KR100313460B1 - 암모니아 합성가스 및 동력을 복합 생성하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

암모니아 합성가스 및 동력을 복합 생성하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

합성가스 및 동력을 복합 생성하기 위한 방법으로서, 탄화수소 공급원료의 1차 및 2차 스팀개질 단계를 포함하고, 고압에서의 2차 스팀개질로부터 회수되는 합성가스의 일부를 동력의 생성을 위해 가스터빈 내에서 팽창시키고 팽창된 합성가스를 1차 스팀개질 단계에서 연료로서 이용하는 방법.

Description

암모니아 합성가스 및 동력을 복합 생성하기 위한 방법 및 장치{PROCESS AND UNIT FOR THE COMBINED PRODUCTION OF AMMONIA SYNTHESIS GAS AND POWER}
본 발명은, 고압에서의 2차 스팀개질로부터 회수되는 합성가스의 일부를 동력을 생성하기 위해 가스터빈 내에서 팽창시키고, 팽창된 합성가스를 1차 스팀개질 단계에서 연료로서 이용하는, 탄화수소 공급원료의 1차 및 2차 개질에 의한 합성가스 및 동력의 생성에 관한 것이다.
탄화수소 공급원료의 연속적인 1차 및 2차 스팀개질에 의해 합성가스를 제조하는 것은 본 분야에서 잘 알려진 방법이다. 이 방법은 통상적으로 가열 관형 스팀 개질기 그리고 최상부 연소 구역 및 바닥부 촉매 구역을 갖는 단열 연소 반응기 내에서 연속적으로 수행한다. 연소 구역에서 탄화수소 공급원료를 공기 또는 산소 함유 분위기로 부분적으로 산화한다. 부분적으로 산화되어 연소 구역으로부터 나오는 배출흐름을 반응기의 바닥부에 고정층 방식으로 배치된 스팀개질 촉매의 존재 하에서 연속적으로 스팀 개질한다. 단열 개질기의 전형적인 작동조건은 1이상의스팀 대 탄소 비에서 850℃ 및 2-4MPa이고, 원하는 생성물 가스에 따라서 다르다.
단열 스팀개질의 문제점은 탄화수소가 화학량론 이하로 연소될 때 그을음이 형성된다는 것이다. 특히, 단열 개질기로 향하는 원료가스의 스팀/탄소 비가 낮으면, 연소 구역에서 그을음이 현저하게 형성된다.
다수의 산업적 용도에서는 원료가스 중의 낮은 스팀 대 탄소 비가 요구된다. 따라서, 수소 및 일산화탄소 합성가스의 제조에 있어서, 1 이하의 스팀 대 탄소 비는 생성물 가스 중의 최적 수소 대 일산화탄소 비를 얻기 위해 이롭다.
종래, 단열 개질기 내에서 낮은 스팀 대 탄소 비에서 그을음의 형성을 감소시키기 위한 몇몇 노력이 이루어졌는데, 그 중에는 특수한 버너 설계 및 작동조건의 제어가 포함된다.
공동계류 중인 유럽 특허출원 No. 99102386에는, 개질된 공급원료의 단열 가스 온도 및 스팀 대 탄소 비에 따라서 특정 범위 내에서 작동압력을 제어하여 그을음의 형성을 피하는, 그을음이 없는 단열 촉매 스팀 개질 방법이 개시되어 있다.
또한, 3.5MPa 이상의 작동압력에서는 매우 낮은 스팀 대 탄소 비에서 그을음이 없는 개질이 가능하다는 것이 발견되었다.
단열 스팀개질 방법에서 높은 작동압력에서 작동하는 것의 단점은 원료가스를 압축하기 위한 비용이다. 전형적으로 생성된 합성가스의 압력은 후속 공정 장치에서의 이용을 위해 낮은 압력이 요구된다.
자열 개질기로 향하는 원료가스의 압축에 사용되는 에너지의 상당량은, 동력을 생성하고 가열 관형 스팀개질기 내에서 합성가스의 팽창된 부분을 연료로서 이용하기 위해 가스터빈 내에서 고압의 개질기로부터 회수되는 생성된 합성가스의 일부를 감압할 때에 회수된다.
