KR20070100737A - 촉매 반응기 - Google Patents

촉매 반응기 Download PDF

Info

Publication number
KR20070100737A
KR20070100737A KR1020077016012A KR20077016012A KR20070100737A KR 20070100737 A KR20070100737 A KR 20070100737A KR 1020077016012 A KR1020077016012 A KR 1020077016012A KR 20077016012 A KR20077016012 A KR 20077016012A KR 20070100737 A KR20070100737 A KR 20070100737A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reactor
pressure
gas
module
flow
Prior art date
Application number
KR1020077016012A
Other languages
English (en)
Inventor
미카엘 요셉 보우
죤 비투치
Original Assignee
컴팩트지티엘 피엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 컴팩트지티엘 피엘씨 filed Critical 컴팩트지티엘 피엘씨
Publication of KR20070100737A publication Critical patent/KR20070100737A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/249—Plate-type reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/22—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
    • C01B3/24—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons
    • C01B3/26—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons using catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/382—Multi-step processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • C10G2/30—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C10G2/32—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2453—Plates arranged in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2456—Geometry of the plates
    • B01J2219/2458—Flat plates, i.e. plates which are not corrugated or otherwise structured, e.g. plates with cylindrical shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2456—Geometry of the plates
    • B01J2219/2459—Corrugated plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2461—Heat exchange aspects
    • B01J2219/2462—Heat exchange aspects the reactants being in indirect heat exchange with a non reacting heat exchange medium
    • B01J2219/2464—Independent temperature control in various sections of the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2461—Heat exchange aspects
    • B01J2219/2465—Two reactions in indirect heat exchange with each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2461—Heat exchange aspects
    • B01J2219/2467—Additional heat exchange means, e.g. electric resistance heaters, coils
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2469—Feeding means
    • B01J2219/247—Feeding means for the reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2469—Feeding means
    • B01J2219/2471—Feeding means for the catalyst
    • B01J2219/2472—Feeding means for the catalyst the catalyst being exchangeable on inserts other than plates, e.g. in bags
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2477—Construction materials of the catalysts
    • B01J2219/2479—Catalysts coated on the surface of plates or inserts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2477—Construction materials of the catalysts
    • B01J2219/2482—Catalytically active foils; Plates having catalytically activity on their own
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2483—Construction materials of the plates
    • B01J2219/2485—Metals or alloys
    • B01J2219/2486—Steel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2491—Other constructional details
    • B01J2219/2492—Assembling means
    • B01J2219/2493—Means for assembling plates together, e.g. sealing means, screws, bolts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2491—Other constructional details
    • B01J2219/2497—Size aspects, i.e. concrete sizes are being mentioned in the classified document
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2491—Other constructional details
    • B01J2219/2498—Additional structures inserted in the channels, e.g. plates, catalyst holding meshes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/062—Hydrocarbon production, e.g. Fischer-Tropsch process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0822—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel the fuel containing hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0827—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel at least part of the fuel being a recycle stream
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0872—Methods of cooling
    • C01B2203/0888—Methods of cooling by evaporation of a fluid
    • C01B2203/0894—Generation of steam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1052—Nickel or cobalt catalysts
    • C01B2203/1058—Nickel catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1064—Platinum group metal catalysts
    • C01B2203/107—Platinum catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/142—At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in series
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
    • C01B2203/84—Energy production
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

개질을 위한 소형 촉매 반응기(20)는 제 1 및 제 2 가스 흐름을 전달하기 위한, 교번적으로 배열된 복수의 제 1 및 제 2 흐름 채널을 형성하도록 반응기 모듈(70)을 포함하고, 화학 반응이 내부에서 이루어지는 각 흐름 채널에 기판, 예로서, 금속 포일을 갖는 제거가능한 가스 투과성 촉매 구조체(80)가 제공된다. 반응기는 그 가스 압력이 대기압보다 높고 제 2 가스 흐름의 압력 이상인 제 1 가스 흐름과 함께 사용하기 위한 것이다. 반응기 모듈(70)은 판의 적층체(72, 74, 75)로 형성될 수 있다. 모듈(70)은 압력 용기(90) 내에 수납되며, 압력 용기 내의 압력은 실질적으로 제 1 가스 흐름의 것인 압력으로 존재하도록 배열된다. 결과적으로, 모듈(70)의 어떠한 부분도 인장하에 존재하지 않는다. 이는 반응기 모듈의 디자인을 단순화하며, 촉매에 의해 점유되는 그 체적의 비율을 증가시킨다.
개질 반응, 소형 촉매 반응기, 반응기, 모듈, 투과성 촉매 구조, 반응기 모듈

