KR101838094B1 - 합성 가스의 수소 함량을 향상시키는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 합성 루프에 공급되는 합성 가스 스트림의 수소 함량을 향상시키는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은, (a) 합성 루프로부터 수소와 탄화수소를 포함하는 퍼지 스트림을 제거하는 단계; (b) 상기 퍼지 스트림으로부터 수소를 분리하는 단계; (c) 상기 퍼지 스트림을 개질 장치로 이송하여, 스팀 및 산소와 반응시켜, 수소와 일산화탄소를 포함하는 스트림을 제조하는 단계; (d) 상기 개질된 반응 생성물 스트림을 시프트 반응시켜 이산화탄소와 수소를 포함하는 스트림을 제조하는 단계; (e) 상기 시프트 반응으로부터의 생성물 스트림을 분리 공정으로 처리하여 이산화탄소로부터 수소를 분리하는 단계; (f) 상기 분리된 수소를 합성 루프에 공급하는 단계; 및 (g) 상기 이산화탄소를 제거하는 단계를 포함한다.

Description

합성 가스의 수소 함량을 향상시키는 방법 {PROCESS FOR IMPROVING THE HYDROGEN CONTENT OF A SYSTHESIS GAS}
본 발명은 합성 가스 중의 수소와 일산화탄소의 비를 조절하는 방법에 관한 것이다.
합성 가스는 다양한 방법에 의해 제조될 수 있다. 몇몇 설비에 있어서, 예를 들면 석탄이나 바이오매스로부터 합성 가스를 제조하기 위해 기화기(gasifier)가 사용된다. 그러한 기화기는 수소와 일산화탄소의 고정된 총량을 사용하여 합성 가스를 제조한다. 이상적인 시스템에 있어서, 수소와 일산화탄소는 화학양론적 비율로 제조될 것이다. 그러나, 시스템은 일반적으로 이상적이지 않기 때문에, 수소와 일산화탄소의 비율은 일반적으로 화학양론적이 아니다. 기화기 설계에 따라, 합성 가스는 상당한 레벨의 질소와 같은 불활성 가스뿐만 아니라 상당한 탄화수소 함유물도 함유할 것이다. 통상적으로, 탄화수소 함유물은 주로 메탄이지만, C2 화합물도 존재할 수 있다.
합성 가스는 다양한 반응에 유용하다. 예를 들면, 합성 가스는 메탄올의 제조 공정에서 출발 물질로서 사용된다. 최대량의 메탄올을 제조하기 위해, R=(H2-CO2)/(CO+CO2)라 할 때, 공급물 합성가스의 R 비율은 2에 근접해야 한다. 전형적으로, 기화기가 통상적으로 일산화탄소의 화학양론적 과잉량을 사용하여 합성 가스를 생성하기 때문에 일어나는 낮은 R 비율을 합성 가스 공급물이 가지는 경우, 메탄올 합성 루프로부터 퍼지(purge)가 인출된다. 이어서, 수소는 이 퍼지로부터 분리되어, 낮은 R 비율과 관련된 문제를 해소하기 위해 메탄올 합성 루프로 재순환된다. 잔류하는 탄소-농후(carbon-rich) 스트림은 배출되어 연료 시스템으로 이송된다. 탄소-농후 스트림은 전형적으로는 탄화수소뿐만 아니라 질소와 다른 불활성 가스를 함유할 것이다. 이러한 통상적 공정의 예를 특허문헌 US4226795 및 WO2007/045966에서 찾아 볼 수 있다.
이러한 접근방법은 합성 가스의 낮은 R 비율과 관련된 문제를 해결하는 방향으로 어느 정도 진행되기는 하지만, 공정의 개선에 대한 필요성은 상존한다. 일반적으로, 연구 활동은 메탄올 플랜트에 공급되는 합성 가스 공급물 중 일산화탄소와 수소의 비를 개선하는 데 집중되어 왔다. 그러한 방법의 예는 특허문헌 US5496859, US4888130, WO2008/122399, EP1230203 및 US7220505에서 찾아 볼 수 있다. 이들 방법에 있어서, 합성 가스의 공급 스트림은 존재하는 모든 탄화수소를 수소로 변환시키는 개질 반응(reforming reaction)을 거친다. 이들 방법이 R 비율을 개선하기는 하지만, 특정한 단점과 문제점을 안고 있다. 특히, 이들 방법은 대형 개질 반응기 및 그와 관련된 설비를 필요로 하므로 투자비와 가동비가 모두 증가된다.
