KR20150075227A - 고효율의 합성천연가스 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 합성천연가스 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 석탄 또는 바이오매스를 산소, 수소 또는 이들의 혼합가스와 반응시켜 일산화탄소, 이산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 합성가스 제조단계; 상기 제조된 합성가스의 열을 회수하고, 먼지 및 황화수소를 포함하는 불순물을 제거하는 집진 및 탈황 단계; 불순물이 제거된 혼합 가스를 스팀과 함께 1차 단열반응기에 공급하여 메탄합성반응과 수성가스전환반응을 동시에 수행하는 1차 메탄합성 및 수성가스 전환단계; 1차 단열반응기에서 배출되는 고온의 가스와의 열교환을 통하여 과포화 스팀을 생산하는 단계; 1차 단열반응기 후단에서 배출되는 가스를 2차 단열반응기에 공급하여 메탄을 합성하는 2차 메탄합성단계; 상기 2차 단열반응기에서 배출된 가스를 냉각하여 수분 및 이산화탄소를 제거하는 수분 및 이산화탄소 제거단계; 수분 및 이산화탄소가 제거된 가스를 등온반응기에 공급하여 메탄을 합성하는 3차 메탄합성단계를 포함하는 합성천연가스 제조방법, 및 이러한 방법에 적용될 수 있는 장치에 관한 것이다.

Description

고효율의 합성천연가스 제조방법 및 제조장치{Method and apparatus for producing synthetic natural gas having high efficiency}
본 발명은 합성천연가스의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합성천연가스의 제조 공정을 단순화하고 높은 효율로 합성천연가스를 제조하는 기술에 관한 것이다.
본 발명은 석탄 혹은 바이오매스 등의 가스화를 통하여 얻어지거나 혹은 석유화학산업 등의 부생가스에서 발생하는 일산화탄소, 이산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 이용하여 메탄을 합성하여 합성천연가스(Synthetic natural gas)를 만드는 방법에 대한 것이다.
도 1은 일반적인 합성천연가스 제조방법을 개략적으로 도시한 것으로서, 상기 공정에서는 석탄 가스화 단계(S100)에서 발생된 CO, CO2, H2 등이 혼합된 합성가스에서 고온의 열을 회수하고, 상기 합성가스 중의 먼지를 포집한 후(S110), 수성가스전환반응기(Water-gas shift reactor)로 들어가게 된다(S120). 일반적으로 석탄 가스화에 의해 발생된 합성가스의 H2/CO 비율은 0.5 내지 1 정도인데, 수성가스 전환반응을 통해 상기 합성가스의 H2/CO 비율을 3 정도로 높인 후, 탈황 및 이산화탄소 제거단계(S130)을 거쳐 메탄 합성공정(S140)으로 보내게 된다.
합성가스를 이용하여 메탄이 주성분인 합성천연가스를 만드는 주요 반응식 및 반응열은 하기 화학식 (1) 및 (2)와 같다.
CO + 3H2 → CH4 + H2O (반응열 : 206kJ/mol) 화학식 (1)
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O (반응열 : 165kJ/mol) 화학식 (2)
한편, CO와 H2의 반응에서 생성된 수분에 의하여 메탄 합성 반응에서는 하기 화학식 (3)과 같이 수성가스 전환반응이 부반응으로 발생되며, 여기서 발생된 CO2에 의해 상기 화학식 (2)와 같이 CO2로부터 메탄 합성반응도 같이 일어난다.
CO + H2O → H2 + CO2 (반응열 : 41.1kJ/mol) 화학식 (3)
위와 같은 메탄 합성반응은 열역학적으로 압력이 올라가면 유리하고, 반대로 반응온도가 상승할수록 메탄의 수율이 떨어지게 된다. 이때, 주로 Ni계 촉매가 사용되는데, 강한 발열이 수반되기 때문에 반응열의 효과적인 추출 및 제어가 합성공정 설계에 있어서 중요한 핵심기술이 된다. 특히 일반적인 Ni계 촉매는 700℃ 이상에서는 소결 현상에 의해 촉매의 수명이 줄어들기 때문에 온도 조절이 특히 중요하다. 고온에서 사용할 수 있도록 개량된 Ni계 촉매의 경우도 800?℃ 이상에서는 사용하기 어렵기 때문에 촉매 층의 온도 조절은 매우 중요하다.