Description

촉매 반응기{Catalytic Reactor}
본 발명은 천연 가스를 보다 긴 체인의 탄화수소로 변환하기 위한 화학적 프로세스에 사용하기에 적합한 촉매 반응기와, 이 프로세스를 수행하기 위해 이런 촉매 반응기를 포함하는 플랜트 및 특히, 개질 프로세스에 적합한 촉매 반응기에 관한 것이다.
WO01/51194호 및 WO03/048034호(Accentus plc)에는 제 1 촉매 반응기에서 일산화 탄소화 수소를 생성하도록 메탄이 증기와 반응하고, 결과적인 가스 혼합물이 그후, 제 2 촉매 반응기에서 피셔-트롭쉬 합성(Fischer-Tropsch synthesis)을 수행하기 위해 사용되는 프로세스가 설명되어 있다. 전체적 결과는 메탄을 보다 높은 분자량의 탄화수소로 변환하는 것이며, 이는 일반적으로, 일상적 상태에서 액체이다. 프로세스의 두 스테이지, 증기/메탄 개질 및 피셔-트롭쉬 합성은 서로 다른 촉매를 필요로 하며, 반응이 각각 흡열성 및 발열성이기 때문에, 각각 반응 가스로의 또는 반응 가스로부터의 열 전달을 필요로한다. 두 다른 스테이지를 위한 반응기는 다소 다른 요구조건에 부합되어야만 하며, 피셔-트롭쉬 합성은 일반적으로 증기/메탄 개질보다 높은 압력에서, 그러나, 보다 낮은 온도에서 수행되는 것이 일반적이며, 피셔-트롭시 반응기의 열 전달 채널에서는 단지 냉각제 유체만이 필요한 반면, 증기/메탄 개질을 위해 필요한 열은 통상적으로, 촉매 연소에 의해 제공되며, 그래서, 적절한 촉매를 필요로 한다.
각 경우에, 반응기는 판의 적층체로서 형성되는 것이 바람직하며, 판 사이에 흐름 채널이 형성되어 있고, 서로 다른 유체를 위한 흐름 채널이 적층체 내에서 교대로 반복된다. 촉매를 필요로하는 이들 채널에서, 이는 세라믹 코팅 내에 촉매를 지지하는 주름진 금속 기판의 형태로 존재하며, 이런 주름진 구조체는 촉매 소진시 채널로부터 제거될 수 있다. 그러나, 두 유체 사이에 큰 압력차가 존재하는 경우, 이는 판이 굴곡되게 하는 경향이 있으며, 그래서, 촉매 구조체와 판 사이의 열 전달이 저해되고, 촉매 구조체를 제거 또는 교체하는 것이 곤란할 수 있지만, 판이 압력차를 견디기에 충분히 강성적인 경우, 이때, 판은 보다 두꺼워지거나 및/또는 채널이 보다 좁아지며, 반응기의 총 체적의 비율로서의 흐름 체적이 보다 적어지는 경향이 있다.
본 발명에 따라서, 개질 반응을 위한 소형 촉매 반응기가 제공되며, 이는 제 1 및 제 2 가스 흐름을 전달하기 위하여, 모듈 내에서 교번적으로 배열된 복수의 제 1 및 제 2 흐름 채널을 형성하는 반응기 모듈을 포함하고, 이 반응기는 그 압력이 상압보다 높고, 제 2 가스 흐름의 압력보다 적은 제 1 가스 흐름과 함께 사용하기에 적합하며,
화학적 반응이 이루어지는 각 흐름 채널은 금속 기판을 포함하는 가스 투과성 촉매 구조를 포함하고,
반응기 모듈은 압력 용기 내에 수납되며, 압력 용기 내의 압력은 실질적으로 제 1 가스 흐름의 압력이 되도록 배열된다.
압력 용기 내의 압력이 실질적으로 제 1 가스 흐름의 압력인 경우, 반응기 모듈 내의 모든 흐름 채널은 주변의 압력에서 또는 압축하에 존재한다. 결과적으로, 반응기 모듈의 어떠한 부분도 인장하에 존재하지 않는다. 바람직하게, 제 1 가스 흐름은 제 1 흐름 채널에 도달하도록 또는 제 1 흐름 채널을 벗어나도록 압력 용기의 적어도 일부를 통해 흐르도록 배열된다.
증기/메탄 개질 반응은 통상적으로 750℃를 초과한 온도에서 수행되며, 개질 채널을 형성하는 재료는 고온 반응 가스에 노출되고, 그래서, 반응기 모듈을 구성하는 재료는 이 온도에서의 부식에 대해 강인하고 내성적이어야만 한다. 적절한 금속은 하이네스 HR-120(haynes HR-120) 또는 인코넬 800HT(Inconel 800HT)(상표명) 등 같은 고온 용도를 위한 강철/니켈/크롬 합금이다. 압력 외피는 이런 상승된 온도에서 존재할 필요가 없으며, 예로서, 탄소강 같은 보다 저가의 재료로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 반응기 모듈은 압력 용기로의, 그리고, 이에 따른 환경으로의 열 손실을 감소시키기 위해 단열체를 구비한다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 압력 외피의 내부면은 이런 단열체를 구비할 수 있다.
구조 재료로 구성되는 반응기 의 체적의 비율(촉매 제외)은 60% 미만, 바람직하게는 50% 미만이며, 실제로, 40% 미만일 수 있다.
바람직하게, 촉매 구조체를 위한 금속 기판은 가열시, 알루미늄 산화물의 접착면을 형성하는 강철 합금, 예로서, 15% 크롬, 4% 알루미늄 및 0.3% 이트륨을 가지는 강철(예로서, Fecralloy(TM)) 같은 알류미늄 포함 철함유 강철이다. 이 금속이 공기중에서 가열될 때, 이는 알루미나의 접착성 산화물 코팅을 형성하고, 이는 합금을 추가 산화 및 부식에 대하여 보호한다. 세라믹 코팅이 알루미나로 이루어진 경우, 이는 표면상의 산화물 코팅에 접착하는 것으로 나타났다. 기판은 포일, 와이어 메시 또는 펠트 시트일 수 있으며, 이들은 주름지거나, 딤플형이거나, 골이 형성될 수 있으며, 바람직한 기판은 예로서, 100㎛보다 작은 두께의 얇은 금속 포일이다.
