KR102289442B1 - 수성가스 전환 반응기 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중온 촉매(MTS Catayst)와 저온촉매(LTS Catalyst)를 이용한 수성가스 전환 반응기 및 그 제조방법에 관한 것으로, 240℃ 내지 280℃에서 반응하는 중온 촉매를 포함하는 중온 전환 반응기(MTS), 합성가스가 유입되는 합성가스 입구 노즐부, 적어도 하나 이상의 합성 가스 분배구를 포함하고, 상기 합성가스 입구 노즐부로 유입된 합성 가스를 상기 중온 촉매가 충전된 중온 전환 반응기(MTS)로 상기 적어도 하나 이상의 합성 가스 분배구를 통해 분할 투하는 합성 가스 분배 노즐부 및 상기 합성 가스 분배 노즐부에서 투하되어 전환 반응이 완료된 전환 합성 가스를 배출하는 전환 가스 배출 노즐부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수성가스 전환 반응기에 의해 그 구조가 간단한 수성가스 전환 반응기 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

수성가스 전환 반응기 및 그 제조방법{Water gas shift Reactor and Manufacturing method thereof}
본 발명은 수성가스 전환 반응기 및 그 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 중온 촉매(MTS Catayst)와 저온촉매(LTS Catalyst)를 이용한 수성가스 전환 반응기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
수성가스 전환반응은 일산화탄소와 물(수증기)이 촉매 상에서 반응하여 이산화탄소와 수소가 생성되는 반응을 말한다.
수소 생산 과정에서 수소 전환 공정은 석탄가스화 혹은 LNG 개질기에서 나오는 합성 가스 중 일산화탄소(CO)가 스팀(H2O)과 반응하여 수소(H2)와 이산화탄소(CO2)를 생산하는 장치이다. 이와 같은 반응식(수성가스 전환반응, water gas shift reaction) 식은 이하의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112019114000943-pat00001
수학식 1에서 알 수 있듯이, 수성가스 전환반응은 발열반응이기 때문에 르샤틀리에(LeChatelier) 법칙에 의해 평형상태에서 온도가 증가하거나 스팀분율이 낮을 때 역반응이 일어나고 따라서 반응 효율이 감소하게 된다.
이러한 평형 반응의 특성을 극복하면서 반응 효율을 증대시키기 위해, 종래기술들은 반응기를 350℃~400℃ 에서 작동하는 고온 전환반응기(high temperature CO shift reactor) 또는 등온반응기(low temperature CO shift reactor)와 함께 2단으로 구성하고, 이 사이의 열 교환기를 통해 열을 제거함으로써 저온 전환 반응기에 유입되는 합성가스를 저온 상태로 만들어 반응 효율을 증대시킬 수 있다.
화학양론적으로 일산화탄소 분율 대비 2.5~3.0배의 스팀을 투입하여 반응 효율을 향상시킬 수 있다.
전통적인 2단 혹은 그 이상의 반응기로 구성된 전환 공정의 경우, 공정이 복잡하고 이로 인한 투자비가 증가하는 단점이 있고, 과량의 스팀을 사용함에 따라 운전비가 상승한다는 문제점이 있다.
또한 종래의 기술에서 합성 가스 중 98% 이상의 일산화탄소를 수소로 전환하려면 두 개 또는 그 이상의 반응기로 구성해야 한다.
예를 들어 일반적인 고온/저온 전환 반응기로 구성된 종래 기술의 최소 장치의 수는 고온반응기(HTS Reactor), 고온반응열회수기(Heat Recovery Unit), 응축기(Condenser), 수분리기(Water Separator), 저온 전환 반응기용 예열기(Preheater) 및 저온반응기(LTS Reactor)등으로 적어도 6개의 장치가 필요하다.
KR 10-2018-0134117 A KR 10-2012-0128235 A KR 10-2019-0111539 A
본 발명은 이 같은 기술적 배경에서 도출된 것으로, 그 구조가 간단한 수성가스 전환 반응기 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
나아가 생물학적 수성가스 전환반응에서 수소의 생산성을 증진시킬 수 있는 수성가스 전환 반응기 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같은 구성을 포함한다.
