KR20100126373A

KR20100126373A - 촉매 반응모듈

Info

Publication number: KR20100126373A
Application number: KR1020107020219A
Authority: KR
Inventors: 마이클 죠세프 보위; 클리브 드렉 리-투프넬; 로버트 페트
Original assignee: 컴팩트지티엘 피엘씨
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2010-12-01
Also published as: EA019000B1; EG26348A; WO2009101434A2; AU2009213830B2; CN101952031A; AU2009213830A2; US20110046245A1; WO2009101434A3; EA201070956A1; BRPI0908113A2; JP2011514873A; AU2009213830A1; TW200940164A; MX2010008808A; EP2242571A2; CA2713985A1; ZA201005505B

Abstract

증기 메탄 개질과 같은 흡열반응을 실행하기 위한 촉매 반응모듈(10)은 독립된 반응기 블록들(12)을 포함하고, 각각의 반응기 블록은 상기 블록내에서 교대로 배열된 복수의 제1 유동 채널들 및 제2 유동 채널들(15, 16)을 형성하여 제1 유동 채널과 제2 유동 채널 사이에 열 접촉을 보장하게 된다. 반응기 블록들(12a, 12b)은 제1 유동 채널들(15)내에서 연소성 가스 혼합물의 흐름과 제2 유동 채널들(16)내에서 흡열반응을 겪게 되는 가스 혼합물의 흐름을 연속적으로 흐르게 하도록 배열되고 연결될 수 있다. 이에 의하여 연소공정이 단계적으로 실행될 수 있으며, 단계들 사이에 연소가스들을 냉각시키고 그리고 추가의 연료 및 추가의 공기를 주입하는 옵션을 갖는다.

Description

촉매 반응모듈{Catalytic reaction module}

본 발명은 열이 인접 채널들(channels)내의 연소반응에 의하여 공급되는, 증기 개질(reforming)과 같은 흡열 화학 반응을 실행하기 위한 채널들을 갖는 촉매 반응모듈과, 그러한 모듈에 의하여 흡열 화학 반응을 실행하기 위한 방법 및 그러한 모듈의 제어에 관한 것이다.

WO 2005/102511(GTL Microsystems AG)에는, 메탄을 증기와 반응시켜 제1 촉매 반응기에서 일산화탄소 및 수소를 발생하며; 그 결과로 생성된 가스 혼합물이 다음에 제2 촉매 반응기에서 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 합성을 실행하는데 사용되는, 플랜트 및 프로세스가 설명되어 있다. 개질 반응은 통상 약 800℃의 온도에서 실행되고, 필요한 열은 개질이 실행되고 있는 채널들에 인접 채널들내에서의 촉매연소에 의하여 공급될 수 있고, 연소채널들은 금속 기판상에서 얇은 코팅의 형태로 된 알루미나 지지부상에서 팔라듐 또는 팔라듐/백금을 포함할 수 있는 촉매를 수용하고 있다. 메탄과 공기의 혼합물과 같은 인화성 가스 혼합물은 연소채널들로 공급된다. 연소는 화염없이 촉매의 표면에서 발생한다.

그러나, 연소반응은 연소채널의 출발점 부근에서 가장 격렬하게 발생하는 경향이 있어서 채널을 따라 부적절한 온도 분포를 초래할 수 있다는 것을 알게 되었으며; 이러한 문제는 연소 채널을 따라 연료 분사를 스테이징(staging)함으로써 극복될 수 있지만, 대안의 해결책을 필요로 하고 있다.

본 발명에 따라서 흡열반응을 실행하기 위한 촉매 반응모듈이 제공되며, 상기 모듈은 복수의 독립된 반응기 블록들을 포함하고, 각각의 반응기 블록은 상기 블록내에서 교대로 배열된 복수의 제1 유동 채널들 및 제2 유동 채널들을 형성하여 상기 제1 유동 채널들과 제2 유동 채널들 사이에 열 접촉을 보장하게 되고, 상기 반응기 블록들은 상기 제1 유동 채널들내에서 흡열반응을 겪기 위한 가스 혼합물의 연속적인 흐름과 또한 상기 제2 유동 채널들내에서 연소성 가스 혼합물의 흐름을 위하여 배열되어 연결되고, 따라서 흡열반응 혼합물이 상기 반응기 블록들을 통해 연속적으로 흐른다.

반응기 블록들은 그들이 가스 혼합물들을 위해 구별된 별개의 입구들 및 출구들을 가진다는 관점에서 분리되어 있는 것으로서 언급된다. 반응기 블록들은 또한 물리적으로 분리될 수 있는데, 즉 서로 이격되어 있거나 또는 그들이 예를 들어 스택(stack)처럼 함께 연결될 수 있다.

양호하게 모듈은 반응기 블록에 공급된 연소성 가스 혼합물이 자동-점화 온도 미만의 상승 온도(elevated temperature)에 있도록 배치되고, 상기 온도는 상기 하나 이상의 반응기 블록들내에서 연소성 가스 혼합물의 연소의 결과로서 적어도 부분적으로 상승된다. 실제로 양호하게 모듈내에서 각각의 반응기 블록에 공급된 상기 연소성 가스 혼합물이 상기 상승 온도에 있다. 적어도 몇 개의 블록을 위해 온도는 하나 이상의 반응기 블록들의 제2 가스유동 채널들로부터 방출되는 가스들과 열교환함으로써 상승될 수 있다. 하나의 양호한 실시예에서 연소성 가스 혼합물은 흡열 가스 혼합물과 동일한 순서로 반응기 블록들을 통해 연속적으로 흐르도록 배치된다. 이 경우에 제2 또는 후속하는 반응기 블록에 공급된 연소성 가스 혼합물은 연속물(series) 중에서 이전의 반응기 블록내에서 적어도 부분적으로 연소를 겪은 결과로서 상승 온도에 있다.