촉매 재료를 포함하는 이런 주름진 기판은 흐름 채널 내로 삽입될 수 있으며, 개질 반응을 위한 연료 채널은 열을 제공하기 위한 흐름 채널과 교대로 반복된다. 흐름 채널 내의 촉매 구조의 금속 기판은 열 전달 및 촉매 표면적을 향상시킨다. 촉매 구조체는 모듈 내의 채널로부터 제거가능하며, 그래서, 이들은 촉매 소진시 교체될 수 있다. 압력 용기가 한 세트의 흐름 채널과 소통하는 경우, 촉매 구조체의 제거 및 교체가 간단히 달성되도록 모듈의 일 단부에 이들 흐름 채널과 소통하는 임의의 헤더를 제공하지 않는 것이 편리할 수 있으며, 이는 압력 용기로부터 반응기 모듈의 제거를 필요로할 수 있다.
반응기 모듈은 판의 적층체를 포함할 수 있다. 예로서, 제 1 및 제 2 흐름 채널은 각각의 판의 홈에 의해 형성될 수 있으며, 판은 적층되고 그후 함께 접합된다. 대안적으로, 흐름 채널은 평탄한 시트와 교대로 적층 및 축조된 얇은 금속 시트에 의해 형성될 수 있으며, 흐름 채널의 에지는 스트립을 밀봉함으로써 형성될 수 있다. 반응기 모듈을 형성하는 판의 적층체는 예로서, 확산 접합, 브레이징 또는 고온 이소스테틱 가압에 의해 함께 접합된다.
증기/메탄 개질 반응을 위해 적합한 반응기가 본 발명에 따라 구성될 수 있다. 결과적으로, 보다 긴 체인의 탄화수소를 얻기 위해 천연 가스를 처리하기 위한 플랜트는 합성 가스를 형성하기 위해 증기와 메탄을 반응시키도록 본 발명의 증기/메탄 개질 반응기를 포함할 수 있다. 증기/메탄 개질 반응기 내의 필요한 양호한 열 접촉을 보증하기 위해, 제 1 및 제 2 가스 흐름 채널 양자 모두는 10mm과 2mm 깊이 사이, 바람직하게는 6mm 깊이 미만, 보다 바람직하게는 3mm 내지 5mm의 범위일 수 있다.
이제 본 발명을 첨부 도면을 참조로 예시를 통해 추가로, 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 반응기를 포함하는 화학 플랜트의 흐름도.
도 2는 증기/메탄 개질을 위해 적합한 반응기 블록의 일부의 단면도.
도 3은 도 2의 반응기 블록을 포함하는 반응기의 단면도.
본 발명은 천연 가스(주로, 메탄)를 보다 긴 체인의 탄화수소로 변환하기 위한 화학 프로세스에 관련한다. 이 프로세스의 제 1 스테이지는 증기 개질, 즉, 이하의 유형의 반응을 수반한다 :
H2O +CH4 -> CO + 3H2
이 반응은 흡열성이며, 제 1 가스 흐름 채널 내의 로듐 또는 백금/로듐 촉매에 의해 촉진될 수 있다. 이 반응을 유발하기 위해 필요한 열은 발열성이면서 인접한 제 2 가스 흐름 채널 내의 백금 촉매에 의해 촉진될 수 있는 메탄 또는 수소 같은 가연성 가스의 연소에 의해 제공될 수 있다. 양자 모두의 경우에, 촉매는 금속 기판상에 통상적으로 100㎛ 두께 미만의 코팅을 형성하는 안정화된 알루미나 지지부상에 존재하는 것이 바람직하다. 연소 반응은 대기압에서 이루어질 수 있지만, 개질 반응은 4와 5 기압 사이에서 발생할 수 있다. 연소에 의해 발생된 열은 인접한 채널을 분리시키는 금속 시트를 통해 전달될 수 있다.
증기/메탄 개질에 의해 생성된 가스 혼합물은 그후 보다 긴 체인의 탄화 수소를 생성하기 위해 피셔-트롭쉬 합성을 수행하도록 사용될 수 있다. 즉:
n CO + 2n H2 -> (CH2)n + n H2O
이는 발열성 반응이며, 강철, 코발트 또는 용융된 마그네타이트 같은 촉매의 존재하에, 통상적으로 190℃와 280℃ 사이의 상승된 온도와, 통상적으로 1.8MPa와 2.1MPa(절대값) 사이의 상승된 압력에서 이루어진다. 피셔-트롭시 합성을 위한 양호한 촉매는 약 10-40% 코발트(알루미나에 비한 중량)와, 코발트의 중량의 10%보다 작은 루테늄, 백금 또는 가돌리늄 같은 증진제 및 란타늄 산화물 같은 염도 증진제를 갖는 비표면적이 140-230m2/g의 감마-알루미나 코팅을 포함한다.
이제 도 1을 참조하면, 전체 화학 프로세스가, 플랜트의 구성요소가 도시되어 있는 흐름도로서 도시되어 있다. 천연 가스 공급(5)은 주로 메탄으로 구성되며, 본 예에서는 보다 높은 비율의 탄화수소 C2 내지 C11을 갖는다. 통상적으로, 이들보다 높은 탄화수소는 천연 가스 소스에 따라 10% v/v 까지 존재한다. 가스 공급(5)은 예로서, 1.0MPa(10 기압)에서 존재할 수 있다.
가스 압력은 밸브(8)에 의해 0.6MPa로 규제되며, 그후, 가스(5)가 촉매 연소로부터의 뜨거운 배기 가스를 사용하여 열 교환기(10)에서 약 400℃로 예열되고, 그후, 고체 베드 탈황 시스템(12)에 공급된다. 탈황된 천연 가스(5)는 그후, 예로서, 유동성 볼텍스 혼합기(14)에서 증기와 혼합된다. 가스/증기 혼합물은 가스 혼합물이 500℃ 온도가 되도록 촉매 연소로부터의 뜨거운 배기 가스를 사용하여 열 교환기(16)에서 가열된다. 혼합물은 단열 고정 베드 예비개질기(18)에 진입하며, 여기서, 이는 니켈 또는 백금/로듐 기반 메탄화 촉매와 접촉한다. 보다 높은 탄화수소는 증기와 반응하여 메탄과 CO를 형성한다.
가스는 통상적으로 450℃의 보다 낮은 온도에서 예비개질기(18)를 벗어난다. 압력은 그후, 개질기(20) 진입 이전에, 밸브(19)에 의해 0.45MPa(절대 압력)로 하강된다. 개질기(20)는 판의 적층체로 이루어진 상술한 유형의 소형 촉매 반응기이며, 이는 양호한 열접촉 상태에 있는 흡열 및 발열 반응을 위한 흐름 경로를 형성하고, 예로서, 주름진 금속 포일상에 적절한 촉매를 포함한다. 개질기(20) 내의 개질기 채널은 개질 촉매를 포함하며, 증기 및 메탄은 일산화탄소와 수소를 형성하도록 반응한다. 개질기 내의 온도는 입구에서 450℃로부터 출구에서 800 내지 850℃로 증가한다. 혼합기(14)에 공급된 가스 및 증기의 유량은 개질기(20)에 공급된 증기:탄소 몰비가 1.2 내지 1.6 사이이고, 바람직하게는 1.3과 1.5 사이이도록 이루 어진다. 가스(5)의 보다 높은 탄화수소 함량으로 인해, 예비개질기(18)로의 입구에서 탄소에 대한 증기의 비율은 따라서, 이보다 보다 높을 필요가 있다.