즉 본 발명의 일 실시예에 따른 수성가스 전환 반응기는 240℃ 내지 280℃에서 반응하는 중온 촉매를 포함하는 중온 전환 반응기(MTS reactor), 합성가스가 유입되는 합성가스 입구 노즐부, 적어도 하나 이상의 합성 가스 분배구를 포함하고, 상기 합성가스 입구 노즐부로 유입된 합성 가스를 상기 중온 촉매가 충전된 중온 전환 반응기(MTS reactor)로 상기 적어도 하나 이상의 합성 가스 분배구를 통해 분할 투하는 합성 가스 분배 노즐부 및 상기 합성 가스 분배 노즐부에서 투하되어 전환 반응이 완료된 전환 합성 가스를 배출하는 전환 가스 배출 노즐부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 수성가스 전환 반응기의 제조방법은 중온 전환 반응기(MTS reactor)에 240℃ 내지 280℃에서 반응하는 중온 촉매를 충전하는 단계, 합성가스를 유입시키기 위한 합성가스 입구 노즐부를 형성하는 단계, 합성 가스 분배 노즐부에 상기 합성가스 입구 노즐부로 유입된 합성 가스를 상기 중온 촉매가 충전된 중온 전환 반응기(MTS reactor)로 분할 투하하도록 적어도 하나 이상의 합성 가스 분배구를 형성하는 단계 및 상기 합성 가스 분배 노즐부에서 투하되어 전환 반응이 완료된 전환 합성 가스가 배출되도록 전환 가스 배출 노즐부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 그 구조가 간단한 수성가스 전환 반응기 및 그 제조방법을 제공할 수 있는 효과가 도출된다. 즉, 다수의 반응기, 열교환기 및 시스템의 효율의 변화없이 하나의 반응기로 단일화할 수 있어 투자비 및 부지 절감 효과가 도출된다.
또한, 반응에 사용되는 스팀의 양을 최고 50%까지 절감할 수 있다. 스팀의 사용은 수성가스 전환에 소요되는 가장큰 부재료이므로 그 절감 효과로 인해 생산 원가의 약 25%정도를 절감할 수 있게 된다.
한편, 최근 정부는 '수소경제'를 추진하고 있다. 현재 수소의 정책 가격이 kg당 8,000원인데, '40년까지 3,000원까지 낮출 계획이다. 정부의 이러한 목표에 부합하기 위해 현실적으로 LNG와 석탄을 통해 수요를 충당해야한다.
본 발명에 따른 수소 전환 공정은 LNG와 석탄에서 나오는 합성가스를 수소로 전환시킬 수 있는 핵심 공정으로 이 공정의 효율을 증대시키고 투자비를 감소시킴으로써 정부가 추진하는 '수소경제'에 크게 기여할 수 있는 효과가 있다.
나아가 생물학적 수성가스 전환반응에서 수소의 생산성을 증진시킬 수 있는 수성가스 전환 반응기 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 수성가스 전환 반응기의 구성을 도시한 예시도,
도 2는 일 실시예에 따른 수성가스 전환 반응기의 합성 가스 분할 삽입에 의한 효과를 설명하기 위한 예시도,
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 수성가스 전환 반응기에서 합성 가스의 분할 투입구를 도시한 예시도,
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 수성가스 전환 반응기의 보일러수 예열 및 포화 상태를 설명하기 위한 예시도,
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 수성가스 전환 반응기의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 수성가스 전환 반응기의 구성을 도시한 예시도이다.
일 실시예에 있어서 수성가스 전환 반응기(10)는 수직형 열 교환기 구조로 구현된다.
즉, 일 실시예에 있어서 합성가스는 수성가스 전환 반응기(10)의 튜브측(Tube Side) 상부로 유입되어 하부로 배출된다.
기존의 수성가스 전환 반응기에서 고효율의 일산화탄소 전환을 위해서는 과량의 스팀을 합성가스에 투입해야 하는데, 과량의 스팀을 사용하는 것은 스팀을 생산하는 에너지비용이 뿐 아니라 공정 운전 중 HTS(high temperature CO shift) 반응 후 LTS(Low temperature CO shift) 반응을 위해 온도를 낮추는 과정에서 과량으로 투입되는 스팀의 일부가 응축되는 현상이 발생하게 된다.