연소성 가스 혼합물은 연료(메탄) 및 산소원(공기)을 포함한다. 양호하게 연속적인 반응기 블록들 사이에는 예를 들어 온도를 변화시키기 위해 또는 추가의 연료를 주입하여 혼합시키기 위해, 연소를 겪은 유출 가스 혼합물을 처리하는 수단이 제공되어 있다. 또한 연속적인 반응기 블록들 사이에는 연소로부터 발생하는 유출 가스 혼합물로 추가의 공기를 주입하는 수단을 제공하는 것이 필요할 수 있다. 다른 반응기 블록들 사이에 연료의 공급을 스테이징하는 것과 공기의 주입을 스테이징하는 것에 의하여, 온도 분포에 대해 더 많은 제어를 달성할 수 있다. 예를 들어, 연속하는 2개의 반응기 블록들이 있는 경우에, 제1 단계(stage)에서 공급된 연료의 비율은 필요한 연료 전체의 50% 내지 70% 사이에 있고, 나머지는 제2 단계 동안에 공급되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 흡열반응 실행방법으로서, 상기 흡열반응에 필요한 열은 상기 흡열반응을 위한 인접 채널내에서 연소반응에 의하여 제공되고, 상기 흡열반응은 다수의 연속적 단계들로서 실행되는 흡열반응 실행방법을 제공한다. 흡열반응은 증기 메탄 개질이 될 수 있고, 이 경우에 양호하게 흡열반응 채널들내의 온도는 제1 단계를 통하여 675℃ 내지 700℃로, 양호하게는 약 690℃로 증가하고, 그리고 제2 단계를 통하여 730℃ 내지 800℃로, 양호하게는 약 760℃로 증가한다. 양호한 실시예에서, 연소반응도 역시 적어도 2개의 연속 단계로서 실행되고, 하나의 단계에서 방출되는 연소 가스 혼합물은 다음 단계로 주입되기 전에 처리된다.

연속적인 단계들 사이에서 연소 가스 혼합물의 처리는 양호하게 그 온도를 변화시키는 것과 추가의 연료를 첨가하는 것을 포함한다. 추가의 연료를 첨가하기 전에 가스 온도를 감소시킴으로써 자동-점화를 회피할 수 있다.

별개의 반응기 블록들을 사용하여 다수의 단계들로 연소공정을 실행함으로써, 단계적 연료 분사의 이익들이 얻어지는데, 예를 들어 잠재적인 문제들을 회피하면서 반응모듈을 따라서 더욱 균일한 온도 분포를 달성할 수 있다. 특히, 이것은 추가의 연료를 주입하기 전에 연속적 단계들 사이에서 연소 가스 혼합물을 제어할 수 있고, 이는 자동-점화가 발생하지 않을 것임을 보장한다. 연속적 반응기 블록들 사이에서 연소 가스 혼합물의 처리는 모듈내에서 실시하며, 반응기 블록들내에서는 실시하지 않는다.

양호하게 제1 유동 채널들과 제2 유동 채널들은 반응기 블록내에서 평행한 방향으로 연장하고, 연소 가스 혼합물과 흡열반응 혼합물은 동일한 방향으로 흐른다{코플로우(co-flow)}. 양호하게 유동 채널들은 적어도 300 mm의 길이를 갖고, 보다 양호하게는 적어도 500 mm의 길이를 갖지만, 양호하게 1000 mm 보다는 길지 않은 길이를 갖는다. 양호한 길이는 500 mm 내지 700 mm 사이, 예를 들어 600 mm 이다. 코플로우 작동은 더 양호한 온도 제어를 부여하며 핫스폿(hot-spot)의 위험을 줄인다는 것을 알게 되었다.

양호한 실시예에서 각각의 제1 유동 채널(흡열반응을 위한 채널들)과 각각의 제2 유동 채널(연소반응을 위한 채널들)은 각자의 반응을 촉진시키기 위해 제거가능한 촉매 구조물을 수용하고, 각각의 촉매 구조물은 양호하게 금속 기판을 포함하고, 그리고 적절한 촉매 재료를 합체하고 있다. 양호하게 그러한 촉매 구조물 각각은 유동 채널을 복수의 평행류 서브채널들로 분할하도록 하는 형상으로 되어 있다. 양호하게 각각의 촉매 구조물은 금속 기판상에 세라믹 지지재료를 포함하며, 이는 촉매를 위한 지지부를 제공한다.

금속 기판은 촉매 구조물에 강도를 제공하며 그리고 전도에 의한 열전달을 강화한다. 양호하게 금속 기판은 가열될 때 산화알루미늄의 부착성 표면 코팅을 형성하는 강철 합금이며, 예를 들어 알루미늄을 합체하고 있는 페라이트 강 합금{예로서 Fecralloy(TM)}이다. 기판은 포일, 와이어 메쉬 또는 펠트시트(felt sheet)가 될 수 있으며, 이들은 파형이 형성되거나, 딤플(dimple)이 형성되거나, 주름이 형성될 수 있으며; 양호한 기판은 길이방향 서브채널들을 형성하도록 파형을 갖는, 예로서 100㎛ 미만의 두께를 갖는 얇은 금속 포일이다.

각각의 반응기 블록은 판들의 스택(stack)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 유동 채널들 및 제2 유동 채널들은 각자의 판들에서 홈들에 의해 형성되고, 판들은 적층으로 쌓인 다음에 함께 접합된다. 대안으로서, 유동 채널들은 평평한 시트들에 의해 캐스텔레이션(castellation)을 만들어 교대로 적층되는 얇은 금속 시트들에 의해 형성되고; 유동 채널들의 에지들은 밀봉 스트립들에 의해 형성될 수 있다. 필요로 하는 양호한 열접촉을 보장하기 위해 제1 유동 채널들 및 제2 유동 채널들은 높이(단면)가 10 mm 내지 2 mm 사이에 있을 수 있고; 각각의 채널은 폭이 약 3 mm 내지 25 mm 사이에 있을 수 있다. 반응기 블록을 형성하는 판들의 스택은 예를 들어 확산 접합, 용접 또는 HIP(hot isostatic pressing: 등방가압성형)에 의하여 함께 접합될 수 있다.

양호하게 화염방지장치(flame arrestor)가 연소를 위한 각각의 유동 채널의 입구에 설치되어 있어서 화염이 연소 채널로 공급되는 연소 가스 혼합물로 다시 전파될 수 없도록 보장한다. 이것은 각 연소 채널의 입구 부분내에서, 예를 들어 입구에 인접한 연소 채널의 일부분을 화염 전파 방지를 위한 최대 갭 사이즈보다 더 좁은 복수의 좁은 유동로들로 분할하는 무촉매 인서트(non-catalytic insert)의 형태가 될 수 있다. 예를 들어 그러한 무촉매 인서트는 하나의 길이방향 파형의 포일 또는 스택에서 다수의 길이방향 파형의 포일이 될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 연소성 가스가 헤더(header)를 통해 공급되는 경우에, 그때 그러한 화염방지장치는 헤더내에 제공될 수 있다.

