KR20120074277A - 메탄 함유 가스의 균질 산화를 위한 플랜트 및 메탄 함유 가스의 산화 방법 - Google Patents

메탄 함유 가스의 균질 산화를 위한 플랜트 및 메탄 함유 가스의 산화 방법 Download PDF

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발레리‘얀 니콜라예비치 블리니체프
라피스 파이조비치 카디로프
올레크 비야체슬라보비츠 샤긴
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오트크리토에 악시오르노에 오브웨스트보 "지티엘"
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Abstract

본 발명은 적어도 3개의 순차적으로 연결된 산화 반응기에 430-450℃로 예비 가열된 메탄 함유 가스를 공급하는 것을 포함하는 메탄 함유 가스의 균질 산화 방법에 관한 것으로서, 여기서 마지막 1개를 제외한 각각의 반응기는 폐열 보일러에 독립적으로 연결되어 있고, 반응기에 메탄 함유 가스의 산화를 위해 산소를 공급하며, 여기서 가스 혼합물 온도를 540-560℃로 증가시킨 후 최종 생성물의 분리를 위한 정류탑에 공급되는 증기가 형성되는 폐열 보일러 내에서 440-450℃로 가스 혼합물을 고속 퀀칭 냉각하고, 마지막 반응기로부터 반응 혼합물을 분리기에 공급하고, 분리기로부터 기상을 정류된 메탄올, 에탄올 및 포름알데이드가 생성되는 정류단에 공급하며, SO2, CO 및 CO2로부터 기상을 세정하기 위해 기상을 공급하고, 상기 방법에서, 순환 사이클의 부분적인 퍼징을 수행하여 불활성 가스를 제거하며, 세정 및 퍼징 후 원래 메탄 함유 가스로 기상/순환 가스를 보충하고 반응기에 생성된 가스를 재공급하여 사이클을 완료시킨다. 본 발명은 효율을 증가시키고, 생성물 수율을 증가시키며, 환경적 상황을 개선시킬 수 있게 한다.

Description

메탄 함유 가스의 균질 산화를 위한 플랜트 및 메탄 함유 가스의 산화 방법{PLANT FOR THE HOMOGENEOUS OXIDATION OF METHANE-CONTAINING GAS AND PROCESS FOR THE OXIDATION OF METHANE-CONTAINING GAS}
본 발명은 석유 화학 산업, 특히 메탄 함유 가스의 균질 산화를 위한 플랜트 및 메탄 함유 가스의 균질 산화 방법에 관한 것이다.
대량의 천연 가스 비축품이 존재하고, 이는 생태적으로 깨끗한 연료이지만, 다수의 경우, 특히 수송 기관에 있어서, 가스 에너지 공급원을 직접 사용하는 것은 불편하다. 천연 가스를 더욱 보편적인 액상 연료, 특히 다수의 화학적 제조 공정을 위한 공급 원료인 메탄올로 전환시킴으로써 문제가 해결된다. 메탄을 메탄올로 전환시키는 다수의 공정이 공지되어 있다. 산업에서 널리 사용되는 것이 메탄을 합성 가스(CO와 H2의 혼합물)로 증기 전환시킨 후, 합성 가스를 메탄올로 접촉 전환시키는 것이지만[문헌(Karavaev, M.M., Leonov, V.E. et al., "Технология синтетического метанола" [Synthetic Methanol Production Processes], Moscow, “Khimiya” Publishing House, 1984, p. 72-125)], 이 공정은 장비 복잡성, 가스 청정도에 대한 엄격한 요건, 합성 가스의 제조 및 세정을 위한 높은 에너지 소비, 다수의 공정 중간 단계, 및 용량이 2000 t/일 이하인 중소 생산 설비의 비수익성과 같은 중요한 단점을 다수 갖는다.
최근, 합성 가스 제조의 상(phase)을 회피하여 고압에서 메탄을 메탄올로 직접 기상 산화하는 것에 대한 관심이 크다. 공정은 10 MPa 이하의 압력 및 400-450℃의 온도에서 비교적 낮은 원래 농도의 산소를 사용하여 관형 반응기에서 수행된 후, 가스-액체 혼합물의 냉각, 액체 생성물의 분리 및 정류에 의한 액체 생성물로부터의 메탄올의 추출이 수행된다[문헌(Arutyunov, V.S., and Krylov, O.V., "Окислительные превращения метана" [Oxidative Transformations of Methane], Moscow, "Nauka" Publishing House, 1998, p. 130-145)]. 그러나, 3-5%를 넘지 않는 반응기를 통한 1 패스 동안의 낮은 메탄 전환율 및 이에 따른 낮은 메탄올 수율은 직접 메탄 산화에 의해 메탄올을 제조하는 공정의 실질적 실시를 방해한다.