개질 반응기(20) 내의 흡열 반응을 위한 열은 피셔-트롭쉬 합성으로부터의 테일 가스(22)인 짧은 체인의 수산화탄소와 산소의 혼합물의 촉매 연소에 의해 제공되며, 이 테일 가스(22)는 공기 송풍기(24)에 의해 제공되는 공기의 흐름과 조합된다. 연소는 개질 반응기(20) 내의 인접 흐름 채널 내의 연소 촉매 위에서 발생한다. 연소 가스 경로는 개질기 가스 흐름에 대해 동시흐름적이다. 촉매는 팔라듐/백금 혼합물로 코팅된, 지지부로서, 감마-알루미나를 포함한다. 연소가능한 가스 혼합물이 연소 채널의 길이 전반에 걸쳐 연소가 발생하는 것을 보증하도록 반응기(20)를 따른 스테이지에 공급될 수 있다.
800℃에서 일산화탄소와 수소의 혼합물은 개질기(20)로부터 배출되고, 증기 발생 열 교환기(26)를 통해 이를 통과시킴으로서 400℃ 미만으로 급랭된다. 펌프(28)에 의해 이 열 교환기(26)에 물이 공급되고, 개질 프로세스를 위한 증기가 제어 밸브(30)를 통해 혼합기(14)에 공급된다. 가스 혼합물은 열 교환기(32)에서 냉각수로 약 60℃로 추가 냉각되며, 그래서, 잉여의 물이 응결되고 분리기 용기(34)와 사이클론(33)을 통한 통로에 의해 분리된다. 가스 혼합물은 그후, 압축기(36)에 의해 약 2.5 배 압력으로 압축되며, 응축된 임의의 물을 제거하기 위해 제 2 사이클론(41) 및 분리기 용기(42)를 통과하기 이전에 열 교환기에 의해 다시 냉각된다. 분리된 물은 증기 발생 회로로 재순환된다. 가스는 그후 제 2 압축기(44)에서 20 기압(2.0MPa)으로 압축된다.
고압 일산화탄소와 수소의 증기는 그후 냉각제를 위한 채널을 포함하는 촉매 피셔-트롭쉬 반응기(50)에 공급된다.
피셔-트롭시 합성으로부터의 반응 생성물, 주로, 물과 파라핀 같은 수산화탄소는 분리 챔버(58)가 이어지는 사이클론 분리기(56)와 열 교환기(54)를 통한 통과에 의해 액체를 응축하도록 냉각되며, 분리 챔버 내에서는 3상, 물, 수산화탄소 및 테일 가스가 분리되며, 수산화 탄소 생성물은 대기압으로 안정화된다. 가스상으로 남아있는 수산화탄소 및 잉여 수소 가스(피셔-트롭쉬 테일 가스(22))는 수집 및 분리된다. 일부는 압력 감소 밸브(60)를 통과해 개질기(20) 내의 촉매 연소 프로세스를 위한 연료를 제공한다(상술한 바와 같이). 나머지 테일 가스(62)는 전기 발전기를 구동하는 가스 터빈(63)에 공급된다.
가스 터빈(64)은 플랜트를 위한 모든 파워를 생성하며, 잉여물을 수출할 용량을 갖는다. 주 플랜트 전력 수요는 압축기(36, 44)와 펌프(24, 28)이며, 전기는 또한 증기 발생을 위한 처리 용수를 제공하기 위해서 진공 증류 유닛을 동작시키기 위해서도 사용된다.
이제, 도 2를 참조하면, 증기 개질 반응기(20)에 사용하기에 적합한 반응기 블록이 도시되어 있으며, 반응기 블록(70)의 일부는 단면으로 도시되어 있고, 명료성을 위해 구성요소가 분리되어 있다. 반응기 블록(70)은 평면도에서 직사각형인 판의 적층체로 구성되며, 각 판은 인코넬 800HT(Inconel 800HT) 또는 하이네스 HR-120(haynes HR-120) 같은 내부식성 고온 강철로 이루어진다. 두께 1mm의 평판이 축조된 판(74, 75)과 교대로 배열되며, 축조는 판의 일 측부로부터 나머지로 직선 관 통 채널(76, 77)을 형성하도록 이루어져 있다. 축조된 판(74, 75)은 적층체 내에서 교대로 배열되며, 그래서, 채널(76, 77)은 교번적 축조된 판(74, 75) 내에서 직교 배열된다. 축조된 판(74, 75)은 각각 0.75mm의 두께로 이루어진다. 축조의 높이(통상, 2-10mm)는 본 예에서는 4mm이며, 4mm 두께 고체 에지 스트립(78)이 측부를 따라 제공된다. 연소 채널(77)을 형성하는 축조된 판(75)에서, 축조의 파장은 연속적 결속체는 25mm 이격되도록 이루어지며, 개질 채널(76)을 형성하는 축조된 판(74)에서, 연속적 결속체는 15mm 이격 배치된다.
적층체는 상술한 바와 같이 조립되며, 두 개의 서로 다른 반응을 위한 촉매를 보유하는, 함께 접합된 주름진 금속 포일 촉매 캐리어(80)(단 2개만 도시됨)가 그후 채널 내로 삽입된다. 금속 포일은 페크랄로이(Fecralloy) 같은 알루미늄 함유 강철 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다. 그후, 적절한 헤더가 적층체의 외부에 부착될 수 있다.
이제, 반응기 블록(70)을 통한 단면을 도시하는 도 3을 참조하면, 각 판(72)은 직사각형이고, 폭이 600mm이며, 길이가 1200mm이다(단면은 하나의 이런 판(72)에 평행한 평면에서 취해짐). 연소 채널(77)을 위한 축조된 판(75)은 평면에서 동일한 면적으로 이루어지며, 축조는 길이방향으로 연장한다. 개질 채널(76)을 위한 축조된 판(74)은 600mm x 400mm이며, 세 개의 이런 판(74)이 측방향으로 나란히 배설되고, 그들 사이에는 에지 스트립(78)을 구비하며, 채널(76)이 횡단방향으로 연장한다. 적층체의 각 단부의 헤더(82)는 연소 가스가 파이프(84)를 통해 연소 채널(77)에 공급되게 하고, 그로부터 배기 가스가 제거되게 한다. 작은 헤더(86)(도 시된 바와 같이 우하단 및 좌상단)는 축조된 판(74) 중 제 1 축조된 판 내의 채널(76)에 개질 반응을 위한 가스 혼합물이 공급될 수 있게 하고, 결과적 혼합물이 제 3 축조된 판(74) 내의 것들로부터 제거될 수 있게 하며, 이중 폭 헤더(88)(도시된 바와 같이 우상단 및 좌하단)는 가스 혼합물이 하나의 축조된 판(74)으로부터 다음 것으로 흐를 수 있게 한다. 전체적 결과는 개질을 받는 가스가 연소 채널(77)을 통한 흐름에 대해 실질적인 동시 흐름인 지그재그 경로를 따르는 것이다.