또한 본 발명은 반응모듈을 사용하여, 증기 개질과 같은 흡열반응을 실행하는 방법을 제공한다. 추가의 연료를 첨가하기 전에 연소로부터 초래되는 유출 가스 혼합물과 공기를 혼합함으로써, 연소성 혼합물의 온도는 자동-점화 온도보다 낮게 유지될 수 있으며, 따라서 연소가 (기상으로서 발생하기보다는) 촉매 구조물의 표면에서 혼성 반응으로서 발생한다는 것을 보장한다.

이러한 방법으로 증기 메탄 개질을 실행하면 작동이 각각의 블록내에서 높은 공간속도(space velocity)에서, 예로서 10,000 내지 60,000 /hr 사이에서 실행할 수 있으며, 동시에 평형 전환율을 90%보다 높게 달성할 수 있다. 유사하게 연소반응은 20,000 내지 70,000 /hr 사이의 공간속도에서 달성되는 것이 바람직하다. 본원에서 공간속도는 대응하는 반응기 채널들의 자유 체적의 배수(multiple)로서, 표준 온도 및 압력(0℃ 및 1 기압)에서 측정한, 반응기로 공급된 가스의 시간당 체적을 의미한다.

또한 본 발명은 연소를 제어하는 방법을 제공하며, 그리고 소형의 촉매 반응기내에서 열응력을 최소로 줄이는 방법을 제공한다.

이제 본 발명은 실례를 들어 첨부한 도면을 참고하여 이하에 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 반응모듈의 개략 측면도.
도 2는 도 1의 반응모듈을 지나는 온도의 변화와, 증기 메탄 반응에서 전환율의 변화를 도시한 그래프.
도 3은 증기 메탄 혼합물을 도 1의 모듈로 공급하는 시스템을 도시한다.
도 4는 도 1의 모듈을 합체하는 시스템을 도시한다.
도 5는 본 발명의 대안적인 반응모듈의 흐름도를 도시한다.

메탄의 증기 개질 반응은 증기와 메탄을 혼합하고 그리고 이 혼합물을 상승 온도에서 적절한 촉매와 접촉시켜 증기와 메탄을 반응시켜 일산화탄소 및 수소(이하 이들은 '합성 가스'라고 함)를 형성함에 의하여 이루어진다. 증기 개질 반응은 흡열성이고, 그래서 열은 촉매 연소, 예로서 공기와 혼합된 메탄에 의하여 제공된다. 연소는 개질 반응기내에서 인접한 유동 채널들내에서 연소 촉매를 통하여 발생한다. 양호하게 증기/메탄 혼합물은 반응기내로 주입되기 전에 예를 들어 600℃ 이상으로 예열된다. 따라서 개질 반응기내의 온도는 통상적으로 입구에서 약 600℃에서부터 출구에서 약 750 - 800℃ 까지 증가한다.

필요로 하는 전체 연료량(예를 들어, 메탄)은 흡열반응을 위한 열, 가스들의 온도 증가를 위한 열{현열(sensible heat)}, 및 환경으로의 열 손실을 위한 열을 제공하는데 필요한 양이며; 필요한 공기량은 연료량과 혼합되는데 필요한 양보다 최대 10% 많다.

이제 도 1을 참고하면, 증기 개질 반응기로서 사용하기에 적합한 반응모듈(10)이 도시되어 있다. 반응모듈(10)은 2개의 반응기 블록들(12a, 12b)로서 구성되고, 각각의 반응기 블록은 평면도에서 직사각형인 판들의 스택으로 이루어지고, 상기 각각의 판은 내식성 고온 합금이다. 평평한 판들은 캐스텔레이션된 판들과 교대로 배열되어 스택의 대향 단부들 사이에 일직선의 스루 채널들(straight-through channels)을 형성하며, 각각의 채널은 길이 600 mm의 활성부를 갖는다. 예를 들어, 캐스텔레이션들의 높이(통상 범위가 2 내지 10 mm 사이에 있음)는 제1 실례로서 3 mm가 될 수 있고, 또는 제2 실례로서 10 mm가 될 수 있으며, 한편 캐스텔레이션(castellation)들의 파장은 연속적인 인대들(ligaments)이 제1 실례에서 20 mm 이격되고 또는 제2 실례에서 3 mm 이격되도록 될 수 있다. 모든 채널들은 서로 평행하게 연장하고, 증기/메탄 혼합물이 제1 세트의 채널들(15)로 제공될 수 있고 그리고 공기/메탄 혼합물이 제2 세트의 채널들(16)로 제공될 수 있도록 헤더들을 가지며, 제1 및 제2 채널들은 스택에서 교대로 배열되며{채널들(15, 16)이 개략적으로 도시됨}, 따라서 스택에서 상단 채널 및 하단 채널은 모두 연소채널들(16)이다. 각자의 반응을 위한 적절한 촉매들은 채널들(15, 16)의 활성부들에서 파형의 포일들(도시 안 됨)상에 제공되며, 따라서 보이드 비율(void fraction)은 약 0.9이다. 화염방지장치(17)는 연소채널들(16) 각각의 입구에 제공된다.

예를 들어 각 스택에는 그러한 캐스텔레이션된 판들이 50개 이상 있을 수 있다.

증기/메탄 혼합물은 반응기 블록들(12a, 12b)을 통해 연속적으로 흐르고, 도관(20)이 제1 반응기 블록(12a)의 채널들(15)의 출구를 제2 반응기 블록(12b)의 채널들(15)의 입구와 연결시킨다. 유사하게 연소 혼합물도 역시 반응기 블록들(12a, 12b)을 통해 연속적으로 흐르고, 도관(22)이 제1 반응기 블록(12a)의 채널들(16)의 출구를 제2 반응기 블록(12b)의 채널들(16)의 입구와 연결시킨다. 도관(22)은 스태틱(static) 믹서(25)를 따라가는 추가의 공기를 위한 입구(24)와, 다음에 다른 스태틱 믹서(27)를 따라가는 추가의 연료를 위한 입구(26)를 포함한다.