특허문헌 EP195200에는 메탄올 합성 공정으로부터의 퍼지 가스를 촉매방식 개질 처리한 다음, 일산화탄소로 변환시키는 방법이 기재되어 있다. 변환된 가스를 수소와 불활성 가스로 분리하기 위해 압력-스윙(pressure-swing) 흡착 유닛이 사용된다.
본 발명자들은, 추가적 수소를 제조하여 합성 루프로 재순환시키기 위해 개질 반응으로 처리하기 전에, 제거된 수소를 합성 루프로부터의 퍼지 중의 탄화수소 함유물이 가지는 개선된 방법이 제공될 수 있다는 사실을 발견했다. 이 방법은 합성 루프에 공급되는 합성 가스의 R 비율을 증가시킨다. 퍼지에 존재할 수 있는 질소 및 기타 불활성 물질은 폐연료 스트림 중에서 제거될 수 있다. 일반적으로, 반응 루프로부터 퍼지 스트림을 개질하게 되면, 불활성 물질이 허용될 수 없을 정도로 축적되는 것으로 예상된다. 그러나, 본 발명의 방법은 이 문제를 극복할 수 있다.
본 발명의 목적은 합성 가스 중의 수소와 일산화탄소의 비를 조절하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 합성 루프에 공급되는 합성 가스 스트림의 수소 함량을 향상시키는 방법으로서,
(a) 합성 루프로부터 수소와 탄화수소를 포함하는 퍼지 스트림을 제거하는 단계;
(b) 상기 퍼지 스트림으로부터 수소를 분리하는 단계;
(c) 상기 퍼지 스트림을 개질 장치(reformer)로 이송하여, 스팀 및 산소와 반응시켜, 수소와 일산화탄소를 포함하는 스트림을 제조하는 단계;
(d) 상기 개질된 반응 생성물 스트림을 시프트 반응(shift reaction)시켜 이산화탄소와 수소를 포함하는 스트림을 제조하는 단계;
(e) 상기 시프트 반응으로부터의 생성물 스트림을 분리 공정으로 처리하여 이산화탄소로부터 수소를 분리하는 단계;
(f) 상기 분리된 수소를 합성 루프에 공급하는 단계; 및
(g) 상기 이산화탄소를 제거하는 단계
를 포함하는, 수소 함량의 향상 방법이 제공된다.
퍼지 스트림의 탄화수소 함유물에 본 발명의 개질 단계를 수행하면, 추가적 수소를 생성시켜 합성 루프로 반송함으로써 합성 가스 스트림의 수소 함량을 개선할 수 있다. 이것은 합성 루프에서 수행되는 반응의 목표 생성물의 제조량을 증가시키게 된다. 따라서, 예를 들면, 2 미만의 R 비율을 가진 합성 가스가 메탄올의 제조에 사용되는 경우에, 본 발명에 따라 퍼지 가스를 처리하여 메탄올 합성 루프로 수소를 반송하면, 메탄올 제조량을 증가시키게 된다. 또한, 퍼지 스트림을 통한 탄소의 손실이 최소화됨으로써, 전체적 탄소 효율이 증가된다.
상기 분리 단계(b)가 존재함으로써 향상된 공정을 달성할 수 있다.
또한, 합성 루프로부터의 퍼지 스트림의 유량이 합성 루프에 공급되는 합성 가스 공급물의 유량보다 낮기 때문에, 본 발명의 개질 반응에 필요한 설비의 크기가 공급물을 개질 시키는 종래 기술의 설비에서의 크기보다 실질적으로 작다.
퍼지가 인출되는 반응 루프에 공급되는 합성 가스는 임의의 적합한 조성을 가질 수 있다. 본 발명의 방법에 의하면 존재하는 임의의 탄화수소로부터 수소를 얻을 수 있기 때문에, 가스는 비교적 높은 탄화수소 함량을 가질 수 있다. 일반적으로, 4% 이상의 탄화수소 함량이 사용될 수 있다.
