KR101670870B1 - Gtl 공정을 이용한 메탄올 생성 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

GTL 공정을 이용한 메탄올 생성 방법 및 시스템이 개시된다. 본 발명의 GTL 공정을 이용한 메탄올 생성 방법은, 메탄올 생성 방법에 있어서,
1) 천연가스를 전처리하고, 수증기, 이산화탄소, 산소 및 공기 중 적어도 하나를 공급하여 촉매하에서 반응시켜 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스를 생성하는 개질 단계;
2) 상기 합성가스를 피셔-트롭시 반응기에 공급하고 반응시켜 액상 탄화수소를 생성하는 합성 단계; 및
3) 상기 액상 탄화수소를 업그레이딩하는 업그레이딩 단계를 포함하되,
상기 합성 단계 중 상기 피셔-트롭시 반응기에서 미반응된 상기 합성가스는 회수되어 메탄올을 생성하는 것을 특징으로 한다.

Description

GTL 공정을 이용한 메탄올 생성 방법 및 시스템{Methanol Production Method And System Using GTL Production Process}
본 발명은 GTL 공정을 이용한 메탄올 생성 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 천연가스를 전처리하여, 전처리된 천연가스의 개질 단계와, 개질 단계로 생성된 합성가스로 액상 탄화수소를 생성하는 합성 단계와, 액상 탄화수소의 업그레이딩 단계를 거쳐 GTL을 생산하면서, 합성 단계에서 미반응된 합성가스를 회수하여 메탄올을 생성하는 GTL 공정을 이용한 메탄올 생성 방법에 관한 것이다.
GTL(Gas To Liquid)이란, 천연가스를 가공하여 액체상태의 합성석유를 생산하는 기술 및 그 생성물을 의미한다. 지속적인 고유가 현상과 친환경 에너지에 대한 요구에 따라, 천연가스로부터 수송용 연료인 디젤 등의 액체연료를 만드는 GTL에 대한 관심이 높아지고 있다. GTL은 천연가스를 탈황하는 공정을 거쳐 생산되므로, 대기오염물질은 황 성분을 거의 포함하지 않기 때문에 청정연료로 분류될 수 있기 때문이다.
GTL 기술의 핵심 공정인 피셔-트롭시(Fischer-Tropsch) 합성법은 1923년 독일의 화학자인 Fischer와 Tropsch가 석탄 가스화에 의한 합성가스로부터 합성연료를 제조하는 기술을 개발하면서 시작되었다.
GTL 공정은 천연가스의 개질 반응, 합성가스의 F-T 합성반응 및 생성물의 개질 반응이라는 주요 3 단계의 공정으로 구성된다.
우선 천연가스로부터 합성 가스를 생성하는 개질 반응 단계는 천연가스의 주성분인 메탄의 개질 반응을 통하여 이루어지는데, 개질 반응법은 크게 수증기 개질법, 부분산화법, 자열산화법 및 수증기 이산화탄소 개질법 등이 대표적이다.
Figure 112014017796469-pat00001
개질 반응을 통해 생성된 합성 가스는, F-T 합성반응을 거쳐 선형 파라핀계 탄화수소를 생성하는데, F-T 반응기는 고정층(fixed bed)→순환 유동층(circulating fluid bed)→고정 유동층(fixed fluid bed)→슬러리(slurry) 순서로 발전되고 있다. F-T 합성반응은 다음과 같은 4개의 주요 반응으로 이루어진다.
① FT synthesis (chain growth)
CO + 2H2 → -CH2- + H2O ΔH(227℃) = -165 kJ/mol
② Methanation
CO + 3H2 → CH4 + H2O ΔH(227℃) = -215 kJ/mol
③ Water gas shift
CO + H2O ↔ CO2 + H2 ΔH(227℃) = -40 kJ/mol
④ Boudouard reaction
2CO ↔ C + CO2 ΔH(227℃) = -134 kJ/mol
F-T 합성반응을 통해 생성된 고비점의 왁스 생성물은 개질 반응(upgrading)을 거쳐 저비점의 연료로 정제되어 사용될 수 있다.