반응 모듈(10)의 사용시에, 증기/메탄 혼합물은 620℃로 예열되고, 반응기 블록들(12a, 12b)을 통해 흐르도록 반응모듈(10)로 공급된다. 필요한 공기의 80%와 필요한 메탄(연료로서)의 60%의 혼합물이 550℃로 예열되고, 이는 연소를 위한 자동-점화 온도보다 낮으며, 제1 반응기 블록(12a)으로 공급된다. 양쪽의 경우에 예열은 모듈(10)내에서 연소를 겪은 배기가스들과 열교환됨으로써 실행될 수 있다. 온도는 촉매에서 연소의 결과로서 상승하고, 이 연소로부터 초래되는 가스들은 약 700℃의 온도에서 방출된다. 이들은 {입구(24) 및 스태틱 믹서(25)에 의하여} 필요한 공기의 나머지 20%와 혼합되고, 다음에 {입구(26) 및 스태틱 믹서(27)에 의하여} 필요한 메탄의 나머지 40%와 혼합되고, 따라서 제2 반응기 블록(12b)의 연소채널들(16)로 공급된 가스 혼합물이 약 600℃에 있고, 이는 다시 이 혼합물(이는 제1 단계 연소의 결과로서 수증기 및 이산화탄소를 포함한다)을 위한 자동-점화 온도보다 낮다. 입구(24)에서 공급된 추가 공가의 온도를 조정함으로써, 생성되는 혼합물의 온도는 자동-점화 온도보다 낮게 제어될 수 있다.

예를 들어 공간속도가 증기메탄 개질 채널들{전체적으로 반응모듈(10)을 고려하여}을 위해 양호하게 14000 내지 20000 /hr, 가능하면 특별히 15000 내지 18000 /hr 이 되고 그리고 연소채널들{전체적으로 반응모듈(10)을 고려하여}을 위해 양호하게 19000 내지 23000 /hr 이 되도록 가스 유동률들을 만들 수 있다.

이제 도 2를 참고하면, 이 도면은 연소채널들(16)(A로 표시)의 길이 L과, 개질 채널들(15)(B로 표시)을 따라가는 온도 T의 변화들을 그래프로 도시한다. 그래프에서 L = 0과 L = 0.6 m 사이에 있는 부분은 제1 반응기 블록(12a)에 해당하고, 한편 그래프에서 L = 0.6과 L = 1.2 m 사이에 있는 부분은 제2 반응기 블록(12b)에 해당한다. 주의해야 할 것은, 일단 연소가 개시되면, 개질 채널(15)내의 온도 T는 항상 인접한 연소채널(16)내의 온도 T 보다 낮다는 점이다. 연소 가스 온도는 제1 반응기 블록(12a)과 제2 반응기 블록(12b) 사이에서 (위치 L = 0.6 m에서) {입구(24)로부터} 첨가된 공기의 결과로서 하향의 단계 변화를 겪는다. 길이 L을 갖는 증기 개질 반응에서 메탄 C의 전환율의 변화는 그래프에서 P로 표시되어 있다. 전환율은 반응모듈(10)을 통해 연속적으로 증가하고, 그리고 약 80%의 값에 도달하고, 이는 반응조건하에서 평형 전환율에 근접한다.

연소채널들과 개질채널들에서 공간속도들을 조정하고 그리고 각각의 반응기 블록으로 연소를 위해 공급된 연료 및 공기의 비율을 조정하면, 반응기 블록들을 통해 만족스러운 온도 분포가 달성되며 또 각 반응기 블록내의 열응력들이 최소로 줄어든다는 것을 보장한다는 점을 이해할 것이다. 이것은 반응모듈이 반응기 블록들에 손상을 줄 위험이 없이 안전한 여유(safe margins)에서 작동한다는 것을 보장한다. 또한 도 2에 도시된 온도와 전환율의 변화들이 단지 실례로서 주어져 있고, 온도 분포와 결과적으로 전환율이 예를 들어 연소 촉매들이 변경되거나 연료 대 공기의 비율이 변경되면 약간 달라질 수 있음을 이해할 것이다.

상술한 설명은 단지 실례에 불과하고, 본 발명의 범위내에서 많은 변화를 줄 수 있음을 알 것이다. 예를 들어 채널들(15, 16) 및 반응기 블록들(12)의 치수들은 위에서 나타난 것과 다를 수 있다. 제1 반응기 블록(12a)으로 공급된 공기 및 메탄의 비율은 상술한 비율과 다를 수 있다. 초기에 공급된 연료의 비율은 50% 내지 65%, 더 양호하게는 55%로 하고, 나머지는 35% 내지 50%, 양호하게는 45%가 블록들(12a, 12b) 사이에 제공된다. 예를 들어 필요한 공기의 100%와 필요한 연료의 65%가 초기에 공급될 수 있고; 연료의 나머지 35%가 블록들(12a, 12b) 사이에 공급되고, 이 경우에 온도가 자동-점화 온도보다 낮다는 것을 보장하도록 유출 가스들을 냉각시키기 위해 열교환기(도시 안 됨)를 설치하는 것이 바람직하다. 모든 경우에 추가 연료는 가스 구성물 및 압력의 주도적인 조건하에서 가스 혼합물을 위한 자동-점화 온도 미만의 가스 혼합물에 첨가되는 것이 바람직하다. 공기의 일부분만이 전술한 바와 같이 초기에 공급되는 경우에, 이 비율은 양호하게 적어도 50%이고, 양호하게 90%이하 이고, 더 양호하게 75% 내지 85% 이고, 가장 양호하게는 위의 실례에서와 같이 80%이다.

채널들(15, 16)에서 촉매보유 포일들은 양호하게 화염방지장치(17)가 점유한 연소채널들(16)의 초기 부분과는 별도로, 각자의 채널들의 길이 전체로 연장한다는 것을 이해해야 한다. 변경으로서, 각각의 개질 채널들(15)의 초기부분에는 개질 촉매가 제공되지 않으며, 이러한 무촉매 부분은 화염방지장치(17)의 길이보다 길고, 따라서 개질을 겪게 될 가스 혼합물은 개질 촉매에 도달되기 전에 예열된다.

연료 가스가 메탄에 대하여 신속한 연소 동역학을 갖는 H₂ 및 CO와 같은 종류들의 상당한 농도(즉 > 5%)를 구성하거나 함유하는 경우에, 반응모듈내에서 온도 프로파일을 제어하기 위해 그리고 핫스폿들과 불리한 온도 구배들이 발생하는 것을 방지하기 위해, 2개 이상의 반응기 블록들 및 내부단계 혼합 위치들(inter-stage mixing positions)이 사용될 수 있음을 알아야 한다.