헤더(82, 86, 88)와 함께 반응기 블록(70)은 반구형 단부를 가지는 원통형인 탄소강 압력 외피(90) 내에 장착된다. 파이프(84)는 그들이 통과하는 외피(90)에 용접되고, 팽창 벨로우즈(85)가 차등 열 팽창을 수용하도록 파이프(84) 중 적어도 하나에 제공된다. 헤더(82, 86, 88)와 블록(70)의 외부면은 열 배리어(89)(예로서, 스프레이드-온 세라믹 단열체; 일부만 도시)를 구비하고, 외피(90)의 내부면도 단열체(91)를 구비한다(일부만 도시). 파이프(92)는 증기 및 메탄 혼합물을 외피(90) 내의 공간에 공급하고, 우하단 헤더(86)는 상술한 바와 같이 증기 및 메탄 혼합물이 그후 개질 채널(76)로 흐를 수 있도록 개구를 갖는다. 증기 발생 열 교환기(26)(도 1 참조)도 외피(90) 내에 있으며, 이는 환형 구조로 이루어지고, 배기 가스를 수송하는 파이프(84)를 둘러싼다. 좌상단 헤더(86)는 파이프(94)를 통해 이 열 교환기(26)와 소통하며, 결과적인 냉각된 합성가스는 파이프(96)를 통해 배출된다.
개질 반응기(20)의 사용시, 반응기 블록(70) 및 연계된 헤더(82, 86, 88)는 800℃를 초과하는 온도에 있으며, 개질 채널(76)은 통상적으로 약 820℃이고, 연소 채널(77)은 약 850℃이며, 이들 구성요소 모두는 상술한 내부식성 고온 강철로 이루어진다. 대조적으로, 외피(90)는 단지 약 500℃이다. 증기 및 메탄 혼합물은 상술한 바와 같이 0.45MPa의 압력으로 공급되며, 그래서, 이는 외피(90) 내부의 압력이다. 결과적으로, 반응기 블록(70)은 이 외부 압력에 노출된다. 연소 채널(77)은 거의 대기압에 있으며, 따라서, 압축하에 있지만, 축조된 판(75)에 의해 형성되는 결속체의 간격 및 두께는 이 압력이 현저한 변형 없이 견뎌질 수 있도록 형성된다.
도 2 및 도 3과 관련하여 설명된 반응기(20)는 단지 예로서 주어진 것이라는 것을 인지하여야 한다. 예로서, 축조된 판(74, 75)은 통상적으로는 0.5-1.0mm의 범위의 서로 다른 두께로 이루어질 수 있으며, 인접 결속체 사이의 분리는 통상적으로 개질 채널에 대해서 10-20mm의 범위이고, 연소 채널에 대하여 10과 40mm 사이이다. 반응기 블록(70)은 설명된 바와 다른 크기로 이루어질 수 있으며, 개질 반응을 위한 횡단 패스의 수가 다를 수 있고, 대신 4 또는 5가 될 수 있다. 또한, 증기 발생 열 교환기(26)는 외피(90) 내에 존재하지 않을 수 있다는 것을 주의하여야 한다.
도 2 및 도 3과 관련하여 설명된 반응기(20)는 단지 예로서 주어진 것이라는 것을 인지하여야 한다. 예로서, 축조된 판(74, 75)은 통상적으로는 0.5-1.0mm의 범위의 서로 다른 두께로 이루어질 수 있으며, 인접 결속체 사이의 분리는 통상적으로 개질 채널에 대해서 10-20mm의 범위이고, 연소 채널에 대하여 10과 40mm 사이이다. 반응기 블록(70)은 설명된 바와 다른 크기로 이루어질 수 있으며, 개질 반응을 위한 횡단 패스의 수가 다를 수 있고, 대신 4 또는 5가 될 수 있다. 또한, 증기 발 생 열 교환기(26)는 외피(90) 내에 존재하지 않을 수 있다는 것을 주의하여야 한다.
외부 압력 외피(90)의 사용은 반응기 블록(70)에 구조적 강도를 제공하기 위한 금속에 대한 필요성을 감소시키는 것을 도우며, 보다 큰 공간 체적을 제공하고, 그래서, 단위 체적당 촉매의 보다 높은 탑재가 달성될 수 있게 한다. 이는 72 같은 판이 현저히 보다 얇고, 그래서, 반응기 블록의 체적 중 보다 많은 비율이 흐름 채널에 의해 점유될 수 있으며, 그래서, 전체 촉매 보유량이 증가될 수 있기 때문이다. 예로서, 구조 재료를 구성하는 체적의 비율은(촉매 삽입체(80)가 없는 반응기 모듈을 고려) 약 38%일 수 있다. 또한, 이는 흐름 채널의 벽의 굽힘 모멘트를 최소화하며, 그에 의해, 왜곡을 감소시키고, 그래서, 촉매 포일(80)과 인접 벽 사이의 접촉을 개선시키며, 이에 따라 열 전달을 개선시키고, 또한, 제거 및 삽입이 보다 용이해지게 한다. 압력 외피(90)는 비교적 간단한 형상을 가지며, 그래서, 이는 현존하는 압력 용기 코드로 설계될 수 있다. 또한, 이는 본질적으로, 반응기 블록(70)으로부터의 누설의 경우에, 제 2 수납부를 제공하며, 이는 단열이 용이하고, 수송 및 설치가 용이한 형상으로 이루어지며, 반응기의 전체 크기는 현저히 증가되지 않는다.
또한, 압력 외피(90)가 탄소강 같은 비교적 저가의 재료로 구성될 수 있기 때문에, 비용적 이득이 존재하며, 그 이유는 동작 동안의 그 온도가 반응기 블록(70)보다 현저히 낮기 때문이며, 비록, 반응기 블록이 보다 높은 비용의 재료로 형성되어야 하지만, 상술한 바와 같이, 판이 압력 용기가 제공되지 않는 경우보다 현저히 얇기 때문에 이런 재료의 소요량은 감소된다.