이와 같은, GTL 기술은 수송용 연료에 대한 환경 규제에 따라 수소 연료의 상용화 이전까지는 경제성 있는 유일한 청정연료 제조기술이 될 것으로 기대된다. 그러나, 선발업체들이 시장을 선점하고 있으며, 진입 장벽이 높아 자체 기술개발이 필요한 분야이고, 이에 따라 국책연구과제로 국산 GTL 기술에 대한 연구 개발이 진행되고 있다.
한국 특허 출원번호 제10-2007-0103677호
한편, GTL 생산을 위해서는 천연가스를 가스 정(gas well)으로부터 시추하는데, 이러한 천연가스의 시추 과정 중에는 고압 저온의 시스템이 많이 운용되고 있다. 그러나 고압 저온의 시스템에서는 천연가스에 포함된 수분과 천연가스가 얼음처럼 결정을 이루면서 하이드레이트(hydrate)를 생성할 수 있는데, 이러한 하이드레이트는 각종 장비와 배관들을 막을 수 있고 시스템의 정상 가동을 어렵게 할 수 있다.
하이드레이트의 생성을 방지하기 위해 천연가스에 포함된 수분을 제거하는 탈수 과정을 거치거나, 억제제(inhibitor)를 주입할 수 있는데, 대표적인 억제제로 MEG(Mono Ethylene Glycol)과 메탄올(Methanol)을 예로 들 수 있다.
FPSO와 같이 해저에서 천연가스를 시추하여 해상에서 GTL 생산이 이루어지는 경우 이러한 억제제를 사용하기 위해서는, 선박 등으로 운송하여 저장해두어야 하므로 운송비가 소모되고, 큰 저장공간을 차지하므로 공간효율성을 떨어뜨린다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하여 천연가스로부터 GTL을 생성하면서 하이드레이트 생성 억제제인 메탄올도 생성하여 공급할 수 있는 방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 메탄올 생성 방법에 있어서,
1) 천연가스를 전처리하고, 수증기, 이산화탄소, 산소 및 공기 중 적어나 하나를 공급하여 촉매하에서 반응시켜 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스를 생성하는 개질 단계;
2) 상기 합성가스를 피셔-트롭시 반응기에 공급하고 반응시켜 액상 탄화수소를 생성하는 합성 단계; 및
3) 상기 액상 탄화수소를 업그레이딩하는 업그레이딩 단계를 포함하되,
상기 합성 단계 중 상기 피셔-트롭시 반응기에서 미반응된 상기 합성가스는 회수되어 메탄올을 생성하는 것을 특징으로 하는 GTL 공정을 이용한 메탄올 생성 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 개질 단계에서 개질 후 생성된 합성가스를, 상기 합성 단계의 피셔-트롭시 반응기로 공급하기 전에 컨디셔닝(conditioning)하는 컨디셔닝 단계를 더 포함하며, 컨디셔닝 중 발생하는 수소의 적어도 일부는 메탄올 생성을 위해 미반응된 상기 합성가스에 공급될 수 있다.
바람직하게는, 상기 메탄올의 생성은 천연가스로부터 나프타, 중질유, 왁스 및 합성원유(syncrude) 중 적어도 하나를 포함하는 GTL(Gas To Liquid)을 생산하는 선박 또는 해양구조물에서 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 생성된 상기 메탄올은 상기 선박 또는 해양구조물에서 하이드레이트(hydrate) 생성 방지를 위한 억제제(inhibitor)로 공급될 수 있다.
바람직하게는, 상기 선박 또는 해양구조물은 FPSO(floating Production Storage and Offloading)를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 메탄올 생성을 위해 공급되고 남은 상기 합성가스와 상기 메탄올 생성에서 발생하는 테일 가스(tail gas)는 상기 개질 단계의 전처리 과정으로 공급될 수 있다.