따라서, 일반적인 상업 공정에서는 최종 생성된 메탄의 함량을 높이기 위해 다수의 단열 반응기를 사용하고, 일부 반응기에서 반응하고 나온 생성가스를 반응기 전단으로 재순환하여 반응기 유입가스와 혼합하여 반응기로 공급함으로써, 반응기 유입가스의 CO, H2 농도를 낮추어 반응열을 제어하는 방식을 사용하고 있다.
도 2는 종래의 합성천연가스 제조장치를 개략적으로 도시한 것으로서, 모두 단열반응기를 사용한다. 상기 공정에서는 1차 단열반응기(201)에서 배출되는 가스의 약 70%(재순환 가스(102))를 재순환 압축기(204)를 사용하여 1차 반응기 유입부로 재순환시켜, 희석효과에 의해 1차 반응기(201)의 반응열을 제어하고, 상기 1차 단열반응기(201)에서 배출되는 가스의 30%는 2차 단열반응기(202) 및 3차 단열반응기(203)를 차례로 통과함으로써 메탄의 수율을 올린다. 재순환된 가스를 이용하여 1차 반응기에서 온도를 700℃ 이하로 유지하게 되면, 1차 반응기 후단에서는 약 50% 정도의 메탄 조성을 얻을 수 있는데, 최소한 3단의 단열반응기를 사용해야 90% 이상의 메탄 조성을 얻을 수 있으며, 97% 이상의 메탄을 얻기 위해서는 약 5단의 단열반응기를 사용해야 한다. 또한, 한국특허 10-2010-0042266(출원일 2010.5.6)에서는 합성가스를 1차 단열반응기와 2차 단열반응기로 나누어 보내고, 1차 단열반응기에서 나오는 생성물 일부를 재순환하여 다시 1차 반응기로 혼합하여 보내는 방식으로 반응열을 제어하고 있는데, 4개의 단열반응기를 사용하여 90% 이상의 메탄 조성의 생성가스를 얻고 있다.
그러나, 이러한 단열반응기 조합기술은 고온, 고압의 가스를 재순환하기 위한 설비 비용이 많이 들고, 다수개의 단열반응기를 사용해야 원하는 메탄 수율을 얻을 수 있다는 단점이 있다.
이에 본 발명의 한 측면은 단열반응기의 조합을 이용하는 경우 고온, 고압의 가스를 재순환하는 장치에 많은 비용이 드는 문제점을 해결하면서, 합성천연가스의 생산공정을 단순화할 수 있는 합성천연가스 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 반응 최후단에 단열반응기를 배치하여 다수의 단열반응기에 상응하는 높은 메탄 전환 성능을 갖게 함으로써 합성천연가스를 보다 효율적으로 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 견지에 의하면, 석탄 또는 바이오매스를 산소, 수소 또는 이들의 혼합가스와 반응시켜 일산화탄소, 이산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 합성가스 제조단계; 상기 제조된 합성가스의 열을 회수하고, 먼지 및 황화수소를 포함하는 불순물을 제거하는 집진 및 탈황 단계; 불순물이 제거된 혼합 가스를 스팀과 함께 1차 단열반응기에 공급하여 메탄합성반응과 수성가스전환반응을 동시에 수행하는 1차 메탄합성 및 수성가스 전환단계; 1차 단열반응기에서 배출되는 고온의 가스와의 열교환을 통하여 과포화 스팀을 생산하는 단계; 1차 단열반응기 후단에서 배출되는 가스를 2차 단열반응기에 공급하여 메탄을 합성하는 2차 메탄합성단계; 상기 2차 단열반응기에서 배출된 가스를 냉각하여 수분 및 이산화탄소를 제거하는 수분 및 이산화탄소 제거단계; 수분 및 이산화탄소가 제거된 가스를 등온반응기에 공급하여 메탄을 합성하는 3차 메탄합성단계를 포함하는 합성천연가스 제조방법이 제공된다.
상기 1차 메탄합성 및 수성가스 전환단계에 공급되는 스팀은 공급되는 전체 기체의 부피를 기준으로 30 내지 60 부피%의 양으로 공급되는 것이 바람직하다.