합성 가스는 또한 질소와 같은 불활성 가스를 포함할 것이므로, 퍼지 스트림도 불활성 가스를 포함할 것이다. 본 발명의 방법에 의하면, 불활성 가스가 탄소 성분과 함께 본 발명의 공정을 통과하여 이산화탄소와 함께 제거될 것이므로, 불활성 가스를 효과적으로 취급할 수 있다. 불활성 가스가 효과적으로 취급될 수 있기 때문에, 합성 가스는 비교적 높은 불활성 가스 함량을 가질 수 있다. 따라서, 합성 가스는 1% 이상의 불활성 가스를 가질 수 있다. 실제로, 4% 이상의 불활성 가스를 가질 수도 있다.
본 발명의 방법은 다양한 반응에서 활용될 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 방법은, 화학양론적 함량보다 적은 수소 함량을 가지는 합성 가스가 공급물로서 사용되고, 탄화수소가 퍼지 중에 존재하는 임의의 공정에 적용될 수 있다. 본 발명의 방법은 특히, 메탄올을 제조하기 위한 공정에 적용될 수 있다. 본 발명의 방법은 또한 피셔-트롭슈(Fischer-Tropsch) 프로세스와 같은 다른 공정에 유용하다. 일반적으로 이러한 반응은, 불활성 가스 함량이 증가되고 그에 따라 퍼지 중의 불활성 가스 함량이 약 10% 이상일 수 있는 반응들이다.
본 발명의 방법에 공급되는 퍼지는 일반적으로, 원래의 공급물 중의 탄화수소, 및 존재할 경우, 불활성 가스의 상당한 부분을 함유할 것이다. 그것은 원래의 공급물 중의 약 90% 이상의 탄화수소, 및 존재할 경우, 불활성 가스일 수 있다.
단계(b)의 분리 공정에 있어서, 수소가 퍼지 스트림으로부터 분리된다. 분리된 수소는 합성 루프로 재순환될 수 있고, 탄화수소를 함유하는 나머지 스트림은 개질 반응으로 이송된다.
단계(b)에서 퍼지 스트림으로부터 수소를 분리하는 공정은 임의의 적합한 수단에 의해 수행될 수 있다. 일 구현예에 있어서, 멤브레인 분리 기술이 사용될 수 있다. 다른 구성에 있어서, 압력 스윙 흡착 공정이 사용될 수 있다.
또 다른 구성에 있어서, 탄화수소를 함유하는 스트림의 압력은 저하되어 단지 합성 루프로 직접 공급되는 데 필요한 압력에서 수소를 제조하기에 충분히 높은 정도로 될 것이다.
개질 장치에서 퍼지 스트림과 반응한 산소는 산소 스트림 또는 공기로서 공급될 수 있다. 공기의 사용은 공기 분리 유닛의 필요성을 배제하는 이점을 제공할 것이다. 공기를 사용함으로써 상기 공정의 수소 제조량이 감소될 수 있지만, 그 감소율은 일반적으로 5% 미만의 수준으로 작을 것이다. 공기의 사용에 의해 시스템으로 추가의 질소를 도입하는 것은 일반적으로 상업적 플랜트에 있어서는 문제점으로 간주된다. 그러나, 본 발명의 방법에 의해 불활성 가스를 효과적으로 취급할 수 있기 때문에, 질소가 이산화탄소와 함께 공정으로부터 제거될 것이므로 추가적 질소의 존재가 큰 문제를 나타내지는 않는다.
산소는, 순수한 산소로서 공급되든 공기로서 공급되든 간에 임의의 적합한 양이 사용될 수 있다. 그러나, 일 구현예에 있어서, 산소는 수소 제조를 극대화하도록 가능한 한 적은 양으로 유지될 수 있다.
개질 공정은 임의의 적합한 수단에 의해 수행될 수 있다. 일 구현예에 있어서, 오토서멀(autothermal) 개질 장치는 약 900∼약 1,050℃의 온도에서 가동된다. 개질 장치는 일반적으로 추가적 압축 없이 합성 가스 공급물로 재혼합될 수 있는 적합한 압력에서 가동될 것이다. 전형적으로, 그 압력은 약 20∼약 50bara이다.