Claims (6)

  1. 개질 반응을 위한 소형 촉매 반응기에 있어서,
    제 1 및 제 2 가스 흐름을 전달하기 위하여, 모듈 내에서 교번적으로 배열된 복수의 제 1 및 제 2 흐름 채널을 형성하는 반응기 모듈을 포함하고,
    반응기는 그 압력이 상압보다 높고, 제 2 가스 흐름의 압력보다 적은 제 1 가스 흐름과 함께 사용하기에 적합하며,
    화학적 반응이 이루어지는 각 흐름 채널은 금속 기판을 포함하는 가스 투과성 촉매 구조를 포함하고,
    반응기 모듈은 압력 용기 내에 수납되며, 압력 용기 내의 압력은 실질적으로 제 1 가스 흐름의 압력이 되도록 배열되는 소형 촉매 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 가스 흐름은 제 1 흐름 채널에 도달하거나 제 1 흐름 채널을 벗어나도록 압력 용기의 적어도 일부를 통해 흐르도록 배열되는 소형 촉매 반응기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 600℃를 넘는 온도에서 반응을 수행하며,
    상기 반응기 모듈은 반응 온도에서의 부식에 대해 강인하고 내성적이며, 상기 반응기 모듈은 단열체를 구비하고, 압력 외피는 반응기 모듈과는 다른 재료로 이루어지는 소형 촉매 반응기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 구조 재료로 구성된 반응기 모듈의 체적의 비율은 60% 미만인 소형 촉매 반응기.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 비율은 50% 미만인 소형 촉매 반응기.
  6. 천연 가스를 보다 긴 체인의 탄화 수소로 변환하기 위한 플랜트에 있어서,
    합성 가스를 생성하기 위해 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 증기 개실 반응기를 포함하고, 보다 긴 체인의 탄화 수소를 생성하기 위한 피셔-트롭쉬 반응기를 포함하는 플랜트.
KR1020077016012A 2005-01-15 2005-12-19 촉매 반응기 KR20070100737A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0500838.8 2005-01-15
GBGB0500838.8A GB0500838D0 (en) 2005-01-15 2005-01-15 Catalytic reactor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20070100737A true KR20070100737A (ko) 2007-10-11