상기 1차 메탄합성 및 수성가스 전환단계는 Ni계 촉매에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
상기 합성가스의 H2/CO 비는 0.5 내지 1.5인 것이 바람직하다.
상기 과포화 스팀을 생산하는 단계는 상기 등온반응기의 반응열에 의해 발생된 포화스팀과 상기 1차 단열반응기에서 배출되는 고온의 가스를 열교환하여 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 스팀과 석탄가스화 반응으로 생성된 일산화탄소, 이산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스가 공급되어 메탄합성반응과 수성가스전환반응이 동시에 수행되는 1차 단열반응기; 상기 1차 단열반응기에서 배출된 가스를 이용하여 메탄을 합성하는 2차 단열반응기; 상기 2차 단열반응기에서 배출된 가스에서 수분을 제거하는 응축기; 상기 2차 단열반응기에서 배출된 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소 제거장치; 및 상기 수분 및 이산화탄소가 제거된 가스가 공급되어 메탄합성반응이 수행되는 등온반응기를 구비하는 합성천연가스 제조장치가 제공된다.
상기 1차 단열반응기는 Ni계 촉매를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 등온반응기에서 배출된 가스에서 수분을 제거하는 응축기를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
상기 등온반응기의 반응열에 의해 발생된 포화스팀과 상기 1차 단열반응기에서 배출된 고온의 가스를 열교환시키는 열교환기를 추가로 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 수성가스전환반응 및 메탄합성 과정에서 재순환 공정이 요구되지 않고, 등온반응기를 최후단에 배치하여 메탄 전환 효율이 향상되면서도 공정이 단순화되며, 1차 단열반응기에서 양질의 과포화 스팀을 획득할 수 있으므로, 이를 발전에 이용할 수 있으며, 등온 반응기에서 최종적으로 반응열을 추출함으로써 촉매 층의 최고 온도를 낮출 수 있으므로 메탄 합성공정이 효과적으로 수행될 수 있어 다수의 단열반응기 없이 높은 메탄 전환 효율을 획득할 수 있다.
도 1은 일반적인 합성천연가스 제조방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 종래의 합성천연가스 제조장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 합성천연가스 제조방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 합성천연가스 제조장치를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 3은 본 발명의 합성천연가스 제조방법의 과정을 개략적으로 도시한 것이며, 도 4는 본 발명의 합성천연가스 제조장치를 개략적으로 도시한 것으로서, 이를 참조하여 설명하도록 한다.
본 발명은 합성천연가스(800)를 제조함에 있어서, 수성가스전환반응이 단열반응기 내부에서 함께 일어날수 있도록 과량의 스팀(302)과 합성가스(301)를 투입하여 단열반응기(500)에서 수성가스전환반응에 의한 수소의 생성과 함께 메탄을 합성하고 동시에 발생하는 고온을 이용하여 양질의 과열 수증기, 즉 과포화스팀(Superheated steam, 303)을 생산할 수 있으며, 마지막 반응기로 등온반응기(700)를 사용하여 메탄 합성의 반응 효율을 높일 수 있도록 구성되어 공정을 단순화할 수 있다.
보다 상세하게, 본 발명의 합성천연가스 제조방법은 석탄 또는 바이오매스를 산소, 수소 또는 이들의 혼합가스와 반응시켜 일산화탄소, 이산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스(301)를 제조하는 합성가스 제조단계; 상기 제조된 합성가스의 열을 회수하고, 먼지 및 황화수소를 포함하는 불순물을 제거하는 집진 및 탈황 단계; 불순물이 제거된 혼합 가스를 스팀(302)과 함께 1차 단열반응기(500)에 공급하여 메탄합성반응과 수성가스전환반응을 동시에 수행하는 1차 메탄합성 및 수성가스 전환단계; 1차 단열반응기에서 배출되는 고온의 가스와의 열교환을 통하여 과포화 스팀(303)을 생산하는 단계; 1차 단열반응기 후단에서 배출되는 가스를 2차 단열반응기(600)에 공급하여 메탄을 합성하는 2차 메탄합성단계; 상기 2차 단열반응기에서 배출된 가스를 냉각하여 수분 및 이산화탄소를 제거하는 수분 및 이산화탄소 제거단계; 및 수분 및 이산화탄소가 제거된 가스를 등온반응기(700)에 공급하여 메탄을 합성하는 3차 메탄합성단계를 포함한다.
