KR19980086722A - 암모니아합성가스의 제조를 위한 방법 및 공정장치 - Google Patents

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Abstract

1차 열교환 증기개질장치와 후속 2차 개질장치에서 순차적으로 원료의 1차 및 2차 촉매증기개질로 이루어지며, 1차 증기개질된 가스의 유출기류가 1차 증기개질된 가스의 2차 개질장치로의 도입전에 2차 개질된 가스의 고온의 생성유출물과 간접 열교환에 의해 가열되는 탄화수소원료로부터 암모니아합성가스의 제조를 위한 방법 및 공정장치.

Description

암모니아합성가스의 제조를 위한 방법 및 공정장치
본 출원은 암모니아합성가스의 제조에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 열교환 1차 증기개질장치와 후속 단열개질장치에서 탄화수소원료의 1차 및 2차 증기개질의 순차로 이루어지는 암모니아합성가스의 제조를 위한 방법 및 공정장치에 관한 것이다.
암모니아합성가스는 전형적으로 연관 증기개질장치에서 증기개질촉매와 접촉에 의해 천연가스나 고급탄화수소의 탄화수소이송에 대해 흡열증기개질반응을 수행하여 제조되고 있다. 그 다음에 1차 개질된 가스는 2차 단열개질장치로 이송되며, 여기에서 가스중의 수소부분 및 탄화수소의 잔량은 2차 개질촉매의 존재하에 공기나 산소강화공기로 부분산화된다. 2차 개질장치로부터, 원(原)암모니아합성가스는 상기 증기개질반응에서 원료의 반응동안 형성된 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소와, 2차 개질단계에서 공기의 첨가를 통해 가스내에 도입된 질소를 함유한다.
1차 흡열증기개질반응을 위해 필요한 열은 보통 1차 증기개질장치의 연도가스측에서 연료의 연소에 의해 공급되며, 연도가스측에는 촉매가 개질장치를 통해 뻗은 관에 수직으로 배치되어있다. 1차 개질장치에서 가열의무량과 연료소모를 감소시키기위해, 열원으로서 증기개질된 가스의 유출기류를 이용함으로써 열의 일부를 공급하는 방법이 또한 제안되어왔다. 그러한 방법 및 반응기는 미국특허 No. 5,429,809에 언급되어있고, 여기에서 열은 부분적으로 연료의 연소로부터의 고온연도가스와 부분적으로 베이요닛관형 열교환반응기에서 고온생성유출물에 의해 공급된다.
본 발명의 일반적인 목적은 탄화수소원료로부터 암모니아합성가스의 제조를 위한, 1차 열교환증기개질 및 2차 개질의 순차에서 가열의무량 및 연료소모를 더욱 감소시키는 것이다.
그것에 따라, 본 발명의 목적은 탄화수소원료로부터 암모니아합성가스의 제조를 위한 방법을 제공하는 것이며, 상기 방법은 1차 열교환증기개질장치와 후속 2차 개질장치에서 순차적으로 원료의 1차 및 2차 촉매증기개질의 단계로 이루어지고, 2차 개질장치에서는 1차 증기개질된 가스의 유출기류가 1차 증기개질된 가스의 2차개질장치로의 도입전에 2차 개질된 가스의 고온생성유출물과 간접열교환에 의해 가열된다.
본 발명의 더 이상의 목적은 상기한 증기개질방법에서 사용하기위한 공정장치를 제공하는 것이다. 따라서 상기 공정장치는 2차 증기개질장치에 연결된 1차 열교환증기개질장치와 2차 증기개질장치의 상류에 배치된 이송/유출 열교환기로 이루어져서, 1차 열교환증기개질장치로부터 증기개질된 탄화수소원료의 유출기류가 2차 증기개질장치로부터의 고온생성유출물과 간접열교환에 의해 가열된다.
이전에 그리고 이후의 설명에서 사용된 기술용어 열교환증기개질장치는, 1차 증기개질촉매의 고정된 베드에서 발생하는 1차 증기개질반응을 위해 필요한 열이 개질장치를 통해 촉매베드와 열교환관계로 고온연소가스와 1차 개질된 가스를 통과시킴으로써 양자의 가스에 함유된 열에 의해 부분적으로 공급되는 증기개질장치를 말한다. 이러한 개질장치에서, 개질된 가스중의 열은 전형적으로 약 800℃의 개질온도로부터 전형적으로 약 600℃의 출구부온도의 낮은 수준까지 회수된다.
2차 증기개질단계에 대한 입구부에서의 평형온도는 전형적으로 800℃이상의 1차 증기개질촉매베드의 출구에서 1차개질된 가스의 온도이다.
그러나 1차 개질된 가스를 예열하지않고 1차 및 2차 증기개질의 순차에서 열교환 1차 증기개질장치를 사용하면, 2차 개질장치에 대한 입구부에서의 1차 개질된 가스의 온도는 1차 개질장치에서 처리가스와 간접열교환 때문에 낮다.