이 현상을 최소화하기 위해 종래의 수성가스 전환 반응기는 고온 반응기와 저온반응기 사이에 응축기, 기수 분리기 및 예열기가 구비되어야 했다. 반면, 스팀 투입량을 감소시키면 반응 효율이 저하될 뿐 아니라 반응 가스의 온도가 상승하게 되어 촉매 수명 저하 등 공정 운전상 여러 가지 문제점이 야기된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수성가스 전환 반응기(10)는 조성이 다른 합성가스 및 스팀 혼합 가스를 고온 반응기의 가스 흐름 방향으로 분할하여 투입함으로써 전체 투입된 스팀의 양을 감소시키면서 고온 반응기 촉매 층의 모든 부분에서 스팀/일산화탄소의 비율을 3 이상으로 유지할 수 있다. 이는 주입되는 스팀의 양이 줄어든 만큼 수성가스 반응에 의해 생산되는 일산화탄소의 양도 감소하기 때문이다.
일 실시예에 따른 수성가스 전환 반응기(10)는 도 1 에서와 같이 합성가스 입구 노즐부(110), 중온 전환 반응기(MTS reactor, 100), 합성가스 분배 노즐부(120), 전환 가스 배출 노즐부(130), 저온 전환 반응기(LTS, 105), 격막(Baffle, 140)쉘부(Shell Side), 기수 분리기(150), 개구부(145)를 포함한다.
합성가스 입구 노즐부(110)는 합성가스(Sysgas)가 유입되는 구성이며, 수성가스 전환 반응기(10)의 상측에 위치한다. 추가적으로 합성가스와 스팀(Steam)이 더 유입될 수 있다.
중온 전환 반응기(MTS, 100)는 240℃ 내지 280℃에서 반응하는 중온 촉매를 포함한다. 일 실시예에 있어서 중온 전환 반응기(100)는 반응 효율을 증대시키고 동시에 촉매를 보호하기 위해 대량의 일산화탄소가 반응하며 발생하는 반응열을 제거해줘야 한다.
저온 전환 반응기(LTS reactor, 105)는 중온 전환 반응기(MTS reactor, 100)의 하단부에 구비되며, 약 180℃ 내지 220℃에서 반응하는 저온 촉매를 포함한다. 저온 전환 반응기(105)는 중온 전환 반응기(100)에서의 반응열을 제거해주기 위함이다.
합성 가스 분배 노즐부(120)는 적어도 하나 이상의 합성 가스 분배구(125)를 포함하고, 합성가스 입구 노즐부(120)로 유입된 합성 가스를 중온 촉매가 충전된 중온 전환 반응기(MTS reactor)로 상기 적어도 하나 이상의 합성 가스 분배구(125)를 통해 분할 투하한다.
이때 합성 가스 분배 노즐부(120)는 합성가스 및 스팀이 중온(MTS) 촉매 층 전반으로 유입될 수 있도록 수직형 길이 방향으로 최소 2열 이상의 합성 가스 분배구(125)를 포함한다.
일 양상에 있어서 적어도 하나 이상의 합성 가스 분배구(125)는 일정한 간격으로 이격된다.
가스 배출 노즐부(130)는 수성가스 전환 반응기의 하측에 마련되며, 합성 가스 분배 노즐부(120)에서 투하되어 전환 반응이 완료된 전환 합성 가스를 배출한다.
격막(Baffle, 140)은 중온 전환 반응기(100)의 중온 촉매와 저온 전환 반응기(105)의 저온 촉매 사이를 차단한다.
추가적인 양상에 있어서, 격막(140) 하부에 보일러수가 수평으로 이동하면서 쉘부의 상부로 이동할 수 있도록 설치된 유로 유도판을 더 포함할 수 있다. 격막(140)의 상부에는 별도의 격막을 두지 않아서 중온 전환 반응기(100)에서 포화된 스팀이 용이하게 쉴부 상부로 올라가도록 구현된다.
기존에는 중온 전환 반응기(100)와 저온 전환 반응기(105) 간에 운전 온도가 상이하기 때문에 별도의 열교환기 또는 폐열 회수 보일러를 사용해야 했다.
그러나 일 실시예에 따른 수성 전환 반응기(10)는 중온 촉매와 저온 촉매를 수직 열교환기형 수성 전환 반응기(10)의 튜브측 상 하부에 각각 장착하고, 하나의 수성 전환 반응기(10)내에서 운전 온도 조건이 상이한 두 가지 촉매의 온도 조건이 각각 유지될 수 있도록 상부 중온 촉매 부분과 하부 저온 촉매 부분을 구분하여 쉘측에 격막(140)을 둠으로 구분하는 것이다.