석탄 또는 바이오매스를 산소, 수소 또는 이들의 혼합가스와 반응시켜 일산화탄소, 이산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 합성가스 제조단계에서 상기 합성가스의 온도는 약 900℃ 이상이며, 황 및 기타 불순물을 함유하고 있어 합성천연가스를 제조하기에 적합하지 않다.
따라서, 상기 합성가스로부터 열을 회수하여 500℃ 이하로 제어하고, 황 및 기타 불순물을 제거하는 열회수, 집진 및 탈황단계를 포함하는 집진 및 탈황 단계를 수행한다. 상기 열회수, 집진 및 탈황 시에 사용하는 열교환기, 집진장치 및 탈황장치는 특별히 한정하지 않으며, 본 기술분야의 통상의 기술자가 용이하게 사용할 수 있는 열교환기, 집진장치 및 탈황장치를 사용할 수 있다.
또한, 특별히 한정하지 않으나, 상기 합성가스의 H2/CO 비는 0.5~1.5일 수 있으며, 상기 탈황단계를 거친 합성가스는 별도의 수성가스 전환반응을 거치지 않은 것이므로, H2/CO 비가 역시 동일한 범위인 0.5~1.5일 수 있다.
상기와 같은 과정에 의해 불순물이 제거된 혼합 가스를 스팀(302)과 함께 1차 단열반응기(500)에 공급하여 메탄합성반응과 수성가스전환반응이 동시에 이루어지는 1차 메탄합성 및 수성가스 전환단계가 수행된다.
이때 스팀(302)은 수성가스전환반응을 일으키는 반응물로 사용될 뿐만 아니라 희석 효과에 의해 촉매층에서의 반응열을 억제하는 효과를 제공한다. 예를 들어, 반응기 입구 온도가 300℃이고, H2/CO의 비율이 약 1.0일 경우 단열반응기를 사용하면 촉매층의 최고 온도는 900℃정도까지 올라가게 되나, 여기에 스팀을 혼합하여 공급하면, 촉매층의 최고 온도는 700℃정도로 낮아지게 된다.
상기 1차 메탄합성 및 수성가스 전환단계에 공급되는 스팀(302)은 공급되는 전체 기체의 부피를 기준으로 30 내지 60 부피%의 양으로 공급되는 것이 바람직하며, 상기 스팀의 양이 전체 기체의 부피를 기준으로 30 부피% 미만인 경우에는 반응열 억제 효과가 미미하여 반응 온도가 높아짐에 따라 소결 현상에 의해 촉매의 수명이 감축되며, 상기 스팀의 양이 전체 기체의 부피를 기준으로 60 부피%를 초과하는 경우에는 합성가스가 과다하게 희석되어 메탄 합성 수율이 낮아지게 된다.
특히, 1차 메탄합성 및 수성가스 전환단계는 Ni계 촉매에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 이 경우, 메탄합성에 사용되는 Ni계 촉매는 수성가스전환반응을 일으키는 역할도 할 수 있기 때문에 단열반응기에서 자체적으로 수성가스전환반응에 의해 수소가 생산되어 메탄합성반응에 사용되므로, 별도의 수성가스전환반응이 수행될 필요가 없게 된다.
위와 같은 메탄 합성반응은 열역학적으로 압력이 올라가면 유리하고, 반대로 반응온도가 상승할수록 메탄의 수율이 떨어지게 된다. Ni계 촉매가 사용되는 경우 강한 발열이 수반되기 때문에 반응열의 효과적인 추출 및 제어가 합성공정 설계에 있어서 중요한 핵심기술이 된다. 특히 일반적인 Ni계 촉매는 700℃ 이상에서는 소결 현상에 의해 촉매의 수명이 줄어들기 때문에 온도 조절이 특히 중요하다. 고온에서 사용할 수 있도록 개량된 Ni계 촉매의 경우도 800℃ 이상에서는 사용하기 어렵기 때문에 촉매층의 온도 조절은 매우 중요하다.