바람직하게는, 상기 개질 단계는 스팀 이산화탄소 개질기(Steam CO2 Reformer, SCR), POX(Partial Oxidation), ATR(Auto-Thermal Reformer), SMR(Steam Methane Reformer) 및 Micro Reformer 중 적어도 하나를 포함하는 개질기(Reformer)에서 이루어지고, 상기 합성 단계는 슬러리 상 반응기(Slurry Phase Reactor, SPR), 고정층 반응기, 순환 유동층 반응기, 고정 유동층 반응기 및 Micro FT 반응기 중 적어도 하나를 포함하는 피셔-트롭시 반응기에서 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 메탄올 생성 시스템에 있어서,
천연가스가 탈황처리를 포함하여 전처리되는 전처리 유닛;
상기 전처리 유닛으로부터 상기 천연가스를 공급받아 수증기, 이산화탄소, 산소 및 공기 중 적어도 하나를 공급하고 촉매하에서 반응시켜 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스를 생성하는 개질기;
상기 개질기로부터 상기 합성가스를 공급받아 액상 탄화수소를 생성하는 피셔-트롭시 반응기; 및
상기 피셔-트롭시 반응기에서 미반응된 상기 합성가스를 공급받아 메탄올을 생성하는 메탄올 반응기를 포함하는 GTL 공정을 이용한 메탄올 생성 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 개질기에서 생성된 상기 합성가스를 상기 피셔-트롭시 반응기로 도입되기에 앞서 컨디셔닝하는 컨디셔닝 유닛을 더 포함하며, 상기 컨디셔닝 유닛에서 생성된 수소의 적어도 일부는 메탄올 생성을 위해 미반응된 상기 합성가스와 함께 상기 메탄올 반응기로 도입될 수 있다.
바람직하게는, 상기 개질기는 스팀 이산화탄소 개질기(Steam CO2 Reformer, SCR), POX(Partial Oxidation), ATR(Auto-Thermal Reformer), SMR(Steam Methane Reformer) 및 Micro Reformer를 포함하는 군에서 선택되고, 상기 피셔-트롭시 반응기는 슬러리 상 반응기(Slurry Phase Reactor, SPR), 고정층 반응기, 순환 유동층 반응기, 고정 유동층 반응기 및 Micro FT 반응기를 포함하는 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 GTL 공정을 이용한 메탄올 생성 방법 및 시스템에서는 천연가스를 전처리하여, 전처리된 천연가스의 개질 단계와, 개질 단계로 생성된 합성가스로 액상 탄화수소를 생성하는 합성 단계와, 업그레이딩 단계를 통해 GTL을 생성하면서, 합성 단계에서 미반응된 합성 가스를 이용하여 메탄올을 생성한다.
이와 같이 GTL 공정 중 발생하는 미반응 가스로부터 메탄올을 생성함으로써, 하이드레이트 생성 억제제로 필요한 메탄올을 최소한의 추가 공정만으로 생산할 수 있어, 공정 설계시 공간 효율을 높이고 공정 효율을 높이고, 운송비와 구입비용을 절감하여 경제적으로 하이드레이트 억제제를 공급할 수 있다.
도 1에는 천연가스로부터 메탄올을 생성하는 공정을 개략적으로 도시하였다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따라 GTL 공정을 이용하여 메탄올을 생성하는 공정의 개념을 개략적으로 도시하였다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
천연가스를 이용한 제품화(monetization)는 크게 4가지로 분류할 수 있다. 가장 일반적인 천연가스의 액화를 통한 ①LNG 생산을 비롯하여, 천연가스 개질, 합성, 분리 및 정제를 통한 ②DME 생산, ③메탄올 생산, ④GTL 생산이 있는데, 본 발명은 그 중 석유 디젤을 대체하여 수송용 청정 연료로 이용될 수 있는 GTL의 생산 공정 중에, 하이드레이트 생성 방지를 위한 억제제로 이용될 수 있는 메탄올을 함께 생산할 수 있는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
후술할 본 실시예의 메탄올 생성은 천연가스로부터 나프타, 중질유, 왁스(wax) 및 합성원유(syncrude) 등을 포함하는 GTL(Gas To Liquid)을 생산하는, FPSO(floating Production Storage and Offloading)를 포함한 선박 또는 해양구조물에서 이루어질 수 있고, 생성된 메탄올은 선박 또는 해양구조물에서 하이드레이트(hydrate)가 생성될 수 있는 각종 고압 저온의 시스템들에 하이드레이트 생성 방지를 위한 억제제(inhibitor)로 공급될 수 있다.