쉘부는 중온 전환 반응기(100)와 저온 전환 반응기(105)를 포함하는 튜브부에서 발생하는 반응열에 의해 보일러수(Boiler Feed Water, BFW)를 예열시킨다.
하부측의 저온 촉매 부분에 해당하는 쉘측에 보일러수(BFW)가 예열되어 상부 중온 촉매부분의 쉘측으로 유입된다. 그러면 높은 반응열이 발생하는 중온 촉매의 열로 저온 촉매에서 예열된 보일러수를 포화시켜 결과적으로 일정한 온도를 유지시킬 수 있다.
기수 분리기(150)는 쉘부에서 배출되는 물과 스팀을 분리하여 스팀은 배출하고 물은 저온 전환 반응기(105)로 재순환시킨다.
이때 보일러 공급수(Boiler Feed Water, BFW)는 수성 전환 반응기(10)의 쉘부(Shell Side) 최하부로 유입되고, 중온(MTS) 촉매층 최상단에서 스팀이 배출되어 기수분리기(Water Separator)로 연결되는 구조로 구현된다.
또한 기수 분리기(150) 하부의 드레인 라인(Drain Line)은 수성 전환 반응기(10)의 쉘부(Shell Side) 중 중온 촉매 층의 하부에 해당하는 높이에 연결되는 구조로 구현된다.
추가적인 양상에 따라 기수 분리기(150)의 액위를 감지하는 센서를 더 포함하고, 이 센서에서 액위를 감지하여 공급수의 유량을 제어할 수 있도록 보일러수 공급라인에 제어벨브(Control Valve)가 설치될 수 있다.
또한, 격막(140)의 상하부로 물이 통과할 수 있도록 상기 쉘부의 측면에 형성되는 개구부(145)를 더 포함한다.
도 2는 일 실시예에 따른 수성가스 전환 반응기의 합성 가스 분할 삽입에 의한 효과를 설명하기 위한 예시도이다. 즉, 일 실시예에 따른 수성가스 전환 반응기(10)는 합성 가스(Syngas)를 중온 전환 반응기(100)의 가스 흐름 방향으로 분할하여 투입한다.
표 1은 도 2 에서 분할 삽입에 의한 전환 반응 결과를 설명하기 위한 것이다.
구 분 1단 2단 3단 4단 5단 합계
In Out In Out In Out In Out In Out
반응기 투입 가스 H2 100 100 100 100 100 500
CO 200 200 200 200 200 1,000
H2O 1,700 1,700
반응기 가스 조성 H2 100 220 320 488 588 775 875 1,070 1,170 1,368
CO 200 80 280 112 312 125 325 130 330 132
CO2 120 120 288 288 475 475 670 670 868
Steam 1,700 1,580 1,580 1,412 1,412 1,225 1,225 1,030 1,030 832
H 2 O/CO 8.5 19.8 5.6 12.6 4.5 9.8 3.8 7.9 3.1 6.3
표 1은 일반적인 석탄 가스화를 통해 나오는 합성가스와 유사한 수소/일산화탄소(1:2)를 가진 합성가스를 중온 전환 반응기에 단계별로 분할 투입할 때 필요한 스팀의 소요량을 부피 기준으로 계산한 것이다.
그림 2 와 표 1에서와 같이 합성가스(Syngas) 총량 150, 일산화탄소 총량1000, 스팀의 총량 1700일 경우에 다음과 같은 수학식들로 표현할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112019114000943-pat00002
[수학식 3]
Figure 112019114000943-pat00003
[수학식 4]
Figure 112019114000943-pat00004
그리고 전체 Steam/CO 비율을 수학식 4에 의해 구하면 약 1.7 이 산출된다.
이는 종래의 Steam/CO 비율인 3.0에 비해 스팀 양을 40% 이상을 절약할 수 있는 효과가 있다.
도 2 에서 각 단(Stage)을 기준으로 볼 때도 입구 및 출구의 Steam/CO 비율은 3.1~19.8로 적절한 평형 반응을 유도할 수 있는 상태로 유지된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수성가스 전환 반응기(10)는 하나의 반응기에서 가능하도록 단일 고온 반응기 안에서 각각 튜브측에 가스 흐름 방향으로 합성가스 투입관을 설치하고, 이 배관에 다수의 합성가스 분배구(125)를 형성하여 고온 반응기를 일원화한다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고 각단(Stage)의 반응기는 각각 독립된 반응기로 구성되는 것도 가능하다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 수성가스 전환 반응기에서 합성 가스의 분할 투입구를 도시한 예시도이다.