개질 공정으로부터 제거된 스트림은 일반적으로, 그 스트림의 온도가 시프트 반응으로 유입되는 온도로서 최적인 온도가 되도록 임의의 적합한 수단에 의해 냉각될 것이다. 시프트 반응은 단일 스테이지 또는 복수의 스테이지로 수행될 수 있다. 시프트 반응은 임의의 적합한 조건에서 수행될 수 있다. 선택되는 조건은 일반적으로 선택되는 촉매에 의해 좌우될 것이다. 시프트 반응에 적합한 촉매 및 가동 조건의 예는 특허문헌 US1809978 및 US1330772에서 찾아 볼 수 있고, 그 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함된다. 몇몇 구현예에 있어서, 시프트 반응은 철계 촉매를 사용하여 약 350℃의 유입 온도 내지 약 450℃의 유출 온도에서 가동된 다음, 구리/아연 촉매를 사용하여 약 200℃의 유입 온도 내지 약 450℃의 유출 온도에서 상대적으로 낮은 시프트 온도에서 가동될 수 있다. 하나의 대안적 구현예에 있어서, 예를 들면 약 200℃의 유입 온도 내지 약 320℃의 유출 온도에서 가동되는 구리/아연 촉매를 사용하여 단일 매체 온도 시프트 스테이지가 사용될 수 있다.
단계(f)에서의 분리 공정은 임의의 적합한 수단에 의해 수행될 수 있다. 그러나, 양호한 수소 회수와 불활성 가스 배제를 제공하는 점에서 압력 스윙 흡착 공정이 특히 바람직하다.
본 발명의 방법에 의해 제조되는 수소는 임의의 적합한 순도를 가질 수 있다. 99% 이상과 같은 높은 순도가 메탄올 또는 피셔-트롭슈 반응에 필수적인 것은 아니지만, 고순도 수소의 제조는 소정의 이점을 제공한다. 또한, 그것은 다른 합성 루프에 대해서도 특히 바람직할 수 있다.
단계(f)에서 분리된 수소는 직접 합성 루프에 공급될 수도 있고, 또는 합성 루프로 반송되기 전에 단계(b)에서 제거된 수소와 합쳐질 수도 있다.
단계(g)에서 제거된 이산화탄소는 적절히 처리될 수 있다. 일 구현예에 있어서, 그 이산화탄소는 존재하는 임의의 불활성 가스와 함께 연료 시스템에 공급될 수 있다.
본 발명의 방법은 필요에 따라 열 회수 단계 및 냉각 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 분리 단계(e)에 앞서서 스트림으로부터 물을 응축시키는 단계를 포함할 수 있다.
앞에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 방법은 메탄올의 제조 공정에 사용하기에 특히 적합하다. 따라서, 본 발명의 제2 측면에 따르면,
메탄올 합성 루프에 합성 가스를 제공하는 단계;
상기 메탄올 합성 루프로부터 퍼지 스트림을 제거하는 단계; 및
본 발명의 상기 제1 측면에 따라 상기 퍼지 스트림을 처리하는 단계
를 포함하는, 메탄올의 제조 방법이 제공된다.
기화기를 기반으로 하는 플랜트에 있어서, 기화기로부터의 합성 가스 중 H2+CO는 고정되고, 제조되는 메탄올의 가능한 최대량은 2.0의 R-값에서 대체로 (H2+CO)/3이다. 여분의 수소를 제조함으로써 고정된 크기의 기화기에 대해 메탄올의 생산을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 방법은 또한 피셔-트롭슈 공정에 사용하기에 적합하다. 따라서, 본 발명의 제3 측면에 따르면,
피셔-트롭슈 루프에 합성 가스를 제공하는 단계;
상기 피셔-트롭슈 루프로부터 퍼지 스트림을 제거하는 단계; 및
본 발명의 상기 제1 측면에 따라 상기 퍼지 스트림을 처리하는 단계
를 포함하는, 피셔-트롭슈 반응의 수행 방법이 제공된다.