각각의 단계에 공급된 연료 및 공기의 비율들을 조절하는 능력은 또한 시간에 따라 촉매 활동의 감소를 보정하는데 사용될 수 있다. 이러한 배치구조에 의한 추가의 개량은 연소 촉매가 시간에 따라 활동이 저하할 때 반응모듈내에서 온도 분포를 유지하기 위해 연료 혼합 단계들에게로 생성한 합성 가스의 일부를 재순환시키는 능력에 있다.

증기 메탄 개질은 메탄을 장쇄 탄화수소로 변환하는 공정의 일부를 형성할 수 있고, 이때 개질에 의해 생성된 합성 가스가 피셔-트롭쉬 합성으로 처리된다는 것을 이해할 것이다. 대안으로서, 합성 가스는 메탄올을 형성하기 위해 촉매 공정으로 처리될 수 있다. 그러한 어떤 플랜트에서 증기 메탄 개질은 전술한 바와 같은 하나 이상의 반응모듈(10)을 사용하여 실행될 수 있다. 양호한 플랜트는 평행하게 배열된 그러한 여러 개의 반응모듈을 합체하고, 따라서 플랜트 능력이 사용되는 반응모듈의 개수를 변경함으로써 조정될 수 있다.

도 1에 도시된 반응모듈(10)에서, 연소채널들(16)만을 고려하면, 백금-팔라듐 촉매가 반응기 블록들(12a, 12b)에 제공될 수 있다. 대안으로서 촉매는 2개의 반응기 블록들(12a, 12b)에서 다른 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 반응기 블록(12a)내의 촉매는 백금-팔라듐이 될 수 있고, 대신에 제2 반응기 블록(12b)내의 촉매는 백금만이 될 수 있다. 제2 반응기 블록(12b)내의 산소 분압은 발생한 연소 때문에 제1 반응기 블록(12a)내의 산소 분압보다 작다는 것을 알 것이다. 백금-팔라듐 촉매가 제2 반응기 블록(12b)에서 사용되면, 문제가 발생할 수 있는데, 왜냐하면 이러한 낮은 산소 분압이 팔라듐 산화물을 팔라듐 금속으로 변형시키고 그리고 팔라듐 금속이 팔라듐 산화물보다 연소 촉매로서 효과적이지 않기 때문이다. 따라서 제2 반응기 블록(12b)내에서 백금만의 촉매(platinum-only catalyst)를 사용하거나 또는 제2 반응기 블록(12b)내에서 팔라듐의 높은 비율을 갖는 백금-팔라듐 촉매를 사용하는 것이 이익이 될 수 있다. 백금은 산화물 형태보다는 금속 형태로서 촉매 활성이 더 좋고, 따라서 촉매 활동도는 제2 반응기 블록(12b)내에서 낮은 산소 분압에 의하여 악영향을 받지 않는다. 다른 대안으로서 백금만의 촉매가 양쪽 반응기 블록들(12a, 12b) 모두에 사용될 수도 있다. 그러나 백금만의 촉매는 백금-팔라듐 촉매에 비하여 낮은 라이트-오프(light-off) 온도를 가지며, 그것은 제1 반응기 블록(12a)내에서 사용하기에는 적절하지 않고, 덧붙여 산소 분압이 제1 반응기 블록(12a)내에서 더 높으며, 따라서 백금만의 촉매는 제2 반응기 블록(12b)내에서 사용하기에는 이득을 제공하지 못한다.

대안적인 반응모듈(100)이 도 5에 도시되고, 상기 모듈(10)의 컴포넌트들과 동일한 컴포넌트들은 동일한 참고부호로서 언급되어 있으며, 이제 도 5를 참고하여 설명한다. 반응모듈(100)은 개략적으로 도시된 2개의 반응기 블록들(12a, 12b)로 구성되고, 증기/메탄 혼합물이 전술한 바와 같이 도관(20)을 경유하여 반응기 블록들(12a, 12b)을 연속적으로 통과하여 흐른다. 별개의 연소 혼합물들이 반응기 블록들(12a, 12b) 각각에 공급되고, 양쪽 반응기 블록들(12a, 12b)의 연소채널들(16)로부터 방출되는 배기가스들이 공통의 배기구(102)(또는 2개의 별개의 배기구들)로 제공된다. 제2 반응기 블록(12b)로 공급된 연소 혼합물은, 배기구(102)내의 배기가스들에 의하여 가열된 열교환기들(104, 105)내의 공기 및 연료를 예열함으로써, 자동-점화 온도 미만의 550℃로 예열되고, 예열된 공기 및 연료는 다음에 믹서(27)에서 혼합된다. {제1 반응기 블록(12a)으로 공급된 연소 혼합물도 유사한 방식으로 예열된다.}

모듈(100)의 제1 반응기 블록(12a)으로 공급된 연소 혼합물은 제2 반응기 블록(12b)으로 공급된 것과 동일한 구성물을 가질 수 있다. 따라서 전체 연료 조건의 50%가 제1 반응기 블록(12a)으로 공급될 수 있고 그리고 나머지 50%가 제2 반응기 블록(12b)으로 공급될 수 있고, 각각의 블록에는 동일한 공기 체적이 공급된다. 그러나 주의해야 할 것은, 제1 반응기 블록(12a)으로 공급된 연료 체적이 모듈(10)의 제1 반응기 블록으로 공급된 것과 동일하게 될 수 있다는 점이다. 결과적으로 모듈(100)로 공급된 전체 연료량은 모듈(10)로 공급된 연료량보다 많아질 수 있다.

대안으로서 전체 연료 조건의 다소 높은 비율, 예로서 55%가 제1 반응기 블록(12a)으로 공급되고, 전체의 나머지 45%가 제2 반응기 블록(12b)으로 공급될 수 있다. 제1 단계 연소 반응로부터 배기가스들의 적어도 일부분을 배출시킴으로써, 제2 반응기 블록(12b)의 채널들에서 생성 가스들 즉 수증기 및 이산화탄소의 백분율이 도 1의 비율에 비하여 감소된다. 다음에 이것은 제2 반응기 블록(12b)에서 산소 분압을 증가시키는데 기여한다. 결과적으로 팔라듐/백금 촉매는 양쪽 반응기 블록들(12a, 12b)의 연소 채널들(16)에서 사용하기에 적합하다. 모듈(100)을 지나는 온도 분포는 모듈(10)에서 도 2와 관련하여 설명한 것과 실질적으로 동일하며, 증기 메탄 개질 채널들에서 달성된 전체 전환율이 실질적으로 동일하다.