메탄 함유 가스는 50% 이상의 CH4를 함유하는 가스 뿐 아니라 유전 및 가스전에 매장된 플레어 가스(flare gas)를 의미한다. 오일을 담은 균열부의 침착물에 따라, 요즘에는 가스 플레어 중 메탄 농도는 30% 내지 86%로 변할 수 있다[문헌(Arutyunov, V.S., and Krylov, O.V., "Окислительные превращения метана" [Oxidative Transformations of Methane], Chemical Physics Institute, RAN [Russian Academy of Sciences], Moscow, "Nauka" Publishing House, 1998, 361 pp.)].
메탄 함유 가스의 균질 산화를 위한 플랜트는 가스 가공의 효율 및 비용 유효성을 증가시킬 수 있다. 이는 메탄 함유 가스의 균질 산화를 위한 반응기로부터의 반응 혼합물의 고속 퀀칭을 수행하기 위해 제조된 폐열 보일러, 축적 불순물 및 제조 공정 부산물, 특히 SO2, CO 및 CO2로부터 순환 가스의 세정을 수행하는 흡수기, 및 또한 추가적이며 상기 폐열 보일러를 연결하는 파이프라인 뿐 아니라, 원래의 메탄 함유 가스의 산화 단계로부터 유출되는 순환 가스를 냉각시키는 열 교환기 중 하나를, 균질 산화의 생성물의 분리(정류) 단계를 위한 장치와 함께 동시에 사용하여 달성된다. 제안된 공정은 또한 유사한 효과를 달성 가능하게 하며; 상기 혁신 기술을 이용하기 위해서는 순환 가스를 제1 반응기에 공급하기 전에 이를 430-450℃로 가열하고, 반응 생성물의 냉각, 응축 및 분리 후, 순환 가스를 SO2, CO 및 CO2로부터 세정한다는 개선점이 있다.
2.5-15 MPa의 압력에서 200-500℃로 예비 가열된 탄화수소 함유 가스 및 산소 함유 가스를 혼합실에 각각 공급한 후, 산소 농도가 1-4 Vol.%인 부분 메탄 산화의 단계와, 추가로 시약(금속-산화물 촉매, 더 고급의 가스 탄화수소 또는 산소 함유 화합물 및 냉산화제)을 반응기 반응 구역에 추가로 도입하고, 열 교환기에서 반응 혼합물을 냉각시키고, 분리기에서 액체 반응 생성물로부터 메탄올을 분리하고, 반응기 입구에 유출 가스 반응 생성물을 공급하는 것을 포함하는 메탄올의 제조 공정이 공지되어 있다(RU, 2049086 C 1, C 07 C 31/04, 11.27.1995). 이 공정의 단점은 메탄올 수율을 감소시키고 그을음 형성 가능성을 증가시키는 반응물 가스의 강한 가열 및 촉매 또는 추가의 시약을 사용할 필요가 있다는 것이다. 탄화수소 함유 가스(천연 가스 또는 메탄) 및 산소 함유 가스(공기 또는 산소)를 믹서에 각각 공급한 후, 혼합물을 불활성 반응기에 공급하고, 2-1000 초 동안 300-500℃의 온도에서 1-10 MPa의 압력에서 촉매 없이 반응기에서 산소 함량 2-20 Vol.%로 탄화수소 함유 가스를 부분 기상 산화시키고, 응축기에서 액체 반응 생성물로부터 메탄올을 분리하고, 원래의 탄화수소 함유 가스와 혼합하고 제1 반응기에 또는 제1 반응기에 순차 연결된 제2 반응기에 보내기 위해 비전환된 메탄을 함유하는 유출 반응 가스를 복귀시키는 것을 포함하는 메탄올의 제조 공정이 공지되어 있다(GB, 2196335 A, C 07 C 31/04, 04.27.1988). 이 공정의 단점은 반응기 메탄올 용량을 제한하는 긴 반응 시간이다
메탄올 제조를 위한 플랜트는 파이프라인에 의해 연결되고 순차 설치되며 탄화수소 함유 가스 및 공기 또는 산소의 각각의 공급원에 연결된 혼합실, 양압에서 반응기에 공급된 혼합물 중 메탄의 부분 산화를 위해 원소를 가열하며 불활성 재료로 제조된 반응기, 반응 생성물로부터 메탄올을 분리하기 위한 응축기 및 분리기, 원래의 탄화수소 함유 가스에 또는 혼합실에 재순환 반응 생성물을 공급하기 위한 파이프라인을 구비하는, 재순환 반응 생성물용 용기를 포함한다(GB, 2196335 A, C 07 C 31/04, 04.27.1988). 상기 공정 및 플랜트는 높은 메탄올 수율을 제공하며, 메탄의 5-15%는 반응기를 통과할 때마다 반응할 수 있다. 그러나, 시약은 장시간을 반응기 내에서 소비하므로, 이것이 플랜트의 높은 생성율을 확보 못 하게 한다.