본 발명의 상기 제2 및 제3 측면에 있어서, 개질 공정으로부터 수소를 재순환함으로써, 합성 가스 공급물의 R-값을 반응의 수율을 극대화시키도록 조절할 수 있다.
본 발명에 의하면, 합성 가스 중의 수소와 일산화탄소의 비를 조절하는 방법이 제공된다.
도 1은 비교예 1의 방법에 대한 흐름도이다.
도 2는 실시예 2와 3의 방법에 대한 흐름도이다.
도 3은 비교예 4의 방법에 대한 흐름도이다.
당업자는 도면이 도식적인 것이며, 환류 드럼, 펌프, 진공 펌프, 압축기, 가스 재순환 압축기, 온도 센서, 압력 센서, 압력 릴리프 밸브, 컨트롤 밸브, 유량 컨트롤러, 레벨 컨트롤러 등과 같은 추가의 설비 품목이 상업적 플랜트에서는 필요할 수 있음을 이해할 것이다. 그러한 부수적 설비 품목의 제공은 본 발명의 일부를 형성하는 것이 아니며, 통상적 화학공학적 실시에 따른다.
퍼지는 합성 루프로부터 인출되어 라인을 통해 멤브레인 세퍼레이터에 공급된다. 분리된 수소는 라인을 통해 합성 루프에 공급되도록 반송된다. 퍼지 스트림의 나머지 성분들은 탄화수소와 불활성 가스를 포함하는 것으로, 라인을 통해 오토서멀 개질 장치로 이송된다. 스팀과, 공기로서 공급될 수 있는 산소는 라인을 통해 첨가된다. 오토서멀 개질 장치에서 제조된 수소와 일산화탄소는 라인을 통해 반응기로 이송되고, 반응기에서 시프트 반응이 수행되어 수소와 이산화탄소가 제조된다. 이것은 다음으로, 임의의 불활성 가스와 함께 라인을 통해 압력 스윙 흡수 장치로 이송되어 이산화탄소와 불활성 가스로부터 수소가 분리된다. 수소는 라인을 통해 합성 루프로 반송된다. 이산화탄소 및 존재하는 임의의 불활성 가스는 라인을 통해 제거되고, 연료로서 사용될 수 있다.
또 다른 구현예는 다음과 같이 설명될 수 있다. 이 구현예에서, 오토서멀 개질 장치 이전의 세퍼레이터는 생략된다. 여기서, 퍼지는 라인을 통해 오토서멀 개질 장치에 공급되고, 라인을 통해 첨가된 스팀 및 산소(공기로서 제공될 수 있음)와 반응한다. 오토서멀 개질 장치에서 제조된 수소와 일산화탄소는 라인을 통해 반응기로 이송되고, 여기서 시프트 반응이 수행되어 수소와 이산화탄소가 제조된다. 이것은 다음으로, 임의의 불활성 가스와 함께 라인을 통해 압력 스윙 흡수 장치로 이송되어 이산화탄소와 불활성 가스로부터 수소가 분리된다. 수소는 라인을 통해 합성 루프로 반송된다. 이산화탄소 및 존재하는 임의의 불활성 가스는 라인을 통해 제거되고, 연료로서 사용될 수 있다.
실시예
이하의 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 각각의 실시예에 있어서, 시프트 스테이지는 단일 매체 온도 시프트 반응기로 상정한다. 각각의 경우에, 기화기로부터의 합성 가스 중 H2+CO의 함량은 196,449 N㎥/h에서 동일하다.
비교예 1
이 비교예에서 활용된 흐름도가 도 1에 제공된다. 기화기로부터의 합성 가스는 라인(21)을 통해 합성 루프(22)에 공급된다. 조생성물(crude product)은 라인(23)을 통해 제거된다. 미반응 가스는 라인(24)을 통해, 멤브레인 세퍼레이터에서 수행되는 분리 단계(25)로 이송된다. 퍼지는 라인(26)을 통해 제거되고, 나머지는 라인(27)을 통해 라인(21)으로 재순환된다. 다양한 스트림의 조성은 표 1에 제시된 바와 같다.