2차 개질된 원암모니아합성가스의 원하는 화학양론적 조성과 후속 암모니아합성공정에서 필요한, 가스중의 낮은 탄화수소함량을 얻기위해, 1차 열교환 및 1차 개질된 가스를 예열하지않은, 2차 개질의 순차에서 1차 개질된 가스의 평형온도는 2차 개질단계에서 낮은 탄화수소 이송전환을 상쇄하기위해 높아져야한다.
2차 개질장치와 이송/유출열교환기의 창의적인 조합에 의해, 열교환개질장치에서 평형온도이하로 냉각된 1차 증기개질된 가스의 온도는 2차 개질장치로부터 고온생성유출물과 간접열교환을 통해 2차개질장치에서 필요한 반응온도로 상승된다. 이에 의해, 1차 개질장치에서 연료소모는 열/유출 열교환기에서 2차 증기개질된 가스중의 과잉열을 회수하여 유리하게 감소된다. 종래의 1차-2차 증기개질에 비하여, 이것은 증기개질부분으로부터 제조된 원암모니아합성가스의 대응하는 낮은 출구온도로 결과된다.
개질부분으로부터의 낮은 출구온도와 1차 개질장치에서 감소된 연료소모의 결과 개질장치부분에서 소모특징이 전체적으로 개선된다.
본 발명은 본발명의 구체적인 실시예에 따른 공정의 단순화된 흐름도를 제시하는 단일의 도면을 참조하여 이후의 기재에서 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본발명의 구체적인 실시예에 따른 공정의 단순화된 흐름도를 도시하는 도면.
본 발명의 상세한 실시예에 따라 공정을 운전하면, 예를 들어 천연가스와 증기의 이송가스(2)가 450℃의 온도로 1차 열교환개질반응기(4)로 도입된다. 반응기(4)는, 압력셸(6)내에 출구단부가 폐쇄되고 내측 개구단부의 열교환 베이요닛관(10)을 동심으로 둘러싸는 외측 시트관(8)으로 구성된, 전형적으로 설계된 베이요닛관형 반응기다.
관(8)과 관(10)사이의 공간은 1차 개질촉매(12)로 충전된다.
외측관(8)과 촉매(12)를 통해 통과하는 이송가스(2)는 촉매(12)와 접촉에 의해 1차 증기개질된다. 촉매(12)에서 진행하는 흡열증기개질반응을 위해 필요한 열은 관(8)내에서 반응하는 이송가스와 열전도관계로 외측관(8)의 벽부를 따라 고온연도가스를 통과시킬 때 하부버너(14)에서 연료를 연소시킴으로써 얻어진 고온연도가스에 의해 공급된다.
보충의 열은 800℃의 출구부온도로 촉매를 떠나고 촉매(12)에서 반응하는 이송가스와 열전도관계로 내측관(10)을 통과하는, 촉매(12)로부터의 고온 1차 개질된 유출가스(16)에 의해 공급된다.
1차 개질된 가스(16)의 온도는 이에 의해 600℃까지 감소한다.
그 다음에 가스(16)는, 가스(16)의 온도가 975℃의 온도로 2차 개질장치(22)로부터 회수되는 고온의 2차개질된 가스(20)와 간접열교환에 의해 800℃까지 상승되는, 이송/유출 열교환기(18)로 전달된다. 2차 개질장치(22)는, 재가열된 1차 개질된 가스(16)가 반응기의 정상부분에서 공기(24)로 부분적으로 산화되고 이어서 반응기(22)의 바닥부분에 고정된 베드(26)로서 배치된 2차 개질촉매와 접촉에 의해 2차 개질되는, 전형적으로 설계된 단열개질장치다. 2차 개질된 가스(20)는 975℃의 온도로 반응기의 바닥부에서 회수되고 상기한 바와 같이 간접열교환에 의해 825℃까지 냉각된다.
본 발명은 탄화수소원료로부터 암모니아합성가스의 제조를 위한, 1차 열교환증기개질 및 2차 개질의 순차에서 가열의무량 및 연료소모를 더욱 감소시킨다.

Claims (2)

1차 열교환증기개질장치와 후속 2차 개질장치에서 순차적으로 원료의 1차 및 2차 촉매증기개질의 단계로 이루어지며, 1차 증기개질된 가스의 유출기류가 1차 증기개질된 가스의 2차 개질장치로의 도입전에 2차 개질된 가스의 고온생성유출물과 간접열교환에 의해 가열되는 것을 특징으로하는 탄화수소원료로부터 암모니아합성가스의 제조방법.
2차 증기개질장치에 연결된 1차 열교환증기개질장치와, 2차 증기개질장치에 대해 상류에 배치된 이송/유출 열교환기로 이루어져서, 1차 열교환증기개질장치로부터 증기개질된 탄화수소원료의 유출기류가 2차 증기개질장치로부터의 고온생성유출물과 간접열교환에 의해 가열되는 것을 특징으로하는 상기 증기개질방법에서 사용하기위한 공정장치.
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