370-450℃ 및 5-20 MPa의 압력에서 0.2-0.22 초의 반응기 내 접촉 시간으로 산소 함유 가스로의 탄화수소 함유 가스의 각각의 산화 및 공급을 행하고, 반응기에 메탄올을 주입하여 가열된 반응 혼합물을 330-340℃로 냉각시키는 것(SU, 1469788 A1, C 07 C 31/04, 11.20.96), 또는 중간 응축 및 분리 없이 반응 혼합물을 반응기에 설치된 중간단 열 교환기에서 380-400℃로 냉각시킨 후, 반응 혼합물을 2-3개의 순차 산화단으로 공급하는 것을 포함하는 메탄올의 제조 공정이 공지되어 있다(SU, 1336471 A1, C 07 C 31/04, 09.27.96).
이 공정의 단점은 메탄올의 추가 소비 및 반복 분리를 필요로 하며, 이것이 메탄올의 피할 수 없는 손실 또는 추가의 냉각제가 그 안에서 순환하는 추가의 냉각 루프의 설치를 초래한다는 것이다.
RU 2057745(04.10.1996)로부터, 메탄올의 제조를 위한 공정 및 플랜트가 공지되어 있다. 상기 공정은 압축된 후 가열된 탄화수소 함유 (천연) 가스 및 압축된 공기 또는 산소를 반응기 혼합 구역(혼합 유닛)에 각각 공급하고, 325-500℃의 원래 온도 및 3-10 MPa의 압력에서 1.5-8 Vol.%의 산소 함량으로 반응기의 2개의 반응 구역에서 탄화수소 함유 가스를 순차로 단계적으로 산화시키고, 추가로 산소 또는 공기를 다음 혼합 구역에 공급하고, 반응 혼합물을 냉각시키고, 냉각된 가스-액체 혼합물로부터 메탄올을 분리하고, 유출 가스를 원래의 탄화수소 함유 가스(파이프라인)에 또는 연소를 위해 이송시키는 것을 포함한다.
메탄올 제조 플랜트는 압축기, 회복성 열 교환기, 및 탄화수소 함유 가스의 공급원에 연결된, 탄화수소 함유 가스를 압축 및 가열하기 위한 연소 히터, 압축기에 연결된 산소 또는 공기의 각각의 공급원, 탄화수소 함유 가스 및 공기 또는 산소를 혼합 구역에 각각 공급하기 위한 파이프라인을 구비하는 2개의 혼합 및 반응 구역을 갖는 반응기, 및 냉 탄화수소 함유 가스를 가열하고 반응 혼합물을 냉각시키기 위한, 반응기의 반응 구역에 연결되고 순차 설치된 회복성 관형 열 교환기, 냉각기-응축기, 및 냉각된 가스-액체 반응 혼합물로부터 메탄올을 분리하기 위한 분리기, 및 탄화수소 함유 가스 파이프라인 또는 반응기에 유출 가스를 공급하기 위한 파이프라인을 포함한다. 공지된 공정 및 플랜트는 반응기를 통한 천연 가스의 1 패스 동안 충분히 높은 메탄 전환율을 제공하지 않는다. 가스의 효과적인 재순환을 위해, 산화제로서 산소를 사용하는 것이 실제적으로 필수적이며, 이의 사용으로 제조 비용이 20-30% 증가한다. 또한, 비교적 높은 원래 반응 온도 및 후속의 반응 혼합물의 자기 가열은 원하는 생성물의 수율을 감소시키며, 제조 장비의 작동을 복잡화하고 생성된 메탄올의 품질을 저하시키는 집중적인 그을음 형성의 원인이 된다.