한편, 상기 1차 단열반응기에서 배출되는 고온의 가스를 이용하여 과포화 스팀(303)을 생산하는 단계가 수행되어 양질의 과포화 스팀을 획득할 수 있다. 이와 같은 과포화 스팀은 발전에 이용될 수 있는 유용한 자원으로써, 본 발명의 합성천연가스 제조방법에 의하면, 합성천연가스 제조 과정에서 이와 양질의 포화 스팀이 획득되어 유용하게 사용될 수 있다.
나아가, 상기 과포화 스팀 생산 후 배출되는 가스를 2차 단열반응기(600)에 공급하여 메탄을 합성하는 2차 메탄합성단계를 수행한다. 상기 2차 단열반응기에서 배출된 가스는 열교환기(402)를 거쳐 응축기(404')에서 수분을 제거한 후, 이산화탄소 제거장치(405)에서 CO2를 제거하게 된다. 응축기(404')에서 제거된 물은 스팀드럼(406)으로 공급된다. 상기 수분과 이산화탄소를 제거한 후 등온반응기(700)에 공급함으로써 메탄의 수율을 높일 수 있다.
이와 같이 및 이산화탄소가 제거된 가스를 등온반응기(700)에 공급하여 메탄을 합성하는 3차 메탄합성단계를 수행하며, 그 결과 등온반응기를 사용하여 남은 합성가스를 모두 메탄으로 효과적으로 전환할 수 있다. 즉, 반응 최후단에 단열반응기를 배치하여 다수의 단열반응기에 상응하는 높은 메탄 전환 성능을 갖게 함으로써 합성천연가스를 보다 효율적으로 제조할 수 있는 장치를 획득할 수 있는 것이다.
상기 등온반응기(300)는 쉘-튜브 방식 혹은 애뉼러 방식의 반응기가 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 본 기술분야의 통상의 기술자가 용이하게 사용할 수 있는 등온반응기를 사용할 수 있다. 상기 등온반응기는 메탄합성반응의 메탄 수율을 높이기 위해 내부에 Ni계 촉매를 포함할 수 있으나, 특별히 제한되지 않으며, 본 기술분야의 통상의 기술자가 용이하게 사용할 수 있는 메탄합성반응용 촉매를 사용할 수 있다.
한편, 상기 과포화 스팀(303)을 생산하는 단계는 상기 등온반응기의 반응열에 의해 발생된 포화스팀(305)과 상기 1차 단열반응기에서 배출되는 고온의 가스를 열교환기(401)에 의해 열교환하여 수행될 수 있다.
스팀 드럼(냉각수 공급탱크)(406)으로부터 배출된 냉각수(304)는 상기 등온반응기(700)에 공급되어 상기 등온반응기(700)를 냉각시킨다. 상기 등온반응기(700)는 냉각수(304)에 의해 냉각되지 않는 경우에는 대략 700℃의 반응 온도를 갖지만, 상기 냉각수(304)에 의해 냉각되는 경우 통상 270 내지 370℃의 온도로 유지될 수 있다. 상기 등온반응기(700)의 반응 온도는 단열반응기의 반응 온도에 비해 약 300℃이상 낮은 온도이므로, 메탄 합성 수율 면에서 보다 효과적이다.
본 발명에 의하면, 메탄의 함량이 높은 합성천연가스(Synthetic natural gas, 800)및 반응 농축물(Process condensate, 900)이 효율적으로 획득될 수 있다.
발명의 또 다른 구현예에 따르면, 합성천연가스 제조장치가 제공되며, 도 4를 참고하면, 스팀과 석탄가스화 반응으로 생성된 일산화탄소, 이산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스가 공급되어 메탄합성반응과 수성가스전환반응이 동시에 수행되는 1차 단열반응기(500); 상기 1차 단열반응기에서 배출된 가스를 이용하여 메탄을 합성하는 2차 단열반응기(600); 상기 2차 단열반응기에서 배출된 가스에서 수분을 제거하는 응축기(404'); 상기 2차 단열반응기에서 배출된 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소 제거장치(405); 및 상기 수분 및 이산화탄소가 제거된 가스가 공급되어 메탄합성반응이 수행되는 등온반응기(600)를 구비하는 합성천연가스 제조장치가 제공된다.
상기 1차 단열반응기(500)는 상술한 바와 같이 Ni계 촉매를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 1차 단열반응기(500) 및 상기 등온반응기(700)에서 배출된 가스에서 수분을 각각 제거하는 응축기(404")를 추가로 포함할 수 있다.