우선, 도 1에는 천연가스로부터 메탄올을 생산하는 공정을 개략적으로 도시하였다. 천연가스는 수소발생기(hydro generator), 탈황 공정(sulphur removal), 포화기(saturator)를 포함하는 전처리 공정(10)을 거치고, 전개질기(pre-reformer, 20)와 개질기(reformer, 30)를 거쳐, 메탄올 반응기(methanol reactor, 40)에서 메탄올을 생성하여 저장(50)된다.
이 같은 천연가스로부터의 메탄올 생산 공정은 GTL의 생산 공정과 유사도가 높은데, 본 실시예는 이러한 점에 착안하여 천연가스로부터 GTL을 생산하는 공정에 메탄올 생성 공정을 접목한 GTL 및 메탄올 생성 방법을 제안한다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예의 GTL 공정을 이용한 메탄올 생성 방법은, 1) 천연가스를 전처리(105, 110)하고, 수증기, 이산화탄소, 산소 및 공기를 공급하여 촉매하에서 반응시켜 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스를 생성하는 개질 단계(100);
2) 개질 단계(100)를 거쳐 생성된 합성가스를 피셔-트롭시 반응기에 공급하고 반응시켜 액상 탄화수소를 생성하는 합성 단계(300); 및
3) 합성 단계(300)에서 생성된 액상 탄화수소를 업그레이딩하는 업그레이딩 단계(500)를 포함하는 GTL 생성 과정에서, 상술한 합성 단계(300) 중 피셔-트롭시 반응기에서 미반응된 합성가스를 반응기 후단에서 회수(heavy ends recovery)(350)하여 메탄올을 생성(400)하는 방법이다.
본 실시예에서 이루어지는 메탄올의 생성 반응은,
(1) CO + 2H2 ↔ CH3OH,
(2) CO2 + 3H2 ↔ CH3OH + H2O의 두 가지 반응식으로 표현될 수 있다. 이처럼, 본 실시예의 메탄올 생성은 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스를 이용하는 반응과 이산화탄소를 이용하여 메탄올을 생성하는 반응을 포함하므로, GTL 생성 공정 중 발생하는 이산화탄소를 처리하는 방법으로도 유용하다.
본 실시예에서, 해상의 가스전에서 시추된 천연가스는 다음의 과정을 거쳐 GTL과 메탄올을 생성할 수 있다.
우선, 가스전에서 시추된 천연가스는 전처리 과정을 거치게 된다. 전처리는 가스전에서 생산된 천연가스를 안정화하는 단계(Gas Inlet Stabilization)(105), 탈황(Sulfur Removal Saturator) 처리 단계, 및 전개질(Pre-Reformer) 단계(110) 등을 거쳐 이루어질 수 있다. 전처리를 거쳐 대부분의 성분이 메탄으로 이루어지게 된 천연가스가 개질기로 공급된다.
개질 단계(100) 중 전처리된 천연가스의 개질(120)은 스팀 이산화탄소 개질기(Steam CO2 Reformer, SCR)를 통해 이루어질 수 있는데, 바람직한 일 예로 DPT의 컴팩트 리포머(Compact Reformer)가 적용될 수 있다. 일반적으로 스팀 이산화탄소 개질기에서의 주요 반응식은 CH4 + H2O → 3H2 + CO, CH4 + CO2 → 2CO + H2이며, 개질기를 거쳐 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스(syngas)가 생성된다.
스팀 이산화탄소 개질기는 CO2 tolerance가 높아서, CO2가 많은 한계 유전(Numerous stranded gas fields)에 적용할 수 있고, 이산화탄소 함량이 30 %까지의 고이산화탄소 천연가스(high CO2 natural gas)에도 활용하여 운영할 수 있다. 특히 Compact Reformer와 같은 스팀 이산화탄소 개질기는 산소분리장치(ASU)가 필요 없는 공정으로, Safety Concern이 낮으며, 상대적으로 ATR(Autothermal Reactor) 또는 POX(Partial Oxidation reactor)보다 요구하는 Space, Weight, Height, 전기소모량 등이 적다. 또한 GTL 공정을 위해 필요한 Target이 되는 약 2.0의 H2/CO ratio을 맞출 수 있다.
또한, Compact Reformer는 다른 개질기와 비교하여, Ship motion effects가 상대적으로 작고, 열교환기 형태의 반응기 구조로 크기가 작아 설치를 위해 필요한 공간이 상대적으로 작으므로 해양 플랜트에 특히 적합하다.