청구된 발명과 가장 유사한 공정 및 플랜트는 RU No. 2162460(01.27.2001 공개)에 기재되어 있다. 천연 가스의 균질 산화를 위한 공지된 플랜트는 주요 파이프라인에 의해 상호 연결된, 천연 가스의 공급원, 열 교환기, 반응기, 분리기, 수용기, 가스의 기상 산화를 수행하기 위한 산소 공급원 및 반응 혼합물을 냉각시키기 위한 수단을 포함한다. 천연 가스의 균질 산화를 위한 공지된 공정은 압축된 후 가열된 천연 가스 및 산소 함유 가스를 각각 공급하고, 반응기에서 산소로 이를 산화시킨 후 냉각/퀀칭하는 것을 포함하며, 여기서 공정은, 각각의 후속 산화 단계 전에 반응 혼합물을 70-150℃로 냉각시키고 마지막 반응 구역에서 퀀칭시켜서 반응 구역에서의 이의 체류 시간의 0.1보다 짧은 시간에 걸쳐 반응 혼합물 온도를 200℃ 이상 감소시킨다는 사실을 특징으로 한다. 공정은 주기적으로 수행하며, 순환 가스 퍼징 사이클 및 사이클 완료를 수행한다.
공지된 플랜트의 단점은 이의 낮은 효율에 있으며, 공정의 단점은 산화황(SO2)의 생성물로의 순환 가스의 오염 및 생성된 생성물의 낮은 수율에 있다. 제안된 공정 및 플랜트에서, 몇 개의 반응기가 순차 설치되며, 이들 내에서의 반응의 열 효과를 폐열 보일러 내 증기의 생성에 사용하며, 반응 가스를 다음 반응기에의 최적 진입 온도로 냉각시키며, 이것이 이의 메탄올, 포름알데히드 및 에탄올로의 높은 전환율의 달성을 가능하게 한다. 공지된 플랜트에서 순환 가스 중 산화황(SO2)의 존재 %의 증가는 실질적으로 반응 가스 전환율을 감소시키는데, 왜냐하면 산화황은 불활성 가스가 아니고 이 경우 이는 항촉매로서 작용하기 때문이다.
본 발명의 본질의 간단한 설명
따라서, 본 발명의 기술적 결과는 이용 효율 증가, 생성된 생성물의 높은 수율 및 축적 SO2로부터의 순환 가스의 세정에 있다. 또한, 본 발명은 메탄 함유 가스의 균질 산화를 위한 방법 및 플랜트의 축적을 확장한다.
하나의 반응기 내에서의 반응 가스의 균질 산화 생성물로의 전환율은 낮다(가스 조성 및 선택된 최적 온도 및 압력에 따라 최소 2%, 최대 4%). 따라서, 경제적 관점에서, 반응기의 최소 수는 3일 수 있으며, 이의 최대 수는 가스의 원래 조성에 의해 결정된다.
또한, 공정 관점으로부터 (SO2, CO2 및 CO로부터 순환 가스를 정제한 후) 마지막 흡수기의 출구를 주요 파이프라인에 연결하는 것이 가장 효율적이다.
상기 기술적 문제는 제안된 플랜트에서 달성되는데, 이는 플랜트가 주요 파이프라인에 의해 순차적으로 연결된 메탄 함유 가스의 공급원, 열 교환기, 및 탄소강으로 제조된 적어도 3개의 반응기를 사용하며, 여기서 마지막 1개를 제외한 각각의 반응기는 폐열 보일러에 독립적으로 연결되어 있고, 반응기는 또한 산소 공급원에 연결되어 있다는 사실로 인한 것이다. 플랜트는 또한 마지막 반응기로부터 분리기로 가는 경로에 폐열 보일러에 연결되지 않은 분리기를 포함하며, 순환 가스를 가열하고 최종 생성물을 분리하기 위한 정류탑에 증기를 공급하는 추가의 파이프라인에 의해 폐열 보일러로부터의 증기와 합해지는 수증기를 생성시키는 열 교환기; 및 분리기로부터 정류된 메탄올, 에탄올 및 포름알데히드가 생성되는 정류단에 액상을 공급하기 위한 파이프라인이 존재하며, CO 및 CO2 분획의 분리 및 제거와 함께 용액의 재생을 가능하게 하도록 흡수기의 기상 출구가 수용기에 연결된 순차 설치된 흡수기에 SO2, CO 및 CO2로부터 기상을 세정하기 위해 기상이 공급되며, 마지막 흡수기의 출구는 기존 불활성 가스의 제거를 위한 순환 사이클의 부분적인 퍼징을 가능하게 하도록 순환 가스 송풍기의 위치 지점 앞에 있는 주요 파이프라인에 연결되어 있다.