일반적으로 고온 전환 반응기(HTS reactor)의 촉매 운전온도는 350℃~400℃이다. 이를 대체할 수 있는 중온 전환 반응기(MTS reactor: Middle Temperature Shift reactor,100)의 운전 온도는 약 250℃이다. 고온 및 중온 전환 반응기는 반응 효율을 증대시키고 동시에 촉매를 보호하기 위해 대량의 일산화탄소가 반응하며 발생하는 반응열을 제거해주어야 한다.
저온 전환 반응기의 운전 온도는 200℃ 내외로 고온 및 중온 전환 반응기와 운전 온도가 다르기 때문에 종래의 반응기는 별도의 열교환기 또는 폐열 회수 보일러를 사용해야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수성가스 전환 반응기(10)는 중온 촉매(MTS Catayst)와 저온촉매(LTS Catalyst)를 수직 열교환기형 수성가스 전환 반응기(10)의 튜브 측 상부에 중온 촉매를 장착하고 하부에 저온 촉매를 장착한다. 즉 하나의 반응기 내에 운전 온도 조건이 상이한 두 촉매의 온도 조건이 유지될 수 있도록 상부의 중온 촉매 부분과 하부의 저온 촉매 부분으로 구분하고 쉘측(Shell Side)에 격막(Baffle)을 둠으로 구분할 수 있다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 수성가스 전환 반응기의 보일러수 예열 및 포화 상태를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4에서 알 수 있듯이, 하부 저온촉매 부분에 해당하는 쉘 측에 보일러수(BFW)가 예열되어 상부 중온 촉매 부분의 쉘측으로 유입되어 높은 반응열이 발생하는 중온 촉매의 열로 저온 촉매로 예열된 보일러수를 포화시켜 결과적으로 일정 온도를 유지할 수 있다.
일 실시예에 따르면 Steam/CO 비율이 종전 3.0에서 1.7 전후로 낮아진다. 표 1 의 5단 출구 조성에서 알 수 있듯이 일산화탄소의 비율이 가장 높은 석탄가스화 합성가스(일산화탄소:수소=2:1)의 경우에도 중온 전환 반응기 출구의 합성가스 중의 스팀 비율이 26%이다.
일반적으로 상업적으로 제조되는 합성가스의 압력이 50기압 이하이므로 저온 전환 반응기 온도인 200℃ 전후로 냉각하여도 스팀이 응축하지 않아 응축기, 기액 분리기 및 예열장치 없이 중온 반응이 끝난 합성가스를 저온 반응에 적합한 온도인 200℃ 전후까지 냉각하여 곧바로 저온 반응을 시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 수성가스 전환 반응기(10)의 촉매를 220℃로 예열하고, 쉘측에는 200℃의 보일러 공급수(Boiler Feed Water, BFW)를 채우고 쉘측의 압력을 40기압으로 조정한다.
이때 합성가스의 조성은 일산화탄소 67%, 수소 33%이고, 합성가스의 총 유량은 10,000Nm3/h이다. 10,000Nm3/h의 합성가스 중 2,000Nm3/hr의 합성가스는 9,000kg의 스팀과 혼합되어 합성가스 입구 노즐로 유입되고, 8,000Nm3/hr의 합성가스는 합성가스 분배노즐로 유입되어 MTS 촉매층 내부에 가스 흐름 방향으로 형성된 2 내지 5 개의 합성가스 분배구(125)를 통해 MTS 촉매층으로 유입된다.
합성가스의 투입으로 촉매층에서 수성가스 전환 반응과 함께 열이 발생되고, 발생된 열은 쉴측의 보일러 공급수(BFW)를 가열하여 일부의 물이 250℃ 40 기압의 스팀으로 변환되어 기수 분리기(150)로 배출된다. 이때 기수 분리기(150)는 미말 동반된 물을 기수 분리기(150)하부에서 반응기 중하부에 위치한 보일러수 순환구를 통해 반응기 쉘측으로 유입시킨다.
그리고 스팀 발생으로 쉘측의 액위가 낮아지면 자동으로 자동 유량 조절 벨브에 의해 150℃의 보일러 공급수(BFW)가 쉘측 하부의 보일러수 공급 노즐로 유입되고, 유입된 보일러수는 LTS 촉매 튜브측 외곽으로부터 예열된다. 이 과정에서 LTS 촉매층의 온도는 200℃ 전후로 조절된다.