다만, 본 실시예의 개질기가 Compact Reformer와 같은 스팀 이산화탄소 개질기(Steam CO2 Reformer, SCR)로 한정되는 것은 아니고, POX(Partial Oxidation), ATR(Auto-Thermal Reformer), SMR(Steam Methane Reformer) 및 Micro Reformer를 포함한 다른 개질기도 적용될 수 있다.
또한, 개질 단계(100)에서는 천연가스로부터 니켈계(Ni-Based) 촉매하에 합성가스를 생산하는 반응이 진행될 수 있으나 공정 및 조건에 따라 촉매를 포함하는 첨가제들이 다양하게 변형될 수 있다.
한편, 개질 단계(100)에서 개질(120) 후 생성된 합성가스는 컨디셔닝 유닛으로 도입되어, 합성 단계의 피셔-트롭시 반응기로 공급하기 전에 컨디셔닝(conditioning)하는 컨디셔닝 단계(200)를 거치게 되는데, 컨디셔닝 단계(200)는 합성가스의 성분을 조정하는 과정으로, 합성가스의 컨디셔닝 중 발생하는 수소의 적어도 일부가 메탄올 생성을 위해 미반응된 합성가스에 공급될 수 있다.
컨디셔닝을 거친 합성가스는 합성 단계(300)를 위해 피셔-트롭시 반응기로 도입되는데, 바람직하게는 슬러리 상 반응기(Slurry Phase Reactor, SPR), 예를 들어 Sasol SPR (Slurry Phase Reactor)이 적용될 수 있다.
SPR (Slurry Phase Reactor)는 Ship Motion Effects가 작고, 총 필요 공간 및 장치 무게가 비교적 작아 해양 플랜트에 적용하기에 적합하다. 또한, 촉매가 부유 및 순환하는 구조로서, MTFB(Multi-Tubular Fixed Bed) Reactor와 같은 다른 반응기에 비해 촉매의 교체가 수월하여 장비 등의 교체나 공급이 원활하지 못할 수도 있는 해양 플랜트에 효과적이다.
다만 본 실시예의 피셔-트롭시 반응기가 Sasol SPR과 같은 슬러리 상 반응기(Slurry Phase Reactor, SPR)에 한정되는 것은 아니고, 고정층 반응기, 순환 유동층 반응기, 고정 유동층 반응기 및 Micro FT 반응기를 포함하는 다른 반응기도 적용될 수 있다.
피셔-트롭시 반응기에서 합성된 액상 탄화수소는 업그레이딩을 위해 업그레이딩 단계(500)로 도입되고, 합성 단계(300)에서 미반응된 합성 가스는 피셔-트롭시 반응기 후단에서 회수(heavy ends recovery)(350)되어 메탄올 생성 단계(400)를 위해 메탄올 반응기(methanol reactor)로 도입된다.
메탄올 생성(400)을 위해 공급되고 남은 합성가스와 메탄올 생성에서 발생하는 테일 가스(tail gas)는 개질 단계의 전처리 과정, 특히 전개질(Pre-Reformer) 단계로 공급하여 재활용될 수 있다.
한편, 액상 탄화수소는 업그레이딩을 거치는데, 업그레이딩 단계(500)는 합성 단계에서 생성된 액상 탄화수소를 탄소수 1 내지 4의 가스, 나프타 및 합성원유로 분리하는 분리 단계와, 분리된 나프타에 수소를 공급하여 올레핀을 포화시키는 하이드로피니싱(hydrofinishing) 단계 등을 포함할 수 있다. 상술한 합성가스의 컨디셔닝 중 발생하는 수소 중에서 메탄올 생성을 위해 공급되고 남은 양은 업그레이딩 단계에 하이드로피니싱을 위하여 공급할 수 있다. 하이드로피니싱은 수소를 공급하여 나프타 또는 합성원유에 포함된 올레핀을 수소화하여, 올레핀의 저장 및 운송 과정에서의 검(gum) 형성 및 중합 반응(polymerization)을 방지하는 업그레이드 공정이다.