제안된 공정에서, 기술적 결과가 달성되는데, 이는 탄소강으로 제조된 적어도 3개의 순차적으로 연결된 산화 반응기에 430-450℃로 예비 가열된 메탄 함유 가스를 공급하며, 여기서 마지막 1개를 제외한 각각의 반응기는 폐열 보일러에 독립적으로 연결되어 있고, 반응기에 또한 540-560℃로 가스 혼합물 온도를 동시에 증가시키고 메탄 함유 가스의 균질 산화를 유도하는 폭발 한계 이하의 농도의 혼합물을 형성하도록 하는 양으로 산소를 공급한 후, 증기가 형성되는 폐열 보일러에서 440-450℃로 가스 혼합물을 고속 퀀칭 냉각하며, 최종 생성물의 분리를 위한 정류탑에 증기를 공급한 후, 폐열 보일러에 연결되지 않은 마지막 반응기로부터 분리기에 반응 혼합물을 공급하고, 분리기로 가는 경로에 반응 혼합물이 순환 가스를 가열하고, 혼합물 열 중 일부를 폐열 보일러로부터의 증기와 합해지는 수증기의 생성에 사용하며, 분리기로부터 정류된 메탄올, 에탄올 및 포름알데히드가 생성되는 정류단에 액상을 공급하며, SO2, CO2 및 CO로부터 기상을 세정하기 위해 기상을 공급하고, 기상을 세정하면서 동시에 순환 사이클을 부분적으로 퍼징하여 불활성 가스, 예컨대 질소 및 아르곤을 제거하며, 퍼징 사이클의 수는 사이클 내 불활성 가스의 허용 가능한 양을 기준으로 하여 결정하며, 세정 및 퍼징 후, 기상/순환 가스를 원래의 메탄 함유 가스로 보충하고 새롭게 형성된 가스를 반응기에 재공급하여 사이클을 완료시킨다는 사실로 인한 것이다.
본 발명의 본질의 상세한 설명
본 발명의 본질을 플랜트도를 개략 도시하는 도 1에서 설명한다.
도 1에 도시된 메탄 함유 가스의 균질 산화를 위한 플랜트는 주요 파이프라인(1)에 의해 연결된 메탄 함유 가스 공급원(2), 열 교환기(3, 4, 5, 6), 순차 설치된 반응기(7, 8, 9), 분리기(10), 수용기(11, 30, 31), 가스의 비접촉 기상 산화를 수행하기 위한 산소 공급원(13), 및 반응 혼합물을 냉각시키기 위한 수단을 포함한다. 플랜트는 또한 폐열 보일러(14, 15), 흡수기(16, 17), 폐열 보일러(14, 15)의 출구를 연결하는 추가의 파이프라인(18), 및 공정에서 균질 산화 반응의 생성물의 정류단에서 형성된 증기를 사용하기 위한 열 교환기(4)의 출구를 포함하며, 여기서 균질 산화의 생성물의 부분 분해를 제거하기 위해, 산소 공급원(13)에 연결된 반응기(7, 8, 9)는 탄소강으로 제조한다.
열 교환기(3)는 순환 가스 가열의 가능성이 있도록 제조하며, 이의 입구는 열 교환기(5)의 출구에 연결되어 있으며, 이의 출구는 순환 가스 송풍기(21)에 연결되어 있고, 여기서 열 교환기(3)의 출구는 반응기(7)의 입구에 연결되어, 메탄 함유 가스의 균질 산화의 1차 생성물의 형성을 가능하게 하며, 반응기(7, 8, 9)는 주요 파이프라인(1)에 의해 서로 순차적으로 연결되어 있고, 이것이 가스의 균질 산화의 2차 생성물의 형성을 가능하게 한다. 냉각수 파이프라인(20)으로부터의 물을 냉각시켜 수용된 열이 열 교환기(6)를 통과할 때, 이는 산화 생성물이 산화물을 이의 성분으로 분리하기 위한 유닛(12)의 제1 정류탑(미도시)에 공급될 때 산화 생성물을 가열하는 데에 사용된다.