실시예 2
실시예 2에서 활용된 흐름도가 도 2에 제공된다. 여기서, 기화기로부터의 합성 가스는 라인(20)을 통해 공급된다. 이것은 이어서, 재순환 스트림(이하에 설명됨)과 혼합되어 스트림(21)을 형성하는데, 이것은 메탄올 합성 루프(22)에 공급된다. 조생성물은 라인(23)을 통해 제거된다. 미반응 가스는 라인(24)을 통해, 멤브레인 세퍼레이터에서 수행되는 분리 단계(25)로 이송된다. 분리된 수소는 라인(27)을 통해 메탄올 합성 루프(22)로 반송된다. 나머지 성분들은 라인(28)을 통해 오토서멀 개질 장치(29)로 이송된다. 산소는 라인(30)을 통해 개질 장치에 공급된다. 오토서멀 개질 장치에서 제조된 수소와 일산화탄소는 라인(31)을 통해 반응기(32)로 이송되고, 여기서 시프트 반응이 일어나서 수소와 이산화탄소가 제조된다. 이것은 다음으로, 라인(33)을 통해 압력 스윙 흡수 장치(34)로 이송되어 임의의 불활성 가스로부터 수소가 분리된다. 수소는 라인(35)을 통해 합성 루프로 반송되고, 이산화탄소와 임의의 불활성 가스는 퍼지 스트림(36) 중에서 제거된다. 다양한 스트림의 조성은 표 1에 제시된 바와 같다.
실시예 2를 위한 반응 조건은 다음과 같았다:
메탄올 합성 반응기(22)는 약 22bara에서 가동되어, 270℃에서 반응기로부터 유출된다.
멤브레인 세퍼레이터(25): 회수율은 "스트림(27) 중 그 성분의 함량(단위; N㎥/h)"을 "스트림(24) 중의 그 성분의 함량(단위; N㎥/h)"으로 나눈 값이다. 수소 회수율 75%. 다른 회수율은 반올림되었다. CO 회수율 20%, CH4 회수율 15%, N2 회수율 15%, H2O 80%, 메탄올 회수율 50%.
개질 장치(29)는 약 33bara에서 가동되고, 975℃에서 반응기로부터 유출된다.
시프트(32)는 약 31bara에서 가동되고, 315℃에서 시프트로부터 유출된다.
PSA(34) 스트림(35) = 스트림(33)의 H2 함량 약 80%.
실시예 3
수소 대신에 라인(30)을 통해 공기가 첨가된 것 이외에는 실시예 2의 공정을 반복했다. 다양한 스트림의 조성은 표 1에 제시된 바와 같다.
비교예 4
분리 단계(25)를 생략하고 실시예 2의 공정을 반복했다. 흐름도가 도 3에 도시되어 있다.
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메탄올 합성 루프로의 합성 가스의 R-값은 실시예 2, 3 및 비교예 4에 있어서 동일하다. 실시예 1에 있어서, 기화기 시스템으로부터 합성 가스의 R-값은, 다른 실시예에 비해 약간 낮은 R-값을 메탄올 합성 루프에 제공하도록, 화학양론적 값보다 약간 더 높아야 한다는 것을 알아야 한다.
비교예 4에 있어서, 산소 소비량은 실시예 2보다 높지만, 메탄올 제조량은 더 낮게 달성된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 분리 단계(25)의 압력의 이점을 알 수 있다.