삭제
피셔-트롭시 반응기를 거쳐 생성된 액상 탄화수소의 업그레이드 공정은 생산될 최종 생성물의 종류에 따라 여러 가지 공정으로 설계할 수 있다. 하이드로크랙킹(hydrocracking)과 하이드로트리팅(hydrotreating) 공정을 포함하여 full upgrading하는 것도 가능하고, 하이드로피니싱만 거치는 Simplified Upgrading으로 설계하는 것도 가능하다.
이상에서와 같이, 업그레이딩 단계(500)를 거친 액상 탄화수소는 나프타와 합성원유를 포함하는 GTL를 생성하게 되고, 앞서 합성 단계(300)에서 미반응된 합성 가스로부터 메탄올 반응기(methanol reactor)를 거쳐 생성된(400) 메탄올은 저장해두고 선박 또는 해양구조물의 하이드레이트 생성 억제제로 공급하게 된다.
생성된 메탄올을 주로 선박 또는 해양구조물의 라이저(riser)나 웰(well)에 하이드레이트 생성 억제 목적으로 주입하므로, 생성된 메탄올을 고순도로 정제할 필요는 없어 Distillation 공정을 거치지 않아도 된다. 다만 고순도의 메탄올 생산을 위해서는 Distillation 공정을 거칠 수 있다.
선박 또는 해양구조물에 필요한 메탄올의 생성이 충분히 이루어지고 나면, 피셔-트롭시 반응기에서 미반응된 합성 가스는 회수하여(350) 합성 단계(300)의 반응기 전단으로 재도입시키거나, 선박 또는 해양구조물에 필요한 연료가스(fuel gas)로 공급하여 사용할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 GTL 공정을 이용한 메탄올 생성 방법 및 시스템에서는 천연가스를 전처리하여, 전처리된 천연가스의 개질 단계와, 개질 단계로 생성된 합성가스로 액상 탄화수소를 생성하는 합성 단계와, 업그레이딩 단계를 통해 GTL을 생성하면서, 합성 단계에서 미반응된 합성 가스를 이용하여 메탄올을 생성함으로써 하이드레이트 생성 억제제를 공급할 수 있다.
이와 같이 GTL 공정 중 발생하는 미반응 가스로부터 메탄올을 생성함으로써, 선박 또는 해양구조물에 필요한 메탄올을 최소한의 추가 공정만으로 생산하여 공급할 수 있고, 공정 설계시 공간 효율을 높이고 공정 효율을 높일 수 있다. 선박 또는 해양구조물에서 GTL 생성 공정 중에 메탄올도 생성하여 자급함으로써, 운송비와 구입비용을 절감하고, GTL FPSO의 경제성을 높일 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100: 개질 단계
105: 안정화
110: 탈황 및 전개질
120: 개질
200: 컨디셔닝 단계
300: 합성 단계
350: 회수(heavy ends recovery)
400: 메탄올 생성
500: 업그레이딩 단계

Claims (10)

  1. 메탄올 생성 방법에 있어서,
    1) 천연가스를 천연가스의 대부분의 성분이 메탄으로 이루어지도록 전처리하고, 수증기, 이산화탄소, 산소 및 공기 중 적어도 하나를 공급하여 니켈계 촉매하에서 반응시켜 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스를 생성하는 개질 단계;
    2) 상기 합성가스를 피셔-트롭시 반응기에 공급하고 반응시켜 액상 탄화수소를 생성하는 합성 단계; 및
    3) 상기 액상 탄화수소의 검(gum) 형성 및 중합 반응(polymerization)을 방지하는 업그레이딩 단계;
    4) 상기 피셔-트롭시 반응기에서 미반응된 합성가스를 회수하는 단계; 및
    5) 상기 미반응 합성가스를 메탄올 반응기로 공급하여 메탄올을 생성하는 단계;를 포함하고,
    상기 메탄올 반응기로 공급하고 남은 미반응 합성가스는, 상기 개질 단계의 전처리 과정, 상기 피셔-트롭시 반응기 또는 연료가스로써 연료 수요처 중 어느 하나 이상으로 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, GTL 공정을 이용한 메탄올 생성 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 개질 단계에서 개질 후 생성된 합성가스를, 상기 합성 단계의 피셔-트롭시 반응기로 공급하기 전에 합성가스의 수소 성분을 조정하는 컨디셔닝 단계를 더 포함하며,