마지막 반응기(9)의 출구는 메탄 함유 가스의 공급원으로부터 열 교환기(3)로 공급되는 가스를 430-450℃로 추가로 가열하기 위해 열 교환기(3)의 제2 입구에 연결되어 있다.
열 교환기(3, 4, 5, 6)는 서로 순차적으로 연결되어 있으며; 마지막 열 교환기(6)는 산화 생성물의 최종 냉각 및 응축이 가능하도록 제조되고; 이의 입구는 냉각수 파이프라인(20)에 연결되어 있고, 이의 출구는 분리기(10) 입구에 연결되어 있으며; 분리기(10)의 출구 중 하나(액체 응축물 출구)는 송풍기(22)에 의해 수용기로부터 정류된 메탄올, 에탄올 및 포름알데히드를 생성시키기 위한 정류단에 응축된 생성물을 후속 펌핑하기 위한 수용기(11) 중 하나에 연결되어 있고, 분리기(10)의 제2 출구(비응축 가스 출구)는 SO2로부터 순환 가스를 세정할 수 있게 하는 제1 흡수기(16)의 입구에 연결되어; 흡수기(16)로부터의 가스가 CO 및 CO2 분획으로부터 순환 가스를 세정할 수 있게 하는 제2 흡수기(17)의 입구에 공급된다.
흡수기(16, 17)의 액상 출구는 각각 수용기(30, 31)에 연결되어 있고, 이것이 탈착기(26)로부터 CO 및 CO2 분획의 제거 및 분리와 함께 흡수액의 재생을 가능하게 하며, 수용기(30, 31)의 출구는 흡수기(16, 17)의 입구에 연결되어 SO2, CO 및 CO2로부터 순환 가스를 세정하기 위해 생성된 용액을 거기에 공급하며, 제2 흡수기(17)의 출구는 순환 가스 송풍기의 위치 지점 앞에 있는 파이프라인(1)에 연결되어, 기존 불활성 가스의 제거를 위한 순환 사이클의 부분적인 퍼징을 가능하게 한다.
반응 혼합물을 냉각시키기 위한 수단은 열 교환기(3, 4, 5, 6) 및 폐열 보일러(14, 15)이다.
급수 공급원(19)은 폐수 보일러(14, 15)에 연결되어 있고, 증기 생성을 위해 이는 또한 열 교환기(4)에 연결되어 있다.
도면 부호 23은 메탄올 분획 공급을 나타내고, 도면 부호 24는 출발 가스 공급을 나타내며, 도면 부호 25는 사용을 위한 CO 및 CO2 분획의 출구를 나타내고, 도면 부호 30 및 31은 흡수액용 용기를 나타내며, 도면 부호 22는 송풍기를 나타내고, 도면 부호 27은 열 교환기-냉각기를 나타내고, 도면 부호 28은 재생 열 교환기를 나타내며, 도면 부호 29는 열 교환기-히터를 나타낸다.
메탄 함유 가스의 균질 산화를 위한 플랜트 및 균질 산화 방법은 하기와 같이 작용한다.
재순환하는 메탄 함유 가스의 압축을 위한 전력 소비를 감소시키기 위한 조건을 기준으로 하여, 메탄올 제조를 초래하는 메탄 함유 가스의 균질 산화 방법은 하기와 같이 수행한다: 열 교환기(3)에서 450℃로 가열된 순환 가스를 반응기(7)로 공급하며, 여기서 이를 폭발 한계보다 낮은 비로 산소와 혼합한다. 산소는 부분적으로 가스에 함유된 메탄 및 탄화수소를 산화시키고; 방법에서, 가스 혼합물 온도를 540-560℃로 증가시키고, 메탄올, 에탄올 및 포름알데히드를 생성시킨다. 균질 산화 생성물의 형성 반응은 가역적이어서, 결과적으로는 540-560℃에서 440-450℃로 반응 혼합물을 고속 퀀칭 냉각시킬 필요가 있다. 이는 폐열 보일러(14, 15) 및 열 교환기(3) 내에서 수행한다.