이제 도 3을 참고하면, 이 도면은 천연가스를 가공하기 위한 플랜트의 일부로서, 전술한 바와 같은 모듈(10)로 또는 전술한 바와 같은 모듈(100)로 증기 메탄 혼합물을 공급하기 위한 시스템(30)의 흐름도를 도시한다. 이 실례에서 가공 플랜트는 천연가스를 장쇄 탄화수소 생성물로 변환한다. 천연가스는 초기에 수은 또는 황과 같은 불순물을 제거하도록 조절되고, 따라서 깨끗한 천연가스, 통상적으로 소량의 다른 알칸들을 갖는 메탄 약 90%의 공급 스트림(feed stream)을 제공한다. 이것은 증기 메탄 개질에 의하여 합성 가스를 생성하는데 사용된다. 이 합성 가스는 피셔-트롭쉬 합성으로 처리되어 장쇄 탄화수소를 생성하고, 잔류 테일가스(tail gas)를 남기며; 이 테일가스는 주로 단쇄 알칸(short chain alkane), 일산화탄소, 이산화탄소, 수증기 및 수소로서 구성될 수 있다.

시스템(30)은 그러한 가공 플랜트에서 사용하도록 만들어져 있고, 이 실례에서 3개의 입력 스트림들이 제공되며; 즉 깨끗한 천연가스의 공급 스트림(31), 증기(32)의 공급부, 및 피셔-트롭쉬 합성 플랜트로부터 재순환된 테일가스(33)이다. 시스템(30)은 천연가스 및 증기를 포함하는 혼합물을 발생하며, 이 혼합물을 예를 들어 예비개질기(pre-refomer)(35)내에서 니켈 촉매를 사용하여 예비 개질함으로써, 어떤 C2+ 탄화수소들(에탄, 프로판 등)을 메탄, 일산화탄소 및 수소로 변환시킨다. 흐름들은, 증기 : 메탄의 몰 비가 예비개질 후에 1.4 내지 1.6 대 1이 되는 것이 이상적이다. 생성된 가스 혼합물(36)은 주로 메탄과 증기로 구성되고, 전술한 바와 같은 하나 이상의 개질 반응모듈(10)로 공급된다.

시스템(30)은 예비개질기(35)로 공급되는 증기 대 탄소(메탄내이 있든지 아니면 다른 알칸내에 있든지)의 비율을 제어하기 위해 제어시스템(38)을 포함한다. 정상 작동중에 증기 : 메탄의 비율은 약 1.4 대 1이 되지만, 시동 중에는 개질기 모듈(10)내에서 촉매의 코킹(coking)을 회피하며 동시에 촉매 온도들이 목표값들로 상승되도록 증기의 더 높은 비율이 사용된다. 유량계들(flow transmitters)(40)은 입력 스트림들(31, 32, 33)을 측정하고, 데이터를 연료 유동 제어기(42)로 공급한다. 연료 유동 제어기(42)는 제어밸브(44)를 작동시켜 증기의 유동률을 조정하고 그래서 필요한 증기 대 탄소 비를 보장한다. 공급 가스 흐름(31)을 측정하는 유량계(40)로부터의 신호들은 유동 제어기(46)로 전송되며, 이 유동 제어기가 배기밸브(48)를 작동시켜 시스템(30)으로부터 나오는 공급 가스 유동률의 어떤 피크들을 예를 들어 플레어(flare)(도시 안 됨)로 전환시킨다.

열교환기(50)는 재순환된 테일가스 스트림(33)을, 이 플랜트에서 이미 상승 온도로 가열된 증기(32) 및 공급가스(31)와 동일한 온도로 가열하기 위해 제공된다. 다음에 가스 스트림들(31, 32, 33)은 혼합되고, 생성된 가스 혼합물은 다음에 예열기(52)에 의하여 예비개질기(35)를 위해 필요한 입력 온도, 통상 약 425℃로 더 가열된다.

공급 가스(31)의 유동률과 테일가스(33)의 유동률은 대응하는 유량계들(40)에 의해 측정되지만 배기밸브(48)의 효과를 위해 허용되고, 증기 메탄 개질 모듈(10)(아래에 설명됨)을 제어하기 위해 재순환되어 지점(54)에서 전송된다.

예비개질기(35)내의 반응은 사전에 감소되고 안정화된 니켈계 촉매에 의하여 촉진될 수 있다. 테일가스(33)가 가스 혼합물내로 주입되기 때문에, 가스 혼합물은 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하고, 결과적으로 예비개질기내의 반응이 약간 발열성이 되고, 그 결과로 출력 스트림(36)의 온도가 약 540℃가 된다.

예비개질기(35)로 공급된 혼합물의 온도 및 조성물을 제어하는 것은 예비개질기(35)와 개질 반응모듈(10)내에서 촉매들을 보호하기 위해 필요하다. 예를 들어, 증기는 응축 조건들이 존재하면, 예를 들어 예비개질기(35)내의 온도가 180℃보다 낮으면, 주입되지 않아야 한다. 또한 증기는 그 자신이 15분보다 길게 예비개질기(35)를 통해 흐르지 않아야 하고, 또는 촉매가 가역가능한 산화반응을 겪도록 개시될 수 있다. 촉매의 산화를 방지하기 위해, 증기(32)는 적어도 수소 또는 천연가스의 작은 비율, 예로서 10 몰%와 혼합되어야 한다. 예비개질기(35)는 손상없이 최대 200℃에서 천연가스를 통과시킬 수 있지만, 촉매는 천연가스가 250℃이상에서 촉매 위로 지나가면 약 20초내에 코킹에 의하여 파괴될 것이다. 따라서 증기 공급(32)이 중단되면 천연가스 공급 스트림(31)을 차단하는 것이 중요하고, 또한 테일가스 스트림(33)도 차단되어야 한다. 예비개질기(35)는 촉매에 손상을 주지 않도록 1 bar/min 보다 더 빠르게 감압되지 않아야 하고, 또한 1 ℃/min 보다 더 빠르게 가열 또는 냉각되지 않아야 한다.