    컨디셔닝 중 발생하는 수소의 적어도 일부는 메탄올 생성을 위해 미반응된 상기 합성가스에 공급되는 것을 특징으로 하는 GTL 공정을 이용한 메탄올 생성 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 메탄올의 생성은, 천연가스로부터 나프타, 중질유, 왁스 및 합성원유(syncrude) 중 적어도 하나를 포함하는 GTL(Gas To Liquid)을 생산하는 선박 또는 해양구조물에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 GTL 공정을 이용한 메탄올 생성 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    생성된 상기 메탄올은 상기 선박 또는 해양구조물에서 하이드레이트(hydrate) 생성 방지를 위한 억제제(inhibitor)로 공급되는 것을 특징으로 하는 GTL 공정을 이용한 메탄올 생성 방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 선박 또는 해양구조물은 FPSO(floating Production Storage and Offloading)를 포함하는 GTL 공정을 이용한 메탄올 생성 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 메탄올 생성을 위해 공급되고 남은 상기 합성가스와 상기 메탄올 생성에서 발생하는 테일 가스(tail gas)는 상기 개질 단계의 전처리 과정으로 공급되는 것을 특징으로 하는 GTL 공정을 이용한 메탄올 생성 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 개질 단계는 스팀 이산화탄소 개질기(Steam CO2 Reformer, SCR), POX(Partial Oxidation), ATR(Auto-Thermal Reformer), SMR(Steam Methane Reformer) 및 Micro Reformer 중 적어도 하나를 포함하는 개질기(Reformer)에서 이루어지고,
    상기 합성 단계는 슬러리 상 반응기(Slurry Phase Reactor, SPR), 고정층 반응기, 순환 유동층 반응기, 고정 유동층 반응기 및 Micro FT 반응기 중 적어도 하나를 포함하는 피셔-트롭시 반응기에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 GTL 공정을 이용한 메탄올 생성 방법.
  8. 메탄올 생성 시스템에 있어서,
    천연가스가 탈황처리를 포함하여 천연가스의 대부분이 메탄으로 이루어지도록 전처리되는 전처리 유닛;
    상기 전처리 유닛으로부터 상기 천연가스를 공급받아 수증기, 이산화탄소, 산소 및 공기 중 적어도 하나를 공급하고 니켈계 촉매하에서 반응시켜 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스를 생성하는 개질기;
    상기 개질기로부터 상기 합성가스를 공급받아 액상 탄화수소를 생성하는 피셔-트롭시 반응기; 및
    상기 피셔-트롭시 반응기에서 미반응된 상기 합성가스를 공급받아 메탄올을 생성하는 메탄올 반응기;를 포함하고,
    상기 피셔-트롭시 반응기에서 회수된 미반응 합성가스는,
    상기 메탄올 반응기로 공급하되, 상기 메탄올 반응기로 공급하고 남은 미반응 합성가스는 상기 전처리 유닛, 상기 피셔-트롭시 반응기 또는 연료가스로써 연료 수요처 중 어느 하나 이상으로 공급하는 것을 특징으로 하는, GTL 공정을 이용한 메탄올 생성 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 개질기에서 생성된 상기 합성가스를 상기 피셔-트롭시 반응기로 도입되기에 앞서 컨디셔닝하는 컨디셔닝 유닛을 더 포함하며,
    상기 컨디셔닝 유닛에서 생성된 수소의 적어도 일부는 메탄올 생성을 위해 미반응된 상기 합성가스와 함께 메탄올 반응기로 도입되는 것을 특징으로 하는 GTL 공정을 이용한 메탄올 생성 시스템.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 개질기는 스팀 이산화탄소 개질기(Steam CO2 Reformer, SCR), POX(Partial Oxidation), ATR(Auto-Thermal Reformer), SMR(Steam Methane Reformer) 및 Micro Reformer를 포함하는 군에서 선택되고,
    상기 피셔-트롭시 반응기는 슬러리 상 반응기(Slurry Phase Reactor, SPR), 고정층 반응기, 순환 유동층 반응기, 고정 유동층 반응기 및 Micro FT 반응기를 포함하는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 GTL 공정을 이용한 메탄올 생성 시스템.
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