일반적으로, 반응 구역에서의 니켈 및 이의 화합물(스테인리스강)의 존재는 균질 산화의 생성물의 부분 분해를 초래하며, 이 현상을 방지하기 위해, 반응기(7, 8, 9)는 탄소강으로 제조한다.
반응기(7) 다음에, 반응기(7)에서의 공정과 유사하게, 메탄의 균질 산화 공정이 반복되는 반응기(8)에 순환 가스를 공급한다. 그 다음, 반응기(9)에서 유사한 공정을 수행한 후, 순환 가스가 열 교환기(3)에서 반응기(7)에 공급되는 가스를 가열한다.
순환 가스의 나머지 열 포텐셜을 열 교환기(4)에서 제거하여 균질 산화의 생성물의 정류단에서 폐열 보일러(14, 15)로부터의 증기와 함께 사용되는 증기를 생성시킨다.
열 교환기(4) 다음에, 열 교환기(5) 내 순환 가스가 열 교환기(3)를 통해 반응기(7)에 공급되는 가스를 가열한다. 냉각수를 사용하여 열 교환기(6)에서 산화 생성물의 최종 냉각 및 응축을 수행한다.
응축된 균질 산화의 생성물을 분리기(10)에서 분리하여 수용기(11)로 이동시켜, 이로부터 이를 증류 및 정류된 메탄올, 에탄올 및 포름알데히드가 생성되는 정류단에 공급한다.
분리기(10)로부터의 순환 가스를 제1 흡수기에서는 SO2로부터 그리고 제2 흡수기에서는 CO 및 CO2로부터 세정되는 흡수기(16, 17)에 공급하고, 제2 흡수기의 흡수액을 탈착기(26)에서 재생시키고, 그 안의 CO 및 CO2를 분리하며, 열 교환기(27)에서 냉각된 용액을 순환 가스 세정을 위해 재차 공급한다.
가스 사이클로부터의 CO 및 CO2의 분리는 사이클에서 CO의 CO2로의 산화 환원에 사용되는 산소의 소비를 15% 감소시키고 불활성 가스 SO2 및 CO2의 양을 감소시키는 조건을 기준으로 필요하다.
그 다음, 메탄 함유 가스 및 산소와 함께 사이클에 진입한 불활성 가스(질소, 아르곤, 크립톤 등)를 제거하기 위한 순환 사이클의 부분적인 퍼징을 제공한다. 퍼징 사이클의 수는 사이클에서의 불활성 가스의 허용 가능한 양을 기준으로 한 균형으로부터 결정한다. 순환 가스 중 불활성 가스의 양은 70% 정도로 높을 수 있다. 불활성 가스의 양의 추가의 증가로 반응 가스의 전환율이 감소된다.
사이클을 퍼징한 후, 이를 메탄 함유 가스로 보충한 후, 송풍기(21)가 순환 가스를 열 교환기(5, 4, 3) 및 반응기(7)의 입구에 공급한다. 이에 따라, 본 발명의 전체 작동 사이클이 설명된다.
비교표 1
반응물 가스 전환율, %
공지된 공정 및 플랜트 6.0
제안된 공정 및 플랜트 9.0
표 1은 하나의 반응기에서 형성된 실험 데이터를 기초로 한 3개의 순차 설치된 반응기를 갖는 공정 설계에서 1 사이클 동안의 전환율에 대한 데이터를 나타낸다.
따라서, 본 발명은 제조된 생성물의 작동 효율 및 수율을 증가시킨다.
산업적 이용 가능성
본 발명은 메탄올, 포름알데히드 및 다른 생성물의 제조에서 플레어 가스를 사용하기 위해 석유 화학 산업에서 이용할 수 있다.
1 순환 가스 라인;
2 구성 가스;
3, 4, 5 열 교환기;
6 열 교환기-응축기;
7, 8, 9 균질 산화 반응기;
10 산화물 분리기;
11 산화물 수용기;
12 산화 생성물 정류 유닛;
13 산소 공급;
14, 15 폐열 보일러;
16, 17 와류 패킹이 있는 흡수기;
18 증기 형태로 재생된 열을 위한 파이프라인;
19 급수;
20 냉각수;
21 순환 가스 송풍기;
22 흡수기 및 탈착기 산화물 펌프;
23 메탄올 분획 공급;
24 출발 가스;
25 CO 및 CO2 분획;
26 탈착기;
27 열 교환기-탈착제 냉각기;
28 재생 열 교환기;
29 열 교환기-보일러;
30, 31 흡수액 수용기.