Family

ID=34224648

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020077016012A KR20070100737A (ko) 2005-01-15 2005-12-19 촉매 반응기

Country Status (14)

Country Link
US (1) US20080226517A1 (ko)
EP (1) EP1858637A1 (ko)
JP (1) JP2008526501A (ko)
KR (1) KR20070100737A (ko)
CN (1) CN101128260A (ko)
AU (1) AU2005324800A1 (ko)
BR (1) BRPI0519810A2 (ko)
CA (1) CA2592939A1 (ko)
EA (1) EA010780B1 (ko)
GB (1) GB0500838D0 (ko)
MX (1) MX2007008530A (ko)
NO (1) NO20073625L (ko)
TW (1) TW200631653A (ko)
WO (1) WO2006075130A1 (ko)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX2007008365A (es) * 2001-01-10 2007-09-21 Compactgtl Plc Reactor catalitico.
JP4899681B2 (ja) * 2006-07-18 2012-03-21 富士ゼロックス株式会社 マイクロ流路デバイス
GB2441509A (en) * 2006-09-06 2008-03-12 Compactgtl Plc Fischer-Tropsch synthesis
JP5383508B2 (ja) 2007-01-19 2014-01-08 ヴェロシス，インク． マイクロチャネルプロセス技術を用いて天然ガスを分子量の高くなった炭化水素に変換するためのプロセスおよび装置
JP5151204B2 (ja) * 2007-03-27 2013-02-27 富士ゼロックス株式会社 マイクロ流路デバイス及びマイクロ流路デバイスの製造方法
US8262755B2 (en) * 2007-06-05 2012-09-11 Air Products And Chemicals, Inc. Staged membrane oxidation reactor system
EP2197572A1 (en) * 2007-10-02 2010-06-23 CompactGTL plc Gas-to-liquid plant using parallel units
JP5119848B2 (ja) * 2007-10-12 2013-01-16 富士ゼロックス株式会社 マイクロリアクタ装置
US8100996B2 (en) 2008-04-09 2012-01-24 Velocys, Inc. Process for upgrading a carbonaceous material using microchannel process technology
AU2009233786B2 (en) 2008-04-09 2014-04-24 Velocys Inc. Process for converting a carbonaceous material to methane, methanol and/or dimethyl ether using microchannel process technology
US7951341B2 (en) 2008-06-25 2011-05-31 Uop Llc Reactor design for smaller batch transfers of catalyst
AU2009302276B2 (en) 2008-10-10 2015-12-03 Velocys Inc. Process and apparatus employing microchannel process technology
JP2010115624A (ja) 2008-11-14 2010-05-27 Fuji Xerox Co Ltd マイクロ流路デバイス、分離装置、並びに、分離方法
JP5003702B2 (ja) 2009-03-16 2012-08-15 富士ゼロックス株式会社 マイクロ流体素子及びマイクロ流体制御方法
EP2457880B1 (en) * 2010-11-26 2014-03-05 Corning Incorporated Fluidic module fabrication with heterogeneous channel-forming laminates
GB201118465D0 (en) * 2011-10-26 2011-12-07 Compactgtl Plc Gas-to-liquid technology
EP2659960A1 (en) * 2012-05-03 2013-11-06 Global-Synergy Consultancy Services S.L. Gas-to-liquid proccesing system in microreactors
US9676623B2 (en) 2013-03-14 2017-06-13 Velocys, Inc. Process and apparatus for conducting simultaneous endothermic and exothermic reactions
CA2987457C (en) 2015-06-08 2020-04-07 Ihi Corporation Multilayer reactor utilizing heat exchange