이제 도 4를 참고하면, 도 1에 도시된 바와 같은 증기 개질 모듈(10)의 작동을 제어하기 위한 시스템(60)의 흐름도가 도시되어 있다. 이 경우에 가스 공급원들은 연료로서 탈황된 천연가스(61); 예비개질기(35)로부터 나오는 가스 혼합물(36); 그리고 송풍 공기(62)이다. 주로 증기와 메탄으로 구성되는 가스 혼합물(36)은, 가스 혼합물(36)의 압력에 대한 데이터를 압력 제어기(65)로 제공하는 압력 전송기(64)를 포함하는 제어 루프로 처리되고, 상기 압력 제어기(65)는 제어밸브(66)를 사용하여 유동률을 제어할 수 있고 그리고 가스 혼합물(36)의 압력이 반응모듈(10)을 위한 예정된 안전한 임계압력을 초과하면 가스 혼합물을 플레어로 전환하도록 배기밸브(67)를 개방할 수 있다. 다음에 가스 혼합물(36)은 예열기(68) 및 반응모듈(10)을 통해 공급된다.

반응모듈(10)에는 또한 연소 반응들을 위해 송풍 공기(62)와 탈황된 천연가스(61)의 혼합물이 공급된다. 송풍 공기(62)는 먼저 예열기(604)를 통해 가열되고, 다음에 그 공기 온도는 온도 센서(605)에 의하여 측정된다. 모듈(10)로 공급된 공기의 유동률은 제어기(70)로부터 나오는 제어 신호들에 반응하여 밸브(606)에 의해 조정된다. 제어기(70)는 제2 모듈(12b)로부터 나오는 연소 가스들을 위한 출구에 있는 산소 센서(607)와 온도센서(605) 양쪽으로부터 데이터를 수신한다.

송풍 공기(62)는 밸브(606)를 통과한 후, 열교환기(610)를 통해 제1 반응모듈(12a)의 입구에 있는 스태틱 믹서(618)(연료가스와 혼합되기 위해)로 공급되는 제1 기류와, 열교환기(611)를 통해 제1 반응모듈(12a)의 출구에 있는 스태틱 믹서(25)의 입구(24)로 공급되는 제2 기류로 분리된다. 제1 기류와 제2 기류의 비는 제2 기류내에 있는 밸브(608)에 의해 제어된다. 이 밸브(608)는 제어기(72)에 의해 제어되며, 상기 제어기는 스태틱 믹서(25)의 출구에 있는 온도 센서(609)로부터 입력 신호와, 밸브(608)의 입구에 있는 유동 센서(74)로부터 입력 신호를 수신한다. 열교환기들(610, 611)은 개별적으로 제어될 수 있으며, 열교환기(610)는 공기를 약 500℃의 온도로 가열하고, 한편 제2 단계 히터(611)는 공기를 300℃의 범위에 있는 온도로 가열한다.

연소를 위한 연료인 탈황된 가스(61)는 송풍 공기(62)와 유사한 방법으로 제어되지만, 상술한 바와 같이 제1 반응기 블록(12a)으로 공급된 혼합물은 필요한 공기의 80%가 되고 필요한 연료의 55% 또는 60%가 될 수 있다. 필요한 공기의 나머지와 필요한 연료의 나머지는 스태틱 믹서들(25, 27)을 통해 제1 반응기 블록(12a)과 제2 반응기 블록(12b) 사이로 주입된다. 연료 흐름(61)은 2개의 흐름으로 분리되는데: 제1 흐름은 제어밸브(614)와 열교환기(616)를 통해 제1 반응기 블록(12a)의 입구에 있는 스태틱 믹서(618)로 흐르고, 제2 흐름은 제어밸브(615)와 열교환기(617)를 통해 스태틱 믹서(27)의 입구(26)로 흐른다. 제1 흐름은 열교환기(616)에 의해 약 500℃ 또는 550℃로 가열되고, 반면에 제2 흐름은 열교환기(617)에 의해 약 300℃로 가열된다.

시스템(60)의 전체적인 제어는 제어기(612)에 의해 제공된다. 제어기(612)는 천연가스(31)와 테일가스(33)(도 3 참조)의 흐름들을 나타내는 신호들(54)을 수신하고, 이 신호들로부터 제어기는 개질해야 할 메탄의 흐름을 추론할 수 있다. 또한 제어기(612)는 제2 반응기 블록(12b)의 출구에 있는 온도 센서(613)로부터 데이터를 수신한다. 또한 제어기는 송풍 공기(62)의 흐름에 대하여 제어기(70)로부터 데이터를 수신한다. 제어기(612)는 유동 센서들(77, 79)로부터 유동률에 관한 데이터를 수신하는 각자의 밸브 제어기들(76, 78)로 신호들을 제공함으로써 밸브들(614, 615)을 통과하는 연료의 흐름을 제어한다. 또한 제어기(612)는 제어 신호들을 제어기(70)에 제공함으로써 밸브(606)를 통과하는 송풍공기(62)의 유동률을 제어한다.

따라서 시스템(60)의 작동시에, 모듈(10)로의 공기 공급, 소위 송풍 공기(62)의 흐름은 개질되어야 할 메탄의 양에 따라 제어기(612) 및 제어기(70)에 의해 제어된다. 모듈(10)의 출구에 있는 센서(607)에 의해 감지된 산소 레벨이 감소하면, 그때 밸브(606)가 모듈(10)로 향하는 송풍 공기(62)의 흐름을 증가시키도록 조정된다. 산소 레벨이 증가하면, 그때 모듈(10)로의 송풍 공기(62)의 흐름이 감소되고, 연료(61)의 유동률이 또한 비율에 따라 감소된다.

연료(61)의 유동률은 또한 개질되어야 할 메탄의 양에 따라 제어된다. 덧붙여, 모듈(10)의 출구에 있는 센서(613)에 의해 감지된 온도가 과다하게 높게 되면, 그때 양쪽 반응기 블록들(12a, 12b)로 향하는 연료(61)의 유동률이 감소될 것이다. 다른 한편, 스태틱 믹서(25)의 출구에 있는 센서(609)에 의해 감지된 온도가 상승하면, 스태틱 믹서(25)의 입구(24)로 공급되는 공기가 증가한다(또는 대안으로 열교환기(611)가 낮은 온도를 달성하도록 조정될 수 있다). 이것은 믹서(27)내의 가스 혼합물이 자동-점화 온도보다 낮다는 것을 보장한다.