Claims (2)

  1. 탄소강으로 제조되어 순차적으로 연결된 적어도 3개의 산화 반응기에 430-450℃로 예비 가열된 메탄 함유 가스를 공급하는 것을 포함하는, 메탄 함유 가스의 균질 산화 방법으로서, 마지막 1개를 제외한 각각의 반응기는 폐열 보일러에 독립적으로 연결되어 있고, 반응기에 또한 540-560℃로 가스 혼합물 온도를 동시에 증가시키면서 메탄 함유 가스의 균질 산화를 유도하는 폭발 한계 이하의 농도의 혼합물을 형성하도록 하는 양으로 산소를 공급한 후, 증기가 형성되는 폐열 보일러에서 440-450℃로 가스 혼합물을 고속 퀀칭 냉각하며, 최종 생성물의 분리를 위한 정류탑에 증기를 공급한 후, 폐열 보일러에 연결되지 않은 마지막 반응기로부터 분리기에 반응 혼합물을 공급하고, 여기서 분리기로 가는 경로에 반응 혼합물이 순환 가스를 가열하고, 이의 열 중 일부를 또한 폐열 보일러로부터의 증기와 합해지는 수증기의 생성에 사용하며, 분리기로부터 정류된 메탄올, 에탄올 및 포름알데히드가 생성되는 정류단에 액상을 공급하며, SO2, CO 및 CO2로부터 기상을 세정하기 위해 기상을 공급하고, 여기서 기상을 세정하면서 동시에 순환 사이클을 부분적으로 퍼징하여 불활성 가스, 예컨대 질소 및 아르곤을 제거하며, 퍼징 사이클의 수는 사이클 내 불활성 가스의 허용 가능한 양을 기준으로 하여 결정하며, 세정 및 퍼징 후, 기상/순환 가스를 원래의 메탄 함유 가스로 보충하고 새롭게 형성된 가스를 반응기에 공급하여 사이클을 완료시키는 방법.
  2. 주요 파이프라인에 의해 서로 순차적으로 연결된 메탄 함유 가스의 공급원, 열 교환기, 및 탄소강으로 제조된 적어도 3개의 반응기를 포함하는, 제1항의 방법을 실행하기 위한 플랜트로서, 마지막 1개를 제외한 각각의 반응기는 폐열 보일러에 독립적으로 연결되어 있고, 반응기는 또한 산소 공급원에 연결되어 있으며, 플랜트는 또한 분리기를 포함하고, 여기서 폐열 보일러에 연결되지 않은 마지막 반응기로부터 분리기로 가는 경로에, 순환 가스를 가열하고 또한 최종 생성물의 분리를 위한 정류탑에 증기를 공급하는 추가의 파이프라인에 의해 폐열 보일러로부터의 증기와 합해지는 수증기를 생성시키는 열 교환기, 및 분리기로부터 정류된 메탄올, 에탄올 및 포름알데히드가 생성되는 정류단에 액상을 공급하기 위한 파이프라인이 존재하며, CO 및 CO2 분획의 분리 및 제거와 함께 용액의 재생을 가능하게 하도록 흡수기의 기상 출구가 수용기에 연결된 순차적으로 연결된 흡수기에 SO2, CO 및 CO2로부터 나오는 기상을 세정하기 위해 기상이 공급되며, 마지막 흡수기의 출구는 기존 불활성 가스의 제거를 위한 순환 사이클의 부분적인 퍼징을 가능하게 하도록 순환 가스 송풍기의 위치 지점 앞에 있는 주요 파이프라인에 연결되어 있는 플랜트.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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RU2181622C1 (ru) * 2001-11-29 2002-04-27 Закрытое акционерное общество "Метанол" Установка для гомогенного окисления природного газа и способ гомогенного окисления природного газа
RU2203261C1 (ru) * 2002-03-15 2003-04-27 Открытое акционерное общество "Метокс Интернейшнл" Способ получения метанола и установка для его осуществления

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