예열된 보일러수는 MTS 촉매층과 LTS 촉매층 사이의 격막(140)에 형성된 개구부(145)를 통해 MTS 쉘측으로 유출되고 MST 반응열을 흡수하여 스팀으로 변화된다.
합성 가스 중에 포함된 일산화탄소는 MST 촉매층을 지나면서 약 90%가 수소로 전환된다. 그리고 수성가스 반응으로 1차 전환된 합성가스는 LTS 촉매층에서 약 200℃ 전후로 냉각되면서 추가적인 수성 가스 전환 반응을 일으켜 합성 가스 중에 포함된 일산화탄소의 99% 이상이 수소로 전환된다. 이때 LTS 촉매층에서 배출되는 합성가스(Shifted gas)의 온도는 약 190℃이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 수성가스 전환 반응기의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
먼저, 수성가스 전환 반응기의 제조방법은 중온 전환 반응기(MTS reactor)에 240℃ 내지 280℃에서 반응하는 중온 촉매를 충전한다(S500). 그리고 합성가스를 유입시키기 위한 합성가스 입구 노즐부를 형성한다(S510).
그리고 합성 가스 분배 노즐부에 합성가스 입구 노즐부로 유입된 합성 가스를 중온 촉매가 충전된 중온 전환 반응기(MTS reactor)로 분할 투하하도록 적어도 하나 이상의 합성 가스 분배구를 형성한다(S520).
이때 합성 가스 분배 노즐부는 합성가스 및 스팀이 중온(MTS) 촉매 층 전반으로 유입될 수 있도록 수직형 길이 방향으로 최소 2열 이상의 합성 가스 분배구를 포함한다.
본 발명의 특징적인 양상에 따라 적어도 하나 이상의 합성 가스 분배구를 형성하는 단계는, 적어도 하나 이상의 합성 가스 분배구를 일정한 간격으로 이격되게 형성한다.
그리고 합성 가스 분배 노즐부에서 투하되어 전환 반응이 완료된 전환 합성 가스가 배출되도록 전환 가스 배출 노즐부를 형성한다(S530).
또한, 중온 전환 반응기(MTS reactor)의 하단부에 구비되는 저온 전환 반응기(LTS reactor)에 약 180℃ 내지 220℃에서 반응하는 저온 촉매를 충전한다(S540).
일 양상에 있어서, 중온 전환 반응기의 중온 촉매와 저온 전환 반응기의 저온 촉매 사이에 격막(Baffle)을 형성한다(S550). 그리고 중온 전환 반응기와 저온 전환 반응기를 포함하는 튜브부에서 발생하는 반응열에 의해 보일러수(Boiler Feed Water)가 예열되도록 쉘부(Shell Side)를 형성한다(S560).
이후에, 쉘부에서 배출되는 물과 스팀을 분리하여 스팀은 배출하고 물은 저온 전환 반응기로 재순환시키는 기수 분리기를 형성하고(S570), 격막의 상하부로 물이 통과할 수 있도록 쉘부의 측면에 개구부를 형성한다(S580).
쉘부는 중온 전환 반응기와 저온 전환 반응기를 포함하는 튜브부에서 발생하는 반응열에 의해 보일러수(Boiler Feed Water)를 예열시킨다.
하부측의 저온 촉매 부분에 해당하는 쉘측에 보일러수(BFW)가 예열되어 상부 중온 촉매부분의 쉘측으로 유입된다. 그러면 높은 반응열이 발생하는 중온 촉매의 열로 저온 촉매에서 예열된 보일러수를 포화시켜 결과적으로 일정한 온도를 유지시킬 수 있다.
기수 분리기는 쉘부에서 배출되는 물과 스팀을 분리하여 스팀은 배출하고 물은 저온 전환 반응기로 재순환시키기 위한 기술적 구성이다.
이때 보일러 공급수(Boiler Feed Water, BFW)는 수성 전환 반응기의 쉘부(Shell Side) 최하부로 유입되고, 중온(MTS) 촉매층 최상단에서 스팀이 배출되어 기수분리기(Water Separator)로 연결되는 구조로 구현된다.
