接旋转汽轮机，几乎没有气流损失，效率很好。解决了设备小型化，而且转移和增设都很容易。

本发明中，将压缩机和汽轮机形成一个整体，利用汽轮机的动力驱动压缩机，将上述汽轮机产生的动力和上述汽轮机驱动压缩机的动力之差作为有效输出功率加以利用时，可以将汽轮机产生的动力用作压缩机的动力，从而降低电力费等运行费用。