따라서, 본 발명은 합성가스 및 동력을 복합 생성하기 위한 방법으로서, 탄화수소 공급원료의 1차 및 2차 스팀개질 단계를 포함하고, 고압에서의 2차 스팀개질로부터 회수되는 합성가스의 일부를 동력의 생성을 위해 가스터빈 내에서 팽창시키고 팽창된 합성가스를 1차 스팀개질 단계에서 연료로서 이용하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 특정한 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 공정에서, 탄화수소 공급원료 및 스팀의 공정가스(1)를 제 1 단계에서 관형 스팀개질기(10) 내에서 스팀개질한다. 스팀개질기(10)는 버너(15)내에서 연료를 연소시킴으로써 외부로부터 가열되는 종래의 스팀개질용 촉매(12)의 고정층을 포함한다.
본 발명의 필수 특징으로서, 스팀개질용 촉매를 가열하는데 사용되는 연료는 아래에 더 기술되는 공정에 의해 제조되는 합성가스의 부분흐름(5)이다.
촉매층(12)으로부터 1차 스팀개질된 흐름(2)을 회수하여 산화제의 흐름(3)과 함께 2차 개질기(16) 내에 도입한다. 2차 개질기(16) 내에서 1차 스팀개질된 흐름(2)을 공지의 2차 스팀개질 공정에 의해 더 스팀개질한다. 반응기(16)에서 채용된 조건 및 촉매는 통상적인 것이고 아래의 표에 요약되어 있다. 반응기(16)로부터 스팀개질된 암모니아 합성가스(4)를 회수하고 부분적으로 생성물 라인(6)에분배하고, 흐름의 나머지 부분을 가스터빈(18)으로 보내어, 가스를 팽창시켜 회전축 동력을 생성한다. 그리고나서, 가스터빈(18)으로부터 나오는 팽창된 합성가스(5)를 버너(15)에서 연소시켜 1차 개질기(10) 내에서 열을 제공한다.
상기 공정에서의 서로 다른 가스흐름의 공정조건 및 조성이 아래의 표에 요약되어 있다.
흐름 NO. 1 2 3 4 5
유량, Nm3/h 208,184 257,176 65,133 344,258 68,852
압력, Kg/cm2 39.5 36 37 35.5 1.5
온도, ℃ 635 809 550 973 454
조성, 몰%
H2 13.60 39.46 - 37.42 37.42
N2 2.01 1.10 77.61 15.51 15.51
O2 - - 20.88 - -
H2O 47.95 39.45 0.55 31.96 31.96
CH4 30.95 7.46 - 0.41 0.41
C2 - - - - -
CO 0.15 6.18 - 9.43 9.43
CO2 5.31 6.33 0.03 5.09 5.09
Ar 0.03 0.02 0.90 0.18 0.18
가스터빈 동력 : 15.8MW
상기 표에서 명백히 알 수 있는 바와 같이, 생성된 합성가스의 약 20체적%가 가스터빈 내에서 팽창할 때에 상기 공정에 의해 15.8MW의 동력이 생성된다.
고압의 작동압력으로 인해 원료가스의 스팀/탄소 비가 낮은 경우에도 그을음을 형성하지 않으면서, 고압에서의 2차 스팀개질로부터 회수되는 합성가스의 일부를 동력의 생성을 위해 가스터빈 내에서 팽창시키고 팽창된 합성가스를 1차 스팀개질 단계에서 연료로서 이용하여 비용을 절감할 수 있다.

Claims (2)

  1. 합성가스 및 동력을 복합 생성하기 위한 방법으로서, 탄화수소 공급원료의 1차 및 2차 스팀개질 단계를 포함하고, 고압에서의 2차 스팀개질로부터 회수되는 합성가스의 일부를 동력의 생성을 위해 가스터빈 내에서 팽창시키고 팽창된 합성가스를 1차 스팀개질 단계에서 연료로서 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 합성가스 및 동력을 복합 생성하기 위한 공정 장치로서,
    2차 스팀개질기에 연결되고 연료에 의해 가열되는 1차 스팀개질기;
    2차 스팀개질기의 배출 라인을 통해 회수된 생성된 합성가스의 적어도 일부를 팽창시키기 위해 2차 스팀개질기의 배출 라인에 연결된 가스터빈; 및
    팽창된 합성가스를 1차 스팀개질 반응기 내에 배치된 버너 수단에 보내기 위한 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 공정 장치.
KR1019990013221A 1998-04-16 1999-04-15 암모니아 합성가스 및 동력을 복합 생성하기 위한 방법 및 장치 KR100313460B1 (ko)

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