나아가, 상기 등온반응기(700)의 반응열에 의해 발생된 포화스팀(305)과 상기 1차 단열반응기에서 배출된 고온의 가스를 열교환시키는 열교환기(401)를 추가로 구비할 수 있으며, 2차 단열반응기(600) 및 등온반응기(700)에서 배출되는 가스를 열교환시키는 각각의 열교환기(402, 403)를 더욱 포함할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
101: 합성가스 102: 재순환 가스
103: SNG 104: 수분
201: 1차 단열반응기 202: 2차 단열반응기
203: 2차 단열반응기 204: 재순환 압축기
301: 합성가스 302: 스팀
303: 과포화스팀 304: 등온반응기로 공급되는 냉각수
305: 포화스팀
401: 포화스팀과 1차 단열반응기에서 배출된 가스의 열교환기
402: 열교환기
403: 열교환기
404', 404": 응축기 405: 이산화탄소 제거장치
406: 스팀 드럼(냉각수 공급탱크)
500: 1차 단열반응기 600: 2차 단열반응기
700: 등온반응기
800: SNG
900: 반응 농축물(Process condensate)

Claims (9)

  1. 석탄 또는 바이오매스를 산소, 수소 또는 이들의 혼합가스와 반응시켜 일산화탄소, 이산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 합성가스 제조단계;
    상기 제조된 합성가스의 열을 회수하고, 먼지 및 황화수소를 포함하는 불순물을 제거하는 집진 및 탈황 단계;
    불순물이 제거된 혼합 가스를 스팀과 함께 1차 단열반응기에 공급하여 메탄합성반응과 수성가스전환반응을 동시에 수행하는 1차 메탄합성 및 수성가스 전환단계;
    1차 단열반응기에서 배출되는 고온의 가스와의 열교환을 통하여 과포화 스팀을 생산하는 단계;
    1차 단열반응기 후단에서 배출되는 가스를 2차 단열반응기에 공급하여 메탄을 합성하는 2차 메탄합성단계;
    상기 2차 단열반응기에서 배출된 가스를 냉각하여 수분 및 이산화탄소를 제거하는 수분 및 이산화탄소 제거단계; 및
    수분 및 이산화탄소가 제거된 가스를 등온반응기에 공급하여 메탄을 합성하는 3차 메탄합성단계를 포함하는 합성천연가스 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 1차 메탄합성 및 수성가스 전환단계에 공급되는 스팀은 공급되는 전체 기체의 부피를 기준으로 30 내지 60 부피%의 양으로 공급되는 합성천연가스 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 1차 메탄합성 및 수성가스 전환단계는 Ni계 촉매에 의해 수행되는 합성천연가스 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 합성가스의 H2/CO 비는 0.5 내지 1.5인 합성천연가스 제조방법.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 과포화 스팀을 생산하는 단계는 상기 등온반응기의 반응열에 의해 발생된 포화스팀과 상기 1차 단열반응기에서 배출되는 고온의 가스를 열교환 하여 수행되는 합성천연가스 제조방법.
  6. 스팀과 석탄가스화 반응으로 생성된 일산화탄소, 이산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스가 공급되어 메탄합성반응과 수성가스전환반응이 동시에 수행되는 1차 단열반응기;
    상기 1차 단열반응기에서 배출된 가스를 이용하여 메탄을 합성하는 2차 단열반응기;
    상기 2차 단열반응기에서 배출된 가스에서 수분을 제거하는 응축기;
    상기 2차 단열반응기에서 배출된 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소 제거장치; 및
    상기 수분 및 이산화탄소가 제거된 가스가 공급되어 메탄합성반응이 수행되는 등온반응기
    를 구비하는 합성천연가스 제조장치.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 1차 단열반응기는 Ni계 촉매를 포함하는 합성천연가스 제조장치.
  8. 제6 항에 있어서, 상기 등온반응기에서 배출된 가스에서 수분을 제거하는 응축기를 추가로 포함하는 합성천연가스 제조장치.
  9. 제6 항에 있어서, 상기 등온반응기의 반응열에 의해 발생된 포화스팀과 상기 1차 단열반응기에서 배출된 고온의 가스를 열교환시키는 열교환기를 추가로 구비하는 합성천연가스 제조장치.
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