도 5에 도시된 바와 같은 증기 개질 모듈(100)의 작동을 제어하기 위한 시스템은 상술한 시스템(60)과 유사하며, 다만 제1 반응기 블록(12a)으로부터 연소채널들의 출력이 배출되고, 공기와 연료의 새로운 혼합물이 공급된다는 점이 다르다. 따라서 스태틱 믹서(25)는 필요하지 않고 믹서(27)만이 필요하다. 모듈(100)내에서 2개의 단계들로 입력되는 가스의 온도들 및 가스량들은 독립적으로 제어되고, 제2 반응기 블록(12b)을 위한 공기 및 연료의 온도는 열교환기들(611, 617){이들은 도 5의 열교환기들(105, 104)에 대응함}에 의하여 각자 제어되고 최대 500℃ 또는 550℃(상술한 300℃ 보다는)가 될 수 있다.

제어 시스템(30)은 탄화수소들의 2개의 소스들: 즉 천연 가스(31) 및 테일가스(33)를 수용하는 것으로서 설명되어 있다. 이것은 단지 실례에 불과하고, 탄화수수들을 포함하는 적어도 하나의 가스 공급부, 통상적으로 천연가스 공급부가 있어야 한다는 것만이 유일한 조건임을 알 것이다. 가스성 탄화수소들의 제2 소스가 이용될 수 있다면, 그때 이것은 또한 테일가스(33)와 유사한 방법으로 공급될 수 있다. 예를 들어, 그러한 예비개질기(35) 및 관련 제어 시스템(30)이 다른 가공 플랜트, 예를 들어 장쇄 탄화수소들을 생산하기보다는 메탄올을 생산하기 위한 가공 플랜트의 환경(context)에 제공되는 경우에, 그때 예비개질기(35)로 가는 단일의 그러한 가스 공급부만이 있거나, 또는 상술한 것과 다른 구성물의 테일가스가 될 수 있다.

Claims

흡열반응을 실행하기 위한 촉매 반응모듈로서,
상기 모듈은 복수의 독립된 반응기 블록들을 포함하고, 각각의 반응기 블록은 상기 블록내에서 교대로 배열된 복수의 제1 유동 채널들 및 제2 유동 채널들을 형성하여 상기 제1 유동 채널들과 상기 제2 유동 채널들 사이에 열 접촉을 보장하게 되고, 상기 반응기 블록들은 상기 제1 유동 채널들내에서 흡열반응을 겪기 위한 가스 혼합물의 연속적인 흐름과 또한 상기 제2 유동 채널들내에서 연소성 가스 혼합물의 흐름을 위하여 배열되어 연결되고, 따라서 흡열반응 혼합물이 상기 반응기 블록들을 통해 연속적으로 흐르는 촉매 반응모듈.
제1항에 있어서,
연속적 반응기 블록들 사이에서 추가의 연료를 주입하기 위한 수단을 포함하는 촉매 반응모듈.
제2항에 있어서,
상기 추가의 연료는 연소로부터 발생하는 유출가스 혼합물내로 주입되는 촉매 반응모듈.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 모듈은 반응기 블록에 공급된 연소성 가스 혼합물이 자동-점화 온도 미만의 상승 온도에 있도록 배치되고, 상기 상승 온도는 상기 하나 이상의 반응기 블록들내에서 연소성 가스 혼합물의 연소의 결과로서 적어도 부분적으로 상승되는 촉매 반응모듈.
제4항에 있어서,
상기 모듈내에서 각각의 반응기 블록에 공급된 상기 연소성 가스 혼합물이 상기 상승 온도에 있도록 배치되는 촉매 반응모듈.
제3항에 있어서,
연속적 반응기 블록들 사이에서 연소로부터 발생하는 유출가스 혼합물내로 추가의 산소-함유가스를 주입하기 위한 수단을 또한 포함하는 촉매 반응모듈.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
하나의 반응기 블록내에서, 상기 제1 유동 채널들과 상기 제2 유동 채널들은 평행한 방향들로 연장하고, 상기 연소성 가스 혼합물 및 상기 흡열반응 혼합물은 동일한 방향으로 흐르는 촉매 반응모듈.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 반응기 블록내에 있는 상기 유동 채널들은 적어도 300 mm의 길이를 갖고, 보다 양호하게는 적어도 500 mm의 길이를 갖지만, 양호하게 1000 mm 보다는 길지 않은 길이를 갖는 촉매 반응모듈.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
연소를 위한 각각의 유동 채널의 입구에 화염방지장치가 설치되는 촉매 반응모듈.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 반응모듈을 사용하여, 흡열반응을 실행하기 위한 방법.
흡열반응 실행방법으로서,
상기 흡열반응에 필요한 열은 상기 흡열반응을 위한 인접 채널내에서 연소반응에 의하여 제공되고, 상기 흡열반응은 다수의 연속적 단계들로 실행되는, 흡열반응 실행방법.
제11항에 있어서,
상기 연소반응은 상기 흡열반응과 동일한 순서로, 하나의 단계로부터 방출되는 연소가스 혼합물이 다음 단계로 주입되기 전에 처리되어 연속적으로 적어도 2 단계로 실행되는, 흡열반응 실행방법.
제12항에 있어서,
상기 처리는 처리온도를 변화시키는 것과 추가의 연료를 첨가하는 것을 포함하는, 흡열반응 실행방법.
제13항에 있어서,
상기 온도는 가스 또는 증기를 첨가함에 의하여 변화되는, 흡열반응 실행방법.
흡열반응을 실행하기 위한 촉매 반응모듈에 대한 제어시스템으로서,
상기 모듈은 복수의 독립된 반응기 블록들을 포함하고, 각각의 반응기 블록은 제1 유동 채널들 및 제2 유동 채널들을 형성하고, 상기 반응기 블록들은 상기 반응기 블록들의 상기 제1 유동 채널들내에서 상기 흡열반응을 겪기 위한 가스 혼합물의 연속적인 흐름과 또한 상기 제2 유동 채널들내에서 연소성 가스 혼합물의 흐름을 위하여 배열되어 연결되고, 따라서 상기 연소성 가스 혼합물이 상기 반응기 블록들을 통해 흐르고 그리고 상기 흡열반응 혼합물이 상기 반응기 블록들을 통해 연속적으로 흐르고, 상기 제어시스템은 상기 흡열반응을 겪게 되는 혼합물의 유동률을 모니터하는 수단과, 상기 모니터한 유동률에 따라 연소를 겪게 되는 혼합물의 유동률을 제어하는 수단을 포함하는, 제어시스템.
제15항에 있어서,
제1 반응기 블록으로 공급된 연료의 비율이 상기 모듈에 공급된 연료의 50% 내지 70% 사이에 있는, 제어시스템.