전술한 방법은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD 와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 수성가스 전환 반응기 100 : 중온 전환 반응기
105 : 저온 전환 반응기 120 : 합성가스 분배 노즐부
125 : 합성가스 분배구 130 : 전환가스 배출 노즐부
140 : 격막 145 : 개구부
150 : 기수 분리기

Claims (15)

  1. 합성가스가 유입되는 합성가스 입구 노즐부;
    240℃ 내지 280℃에서 반응하는 중온 촉매를 포함하는 중온 전환 반응기(MTS);
    상기 중온 전환 반응기(MTS)의 하단부에 구비되며, 180℃ 내지 220℃에서 반응하는 저온 촉매를 포함하는 저온 전환 반응기(LTS);
    상기 중온 전환 반응기의 중온 촉매와 상기 저온 전환 반응기의 저온 촉매 사이에 구비되며, 일측에 상기 중온 전환 반응기와 상기 저온 전환 반응기를 연통하는 개구부를 포함하는 격막(Baffle);
    적어도 하나 이상의 합성 가스 분배구를 포함하고, 상기 합성가스 입구 노즐부로 유입된 합성 가스를 상기 중온 촉매가 충전된 중온 전환 반응기(MTS)로 상기 적어도 하나 이상의 합성 가스 분배구를 통해 분할 투하하는 합성 가스 분배 노즐부; 및
    상기 합성 가스 분배 노즐부에서 투하되어 전환 반응이 완료된 전환 합성 가스를 배출하는 전환 가스 배출 노즐부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수성가스 전환 반응기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 중온 전환 반응기와 상기 저온 전환 반응기를 포함하는 튜브부에서 발생하는 반응열에 의해 보일러수(Boiler Feed Water, BFW)가 예열되는 쉘부(Shell Side);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수성가스 전환 반응기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 쉘부에서 배출되는 물과 스팀을 분리하여 스팀은 배출하고 물은 상기 저온 전환 반응기로 재순환시키는 기수 분리기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수성가스 전환 반응기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 개구부는, 상기 격막의 상하부로 물이 통과할 수 있도록 상기 쉘부의 측면에 형성되는 것을 특징으로 하는 수성가스 전환 반응기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 합성 가스 분배구는 일정한 간격으로 이격되는 것을 특징으로 하는 수성가스 전환 반응기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 수성가스 전환 반응기는 수직형 열교환기 구조인 것을 특징으로 하는 수성가스 전환 반응기.
  9. 중온 전환 반응기(MTS)에 240℃ 내지 280℃에서 반응하는 중온 촉매를 충전하는 단계;
    합성가스를 유입시키기 위한 합성가스 입구 노즐부를 형성하는 단계;
    합성 가스 분배 노즐부에 상기 합성가스 입구 노즐부로 유입된 합성 가스를 상기 중온 촉매가 충전된 중온 전환 반응기(MTS)로 분할 투하하도록 적어도 하나 이상의 합성 가스 분배구를 형성하는 단계; 및
    상기 합성 가스 분배 노즐부에서 투하되어 전환 반응이 완료된 전환 합성 가스가 배출되도록 전환 가스 배출 노즐부를 형성하는 단계;
    상기 중온 전환 반응기(MTS)의 하단부에 구비되는 저온 전환 반응기에 180℃ 내지 220℃에서 반응하는 저온 촉매를 충전하는 단계; 및
    상기 중온 전환 반응기의 중온 촉매와 상기 저온 전환 반응기의 저온 촉매 사이, 일측에 상기 중온 전환 반응기와 상기 저온 전환 반응기를 연통하는 개구부를 포함하는 격막(Baffle)을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수성가스 전환 반응기의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 중온 전환 반응기와 상기 저온 전환 반응기를 포함하는 튜브부에서 발생하는 반응열에 의해 보일러수(Boiler Feed Water, BFW)가 예열되도록 쉘부(Shell Side)를 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수성가스 전환 반응기의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 쉘부에서 배출되는 물과 스팀을 분리하여 스팀은 배출하고 물은 상기 저온 전환 반응기로 재순환시키는 기수 분리기를 형성하는 단계; 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수성가스 전환 반응기의 제조방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 개구부는, 상기 격막의 상하부로 물이 통과할 수 있도록 상기 쉘부의 측면에 형성되는 것을 특징으로 하는 수성가스 전환 반응기의 제조방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 합성 가스 분배구를 형성하는 단계는,
    상기 적어도 하나 이상의 합성 가스 분배구를 일정한 간격으로 이격되게 형성하는 것을 특징으로 하는 수성가스 전환 반응기의 제조방법.
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