비교예 1 실시에 2 실시에 3 비교예 4

기화기
시스템
으로부터의
합성 가스
(스트림(20))

 물 0.01% 0.10% 0.10% 0.10%
수소 62.37% 58.94% 59.47% 59.79%
CO 26.54% 29.97% 29.44% 29.12%
CO2 3.00% 3.00% 3.00% 3.00%
메탄 4.00% 4.00% 4.00% 4.00%
질소 4.00% 4.00% 4.00% 4.00%
총 유량
(N㎥/h)
220950
220950
220950
220950
R-값 2.010 1.697 1.741 1.768

메탄올
합성 루프에
공급되는
합성 가스
(스트림(21))

 물 0.11% 0.10% 0.10% 0.08%
수소 64.63% 66.35% 66.35% 66.82%
CO 23.89% 23.73% 23.73% 24.03%
CO2 2.96% 2.55% 2.55% 2.47%
메탄 4.11% 3.57% 3.57% 3/30%
질소 4.29% 3.70% 3.70% 3.30%
총 유량
(N㎥/h)
247650
280780
276687		 267760
R-값 2.296 2.428 2.428 2.428
개질장치에
공급되는
산소 소스
(스트림(30))		 N2+Ar
(N㎥/h)
0
1
1052
1
산소
(N㎥/h)
0
279
279
335
개질장치로부터
(스트림(35))		 수소
(N㎥/h)
0
26450
22890
46810
조생성물
(스트림(23))		 메탄올
(N㎥/h)
61561
60609
68497
67510
효율 94.01% 106.30% 104.60% 103.10%
= 3 메탄올/기화기로부터의 (H2+CO)

Claims (13)

  1. 합성 루프에 공급되는 합성 가스 스트림의 수소 함량을 향상시키는 방법으로서,
    (a) 합성 루프로부터 수소와 탄화수소를 포함하는 퍼지 스트림을 제거하는 단계;
    (b) 상기 퍼지 스트림으로부터 수소를 분리하는 단계;
    (c) 상기 퍼지 스트림을 개질 장치(reformer)로 이송하여, 스팀 및 산소와 반응시켜, 수소와 일산화탄소를 포함하는 스트림을 제조하는 단계;
    (d) 상기 개질된 반응 생성물 스트림을 시프트 반응(shift reaction)시켜 이산화탄소와 수소를 포함하는 스트림을 제조하는 단계;
    (e) 상기 시프트 반응으로부터의 생성물 스트림을 분리 공정으로 처리하여 이산화탄소로부터 수소를 분리하는 단계;
    (f) 상기 분리된 수소를 합성 루프에 공급하는 단계; 및
    (g) 상기 이산화탄소를 제거하는 단계
    를 포함하는, 합성 가스 스트림의 수소 함량의 향상 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 퍼지 스트림이 불활성 가스를 추가로 포함하는, 합성 가스 스트림의 수소 함량의 향상 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분리된 수소가 상기 합성 루프로 재순환되는, 합성 가스 스트림의 수소 함량의 향상 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계(b)에서의 분리 공정이 멤브레인 분리에 의해 수행되는, 합성 가스 스트림의 수소 함량의 향상 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 개질 장치에서 상기 퍼지 스트림과 반응하는 산소가 공기로서 공급되는, 합성 가스 스트림의 수소 함량의 향상 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 개질 공정이 오토서멀(autothermal) 개질 장치에서 수행되는, 합성 가스 스트림의 수소 함량의 향상 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 오토서멀 개질 장치가 900∼1,050℃에서 가동되는, 합성 가스 스트림의 수소 함량의 향상 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 개질 장치가 20∼50bara의 압력에서 가동되는, 합성 가스 스트림의 수소 함량의 향상 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 단계(f)에서의 분리 공정이 압력 스윙 흡착(pressure swing adsorption)에 의해 수행되는, 합성 가스 스트림의 수소 함량의 향상 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 단계(f)에서 분리된 수소가 직접 합성 루프에 공급되거나, 또는 상기 단계(b)에서 제거된 수소가 존재할 경우, 그 수소가 상기 합성 루프로 반송되기 전에 상기 단계(f)에서 분리된 수소가 상기 단계(b)에서 분리된 수소와 혼합되는, 합성 가스 스트림의 수소 함량의 향상 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 단계(g)에서 제거된 이산화탄소가, 존재하는 불활성 가스와 함께 연료 시스템에 공급되는, 합성 가스 스트림의 수소 함량의 향상 방법.
  12. 메탄올 합성 루프에 합성 가스를 제공하는 단계;
    상기 메탄올 합성 루프로부터 퍼지 스트림을 제거하는 단계; 및
    제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따라 상기 퍼지 스트림을 처리하는 단계
    를 포함하는, 메탄올의 제조 방법.
  13. 피셔-트롭슈(Fischer-Tropsch) 합성 루프에 합성 가스를 제공하는 단계;
    상기 피셔-트롭슈 합성 루프로부터 퍼지 스트림을 제거하는 단계; 및
    제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따라 상기 퍼지 스트림을 처리하는 단계
    를 포함하는, 피셔-트롭슈 반응의 수행 방법.
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