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4739398A (en) * 1986-05-02 1988-04-19 Control Data Corporation Method, apparatus and system for recognizing broadcast segments
US5019356A (en) * 1986-05-23 1991-05-28 Ludwig Silberring Steam reformer with internal heat recovery
GB9225188D0 (en) * 1992-12-02 1993-01-20 Rolls Royce & Ass Combined reformer and shift reactor
US7721307B2 (en) * 1992-12-09 2010-05-18 Comcast Ip Holdings I, Llc Method and apparatus for targeting of interactive virtual objects
TW259720B (en) * 1994-06-29 1995-10-11 Kimberly Clark Co Reactor for high temperature, elevated pressure, corrosive reactions
US6238815B1 (en) * 1998-07-29 2001-05-29 General Motors Corporation Thermally integrated staged methanol reformer and method
US6168765B1 (en) * 1998-09-08 2001-01-02 Uop Llc Process and apparatus for interbed injection in plate reactor arrangement
KR100762109B1 (ko) * 1998-12-23 2007-10-02 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 프로그램 수신 장치
US6203587B1 (en) * 1999-01-19 2001-03-20 International Fuel Cells Llc Compact fuel gas reformer assemblage
DE10046691C1 (de) * 2000-09-21 2002-04-25 Xcellsis Gmbh Vorrichtung zum Umsetzen und/oder Erwärmen und/oder Verdampfen wenigstens eines Mediums
US20020144267A1 (en) * 2001-03-29 2002-10-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Dynamic television channel creation
JP2003089502A (ja) * 2001-09-12 2003-03-28 Suzuki Motor Corp メタノール改質装置
GB0125035D0 (en) * 2001-10-18 2001-12-12 Accentus Plc Catalytic reactor
JP4062908B2 (ja) * 2001-11-21 2008-03-19 株式会社日立製作所 サーバ装置および画像表示装置
WO2003048034A1 (en) * 2001-12-05 2003-06-12 Gtl Microsystems Ag Process an apparatus for steam-methane reforming
EP1321184A1 (en) * 2001-12-20 2003-06-25 ANSALDO RICERCHE S.r.l. - Società per lo Sviluppo di Nuove Tecnologie Steam reforming reactor
EP1400280A1 (en) * 2002-09-18 2004-03-24 Corning Incorporated Apparatus and method for operating a microreactor at high pressure
JP2005130462A (ja) * 2003-09-29 2005-05-19 Fuji Photo Film Co Ltd 表示装置、及びプログラム

Also Published As

Publication number Publication date
CA2592939A1 (en) 2006-07-20
TW200631653A (en) 2006-09-16
EA010780B1 (ru) 2008-10-30
WO2006075130A1 (en) 2006-07-20
AU2005324800A1 (en) 2006-07-20
JP2008526501A (ja) 2008-07-24
GB0500838D0 (en) 2005-02-23
CN101128260A (zh) 2008-02-20
NO20073625L (no) 2007-10-12
US20080226517A1 (en) 2008-09-18
EP1858637A1 (en) 2007-11-28
MX2007008530A (es) 2007-09-06
EA200701517A1 (ru) 2007-12-28
BRPI0519810A2 (pt) 2009-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20070100737A (ko) 촉매 반응기
JP5142199B2 (ja) 触媒反応器
US7235218B2 (en) Catalytic reactors
US7087651B2 (en) Process and apparatus for steam-methane reforming
US8753589B2 (en) Apparatus for steam-methane reforming
US7067560B2 (en) Processing natural gas to form longer-chain hydrocarbons
US8173083B2 (en) Catalytic reactors

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid