KR20160140603A - 유사-등온 반응기 - Google Patents

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KR20160140603A
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reaction enclosure
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크리스티안 윅스
미카엘 뵈
한센 안데르스 엘보
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할도르 토프쉐 에이/에스
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Abstract

본 개시는 넓은 형태에서 적어도 2개의 반응 엔클로저(108, 114)와 냉매의 끓는점에 근접한 온도에서 압력하에 냉매를 보유하도록 구성된 냉매 엔클로저(102)를 포함하는 발열 반응을 위한 유사-등온 유동 반응기(100)에 관한 것이며, 상기 반응 엔클로저(108, 114)는 냉매와 열 접촉하도록 구성된 외면을 갖고, 상기 반응 엔클로저(108, 114)의 각각은 입구와 출구를 가지며, 하나의 냉매 엔클로저(102)와 단지 하나의 냉매 회로만을 필요로 하면서 2-단계 유사-등온 작동을 가능하게 하는 관련된 이점을 가진다.

Description

유사-등온 반응기{PSEUDO-ISOTHERMAL REACTOR}
본 발명은 다수의 반응 엔클로저를 가진 유사-등온 반응기에 관한 것이다.
발열 과정에서 유사-등온 반응기는 이러한 반응기가 실질적으로 일정한 냉매 온도를 제공함으로써 최적 반응 조건을 보장할 수 있으므로 대체로 합당한 선택사항이 된다. 이것은 상기 과정이 저온에서 평형이 생성물을 선호하는 발열 평형 반응에 의해 제한되는 경우 유리할 수 있다. 유사-등온 반응기의 전형적인 디자인은 가압된 물로 채워진 반응기 외피 내부의 다수의 튜브들을 포함하지만, 비등점이 적합한 한에서 물 이외의 다른 냉매도 사용될 수 있다. 냉각측의 압력은 냉매의 비등점을 제어하고, 이것은 이후 비등점에서 작업할 때 액체인 물이 반응기에 존재하는 정도까지 실질적으로 일정한 온도에서 열 싱크로서 작용할 수 있다.
유사-등온 반응기는 다수의 입구 및 출구와 비교적 큰 외면을 제공하는 것과 관련된 재료 및 작업의 필요와 승압에서의 냉매 작동 때문에 비교적 복잡하며 고가의 장비 부품이다. 이에 더하여, 다수의 끓는 물 반응기는 연결될 개별 반응기들의 수증기 회로를 필요로 하며, 이는 복잡성과 비용을 더하게 된다.
따라서, 장비 비용은 두 번의 등온 단계가 기술적으로 최적의 선택일지라도 오직 단일 유사-등온 반응기만이 사용되도록 강제할 수 있다.
하나의 열교환 유닛에 다수의 반응 엔클로저를 수집하는 것이 선행기술로부터 알려져 있다. GB 1 333 251은 메탄의 생산을 위한 2개의 반응 엔클로저를 가진 가스 냉각 반응기를 개시한다. 이 반응기는 끓는 액체 냉각 반응기가 제공하는 유사-등온 작동의 이점을 갖지 않으며, 따라서 이 반응기는 2개의 수증기 회로를 결합하는 복잡성을 고려하지 않는다.
유사-등온 반응기를 사용하는 것이 이익이 되는 통상의 화학 공정은 합성 가스, 즉 수소 및 탄소 산화물과 가능한 다른 구성성분들을 포함하는 가스로부터 메탄, 메탄올 및 포름알데하이드 생산을 포함한다. 합성 가스는 석탄, (전형적으로 중질) 탄화수소, 고체 폐기물 및 바이오매스와 같은 탄소성 재료의 가스화; 탄화수소의 개질; 코크스 오븐 폐기물 가스; 바이오가스 또는 예를 들어 전해질 기원의 탄소 산화물과 수소로 부화된 스트림의 조합을 포함하는 여러 공급원으로부터 기원할 수 있다. 메탄 및 메탄올 생산은 응축가능한 성분을 수반하는 평형에 의해 제한되며, 포름알데하이드 생산의 경우에는 특히 폭발 한계 및 촉매 안정성을 고려해야 하므로 메탄올 농도를 낮게 유지하는 것이 바람직하다. 따라서, 응축가능한 생성물이 주로 반응기 사이에서 인출되는 둘 이상의 유사-등온 반응기를 사용하는 것이 기술적으로 매력적일 수 있다. 이 방식에서, 반응은 두 번째 단계에서 더욱 유리한 평형을 제공하면서 최적 온도에서 일어날 수 있다. 그러나, 주로 이러한 공정 구성은 과도한 자본 비용을 수반하며, 따라서 흔히 사용되지 않는다.
그러나, 본 개시에 따라서, 자본 비용을 상당히 감소시키는 둘 이상의 반응 단계를 가진 하나의 유사-등온 반응기 외피를 구성하는 것이 제안된다.
다음에, 유체, 예컨대 예를 들어 유체 반응물 또는 유체 생성물이 가스와 액체를 둘 다 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
다음에, 용어 등온 반응기는 공정 측에 일부 변동을 허용하지만 반응기 길이와 시간을 고려하여 실질적으로 일정한 냉매 온도에서 작동하는 냉각 반응기를 포괄하는 것으로 해석되어야 한다. 이 용어는 유사-등온 반응기, 끓는 액체 냉각 반응기 또는 끓는 물 반응기와 상호 교환되지만, 끓는 액체 반응기 형태의 실질적인 실행은 항상 반응기 전체적으로 일정한 온도의 완전하며 이상적인 등온이 아닐 수 있다. 그러나, 끓는 액체에 의한 냉각은 층간 수증기 냉각되는 단열 반응기 또는 반응기들과 비교하여 시간과 위치의 함수로서 온도 변동에 유의한 감소를 제공한다. 유사-등온 반응기는 전형적으로 라이저와 증기 드럼에 의해 증기 회로에 연결된 냉매를 가질 것이고, 증기 회로의 압력은, 이 압력이 냉매 끓는점을 한정하므로 냉매 온도를 간접적으로 한정할 것이고, 반응기는 끓는점에서 냉매로 작동한다.
다음에, 반응기의 구역은 반응 엔클로저라고 한다. 그러나, 반응 엔클로저는 단순히 열교환기의 기능을 가질 수 있으므로 이것이 반드시 반응이 일어나는 것을 내포하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
다음에, 튜브는 단면 거리보다 긴 것을 특징으로 하는 임의의 외주면 형태를 가진 엔클로저로 해석되어야 한다. 전형적으로 튜브는 원통형이지만, 이들은 또한 비-원형 단면 모양 및 튜브 길이에 걸쳐서 가변적인 단면 모양을 가질 수 있다.
다음에, 반응기의 경계면 벽이 언급된다. 이것은 반응기의 표면에 있는 임의의 벽, 즉 측벽, 하부벽, 상부벽 또는 이러한 반응기의 모양을 제한하지 않는 임의의 다른 경계면 벽으로 해석되어야 한다.
다음에, 용어 "각진 실린더 섹터"가 사용된다. 이 용어는 각진 원호에 의해서 제한된, 원형의 섹터인 기준 평면을 가진, 즉 파이 조각에 상응하는 기하 모양을 가진, 실린더의 하위구역으로 해석되어야 한다.
다음에, 추가의 정의 없이 특정한 반응들이 언급된다. 이들 반응은 당업자에게 잘 알려져 있지만, 개략적인 내용을 위해 아래 짧은 정의가 제공된다.
다음에, 메탄화 반응 또는 메탄화 공정은 수소 및 적어도 하나의 탄소 산화물, 예컨대 일산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 공급물이 식 (1) 내지 (3)에 따라서 반응하여 메탄으로 부화된 가스를 형성하는 공정으로 해석되어야 한다:
CO + H2O = CO2 + H2 (1)
CO + 3 H2 = CH4 + H2O (2)
CO2 + 4 H2 = CH4 + 2 H2O (3)
다음에, 메탄올 합성은 수소 및 적어도 하나의 탄소 산화물, 예컨대 일산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 공급물이 식 (4) 및 (5)(및 아마도 이동 반응 (1))에 따라서 반응하여 메탄올로 부화된 가스를 형성하는 공정으로 해석되어야 한다:
CO + 2 H2 = CH3OH (4)
CO2 + 3 H2 = CH3OH + H2O (5)
다음에, 포름알데하이드 합성은 메탄올 및 산소를 포함하는 공급물이 식 (6)에 따라서 반응하여 포름알데하이드로 부화된 가스를 형성하는 공정으로 해석되어야 한다:
2 CH3OH + O2 = 2 CH2O + 2 H2O (6)
다음에, 수소, 이산화탄소 및 일산화탄소를 함유하는 합성 가스 스트림의 모듈은 M=(H2-CO2)/(CO+CO2)로 정의되어야 한다. 메탄의 생성을 위한 화학량론적 모듈은 3이며, 이것은 반응 (2)에 상응하고, 메탄올의 생성을 위한 화학량론적 모듈은 2이며, 이것은 반응 (4)에 상응한다. 수소의 아화학량론적 양은 메탄과 메탄올의 생성에 대해 M이 3 이하, 각각 2일 때 존재한다.
본 개시는 광범한 형태에서 적어도 2개의 반응 엔클로저와 냉매의 끓는점에 근접한 온도에서 압력하에 냉매를 보유하도록 구성된 냉매 엔클로저를 포함하는 발열 반응을 위한 유사-등온 유동 반응기에 관한 것으로서, 상기 반응 엔클로저는 냉매와 열 접촉되도록 구성된 외면을 가지며, 상기 반응 엔클로저는 각각 반응 엔클로저 입구와 반응 엔클로저 출구를 가지고, 상기 냉매 엔클로저는 냉매 입구와 냉매 출구를 가지며, 상기 입구 및 출구는 각각 개별적으로 연결 가능하며, 단지 하나의 냉매 엔클로저와 단지 하나의 냉매 회로를 필요로 하면서 2-단계 유사-등온 작동을 가능하게 하는 관련된 이점을 가진다.
추가 실시형태에서, 반응기는 적어도 하나의 반응 엔클로저의 부피의 적어도 50% 또는 80% 내부에 촉매 활성 재료를 더 포함하며, 선택적 유사-등온 예열 구역과 촉매화된 반응을 위한 유사-등온 반응 구역을 제공하는 관련된 이점을 가진다. 바람직하게, 촉매 활성 재료를 보유하는 반응 엔클로저의 부피는 냉매로 완전히 봉쇄된다.
추가 실시형태에서, 반응기는 입구 매니폴드를 더 포함하며, 상기 제1 반응 엔클로저 및 상기 제2 반응 엔클로저 중 적어도 하나가 다수의 반응 튜브, 예컨대 적어도 2, 50, 100 또는 1000개의 반응 튜브를 포함하고, 각 튜브는 상기 입구 매니폴드와 유체 연결되는 튜브 입구를 가지고, 이것은 상기 반응 엔클로저 입구로부터 유체 스트림을 수용하고 상기 유체 스트림을 상기 다수의 반응 튜브의 튜브 입구 사이에 분포시키도록 구성되며, 입구 유동을 복잡하게 하지 않고 상기 반응 엔클로저의 부피에 비해 높은 표면적을 제공하는 관련된 이점을 가진다.
추가 실시형태에서, 반응기는 출구 매니폴드를 더 포함하며, 상기 제1 반응 엔클로저 및 상기 제2 반응 엔클로저 중 적어도 하나가 다수의 반응 튜브, 예컨대 적어도 2, 50, 100 또는 1000개의 반응 튜브를 포함하고, 각 튜브는 상기 매니폴드와 유체 연결되는 튜브 출구를 가지고, 이것은 다수의 튜브 출구의 각각으로부터 유체 스트림을 수용하도록 구성되며, 상기 매니폴드는 다수의 유체 스트림을 단일 유체 스트림으로 조합하고 이 단일 유체 스트림을 상기 반응 엔클로저 출구로 보내며, 출구 유동을 복잡하게 하지 않고 상기 반응 엔클로저의 부피에 비해 높은 표면적을 제공하는 관련된 이점을 가진다.
바람직하게, 입구 및/또는 출구 매니폴드는 스크류 및/또는 볼트와 같은 제거가능한 고정 수단에 의해 고정되며, 이로써 매니폴드는 촉매 교환 및 서비스 목적을 위해 제거될 수 있다.
추가 실시형태에서, 반응기는 반응 엔클로저 입구 또는 반응 엔클로저 출구와 유체 연결된 반응 공간 및 상기 반응 엔클로저의 적어도 2개의 반응 튜브로부터 냉매를 분리하는 반응기 디바이더를 포함하며, 이로써 상기 반응 엔클로저의 입구 매니폴드 또는 출구 매니폴드를 한정하고, 추가의 매니폴드의 자유로운 배치를 허용하면서 추가의 장비를 필요로 하지 않는 매니폴드를 제공하는 관련된 이점을 가진다.
추가 실시형태에서, 매니폴드는 적어도 2개의 실질적으로 원통형의 매니폴드 챔버를 포함하며, 각 매니폴드 챔버는 하나의 반응 엔클로저의 반응 튜브와 유체 연결되고, 상기 2개의 매니폴드 챔버는 서로 직접 유체 연결되지 않으며, 여기서 상기 2개의 원통형 매니폴드 챔버는 실질적으로 동심 모양으로 위치되고, 고압 안정성을 보장하는 간단한 기계적 구성형태의 관련된 이점을 가진다.
추가 실시형태에서, 매니폴드는 적어도 2개의 매니폴드 챔버를 포함하며, 각 매니폴드 챔버는 각진 원통 섹터 모양을 갖고, 각 매니폴드 챔버는 서로 직접 유체 연결되지 않은 상태에서 하나의 반응 엔클로저의 반응 튜브와 유체 연결되며, 여기서 상기 적어도 2개의 매니폴드 챔버는 함께 원통형 모양을 한정하고, 각 반응 엔클로저에서 촉매의 개별 로딩이 간단해지는 간단한 기계적 구성형태의 관련된 이점을 가진다.
추가 실시형태에서, 반응기는 유체 연결 수단을 더 포함하며, 상기 유체 연결 수단은 상기 반응기 외피의 경계면 벽 및 입구 매니폴드 또는 출구 매니폴드와 연결되며, 상기 유체 연결 수단은 U자 튜브 또는 각진 튜브와 같은 디자인에 의해서 열 수축 및 팽창을 허용하도록 구성되고, 열 수축 및 팽창에 대해 견고하게 되는 관련된 이점을 가진다.
추가 실시형태에서, 반응기는 증기 드럼 입구와 증기 드럼 출구를 가진 증기 드럼을 더 포함하며, 상기 증기 드럼 입구는 라이저 튜브에 의해 상기 냉매 출구와 유체 연통되고, 상기 증기 드럼 출구는 다운커머 튜브에 의해 상기 냉매 입구와 유체 연통되며, 상기 증기 드럼은 상기 냉매 엔클로저 위에 위치되고, 상기 증기 드럼이 가열된 냉매를 증기 형태와 액체 형태로 분리하는 기능을 가지는 관련된 이점을 가진다.
본 개시의 추가 양태는 본 개시에 따른 반응기를 포함하는 반응기 구역에 관한 것으로서, 상기 반응기 구역은 제1 반응 엔클로저와 제2 반응 엔클로저를 가지며, 상기 반응기 구역은 냉각장치 및 입구, 가스 출구 및 액체 출구를 가진 가스/액체 분리장치를 더 포함하고, 상기 반응기 구역은
a) 냉각장치 입구가 제1 반응 엔클로저 출구와 유체 연통되고,
b) 냉각장치 출구가 분리장치 입구와 유체 연통되고,
c) 분리장치 가스 출구가 제2 반응 엔클로저 입구와 유체 연통되도록 구성되도록 구성되며, 두 번째 단계가 응축가능한 생성물의 감소된 농도에서 작동되므로 응축가능한 생성물과의 평형 제한 반응을 위한 비용 효과적인 유사-등온 반응 시스템을 제공하는 관련된 이점을 가진다.
본 개시의 추가 양태는 다수 반응 엔클로저 유사-등온 반응기에서 합성 천연가스의 생산을 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은
a) 제1 메탄화 반응 엔클로저 내부의 메탄화에서 촉매 활성인 제1 재료와 접촉하도록 합성 가스를 보내는 단계,
b) 상기 제1 메탄화 반응 엔클로저로부터 메탄과 물로 부화된 제1 가스를 회수하는 단계,
c) 메탄으로 부화된 상기 제1 가스를 냉각시켜 가스/액체 분리장치로 그것을 보내는 단계,
d) 상기 분리장치로부터 응축물과 메탄 부화 가스를 회수하는 단계,
e) 제2 메탄화 반응 엔클로저 내부의 메탄화에서 촉매 활성인 제2 재료와 접촉하도록 상기 메탄 부화 가스를 보내는 단계, 및
f) 상기 제2 메탄화 반응 엔클로저로부터 합성 천연가스를 회수하는 단계
를 포함하며, 제1 메탄화 반응 엔클로저의 생성물 중 메탄 농도가 1차 평형에 가깝고, 이어서 생성물인 물의 제거를 통해 평형 한계를 이동시킴으로써 메탄 농도의 추가 증가를 가능하게 하는 관련된 이점을 가진다.
상기 다수 반응 엔클로저 유사-등온 반응기가 수성 가스 이동 반응에서 촉매 활성인 재료를 함유하는 이동 반응 엔클로저를 더 포함하는 추가 실시형태에서, 상기 방법은 단계 a) 전에 CO 및 H2O로 부화된 합성 가스를 상기 이동 반응 엔클로저로 보내서 상기 제1 메탄화 반응 엔클로저로 공급될 합성 가스를 제공하는 단계를 더 포함하고, 제1 반응 엔클로저에서 발열 반응의 일부를 수행함으로써 이후 반응 엔클로저에서 단열 평형 온도를 감소시키는 관련된 이점을 가진다.
합성 천연가스의 생산을 위한 방법의 추가 실시형태에서, 메탄과 물로 부화된 상기 제1 가스의 양은 상기 제1 메탄화 반응 엔클로저로의 공급물로서 상기 합성 가스와 조합되거나, 또는 CO 부화 합성 가스와 조합되어 상기 이동 반응 엔클로저에 CO 및 H2O로 부화된 상기 합성 가스를 공급하며, 이동 반응을 위한 반응물의 형태로 반응에 물을 제공하거나, 또는 물을 사용함으로써 발열 반응을 제한하기 위해서 물을 제공하는 관련된 이점을 가지며, 공정 응축물의 양을 감소시키는 추가의 효과를 가진다.
본 개시의 추가 양태는 다수 반응 엔클로저 유사-등온 반응기에서 메탄올의 생산을 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은
a) 제1 반응 엔클로저 내부의 메탄올 합성에서 촉매 활성인 제1 재료와 접촉하도록 합성 가스를 보내는 단계,
b) 상기 제1 반응 엔클로저로부터 메탄올로 부화된 제1 가스를 회수하는 단계,
c) 메탄올로 부화된 상기 제1 가스를 냉각시켜 가스/액체 분리장치로 그것을 보내는 단계,
d) 상기 분리장치로부터 응축물과 중간 공정 가스를 회수하는 단계,
e) 제2 반응 엔클로저 내부의 메탄올 합성에서 촉매 활성인 제2 재료와 접촉하도록 상기 중간 공정 가스를 보내는 단계, 및
f) 상기 제2 반응 엔클로저로부터 메탄올로 부화된 제2 생성물 가스를 회수하는 단계
를 포함하며, 제1 반응 엔클로저의 생성물 중 메탄올 농도가 1차 평형에 가깝고, 이어서 메탄올로 부화된 상기 제1 가스로부터 메탄올 생성물의 제거를 통해 평형 한계를 이동시킴으로써 추가 메탄올 생산을 가능하게 하는 관련된 이점을 가진다.
합성 천연가스의 생산 또는 메탄올의 생산을 위한 방법의 또 다른 실시형태에서, 상기 방법은 상기 다른 반응 엔클로저의 상류에서 상기 합성 가스로부터 황을 회수하기 위해 탈황에 활성인 재료를 포함하는 황 감시 반응 엔클로저를 더 포함하며, 상기 황 감시 반응 엔클로저가 끓는 냉매에 의해 예열됨으로써 바로 작동될 준비가 되는 관련된 이점을 가진다.
본 개시의 추가 양태는 다수 반응 엔클로저 유사-등온 반응기에서 포름알데하이드의 생산을 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은
a) 제1 반응 엔클로저 내부의 포름알데하이드 합성에서 촉매 활성인 제1 재료와 접촉하도록 메탄올과 산소를 포함하는 공급물 가스를 보내는 단계,
b) 상기 제1 반응 엔클로저로부터 포름알데하이드로 부화된 제1 생성물 가스를 회수하는 단계,
c) 상기 포름알데하이드로 부화된 생성물을 메탄올을 포함하는 추가 공급물과 조합하여 중간 공정 가스를 형성하는 단계,
d) 상기 제2 반응 엔클로저 내부의 포름알데하이드 합성에 촉매 활성인 제2 재료와 접촉하도록 상기 중간 공정 가스를 보내는 단계, 및
e) 상기 제2 반응 엔클로저로부터 포름알데하이드로 부화된 제2 생성물 가스를 회수하는 단계
를 포함하고, 열교환 장비의 사용 없이 상기 제1 생성물 가스를 냉각시키는 관련된 이점, 및 메탄올의 낮은 농도를 유지하는 추가의 이점을 가지며, 그렇지 않다면 에너지 소비의 관련된 증가 및 증가된 공정 부피와 함께 생성물 가스의 냉각 단계 및 리사이클링을 포함하는 공정이 필요할 수 있었다.
발열 평형 한계 공정에서 유사-등온 반응기를 사용하는 것이 주로 유리하다. 그러나, 유사-등온 반응기는 전형적으로 고가의 장비 부품이며, 따라서 이러한 반응기의 사용은 주로 이익이 광범위한 경우에만 제한된다.
본 개시에 따라서, 유사-등온 반응기의 새로운 구성형태가 제공되며, 이것에 따르면 반응기의 둘 이상의 구획(즉, 반응 엔클로저)이 독립적으로 공급될 수 있고, 따라서 다수의 반응 엔클로저가 단일 냉매 엔클로저로서 작동될 수 있는 디자인을 제공함으로써 다수의 유사-등온 단계의 디자인이 상당히 간단해진다.
유사-등온 반응기를 위한 공통 개념은 소위 말하는 끓는 액체 냉각 반응기(주로 끓는 물 반응기라고 한다)이며, 여기서 냉매는 액체, 전형적으로 물이지만, 그것은 또한 예를 들어 기름 또는 염일 수 있으며, 상기 액체는 튜브와 같은 하나 이상의 반응 엔클로저와 열 접촉된다. 액체는 가압되며, 압력은 냉매의 끓는점을 제어하고, 따라서 이것은 액체의 끓는점에 근접한 실질적으로 일정한 온도에서 유지되며, 이 경우 과잉 에너지는, 예를 들어 액체 물의 수증기로의 증발에 의해서 기화 엔탈피로서 제거된다. 이 방식에서, 반응 엔클로저의 이 공정 측은 반응기의 전체 길이를 따라 실질적으로 동일한 온도와 시간에 걸쳐서 실질적으로 동일한 온도(압력이 변형되지 않는 한)를 가진 냉매와 열 접촉한다. 이러한 끓는 액체 냉각 반응기는, 매우 빠른 발열 반응이 일어나는 경우 핫 스팟이 존재할 수 있어도 공정 측의 온도에 변동을 유의하게 감소시킨다.
2개의 소위 말하는 끓는 물 반응기가 동일한 온도에서 작동되어야 한다면, 수증기 드럼 회로의 직접을 통해 비용이 감소될 수 있지만, 이런 집적은 의도치 않은 압력 상충을 피하도록 주의 깊게 제조되어야 한다.
그러나, 냉매 엔클로저를 공유하는 둘 이상의 반응 엔클로저를 가진 유사-등온 반응기를 제공함으로써, 특히 중간 크기 유사-등온 반응기와 관련하여, 여러 절감을 얻는 것이 가능하다. 먼저 단지 하나의 가압된 냉매 엔클로저가 요구되며, 또한 단 하나의 간단한 수증기 회로가 가능해진다.
유사-등온 반응기에서 발생하는 반응은 이종성 촉매에 의해서 주로 촉매되지만, 이 반응은 또한 가스상에서 발생할 수 있다. 반응 엔클로저는 그 부피의 대부분에 촉매 활성 재료를 함유할 수 있거나 또는 함유하지 않을 수 있거나, 또는 단지 부분적 부피에 촉매 활성 재료를 함유할 수 있거나 함유하지 않을 수 있다. 반응 엔클로저의 단지 부분적 부피가 촉매 활성 재료를 함유한다면, 이 부피는 촉매 활성 재료와 접촉하기 전에 반응 유체를 예열하기 위한 열교환기 구역으로 고려될 수 있다. 이러한 예열 구역이 포함된다면, 예를 들어 적절한 튜브 삽입체를 제공함으로써 열 전달을 증가시키기 위해 튜브 벽에서 더 높은 유속을 갖도록 구성될 수 있다.
반응기 시동 동안 반응물의 예열이 유사-등온 반응기와 관련된 추가 이점이다. 시동 동안 냉매는 이러한 반응기에서 가열매체의 기능을 가질 수 있고, 외부적으로 적절한 온도까지 가열될 수 있으며, 반응을 위한 활성화 에너지를 제공하는 관련된 이점을 가진다.
다단계 유사-등온 반응기는 2개, 3개 또는 그 이상의 반응 엔클로저를 포함할 수 있으며, 각 반응 엔클로저는 실질적으로 병행 작동하도록 구성된 하나의 또는 다수의 반응 튜브를 포함한다. 각 반응 엔클로저에서 반응 튜브의 수는 동일할 수 있거나, 또는 반응 엔클로저들 간에 상이할 수 있으며, 유사하게 튜브는 직경 및 모양과 같은 디자인이 동일하거나 다양할 수 있다. 반응 튜브의 일부 또는 전부의 외부 모양은, 예를 들어 냉각 핀을 갖거나 증가된 난류에 기여하는 모양을 가짐으로써, 효과적인 열교환을 염두에 두고 설계될 수 있다. 튜브들이 성공적으로 병행 작동하기 위해서 하나 이상의 입구 매니폴드 및/또는 출구 매니폴드가 간단함을 위해 요구될 수 있다. 이러한 매니폴드는 혼합 및 압력 강하를 포함하는 유동 특징을 적절히 고려하여 설계될 수 있다. 또한, 입구에서 매니폴드 또는 개별 튜브까지 유체 연결은 반응기의 경계면 벽과의 접합을 완화하도록 적절히 휨으로써 열 팽창 및 수축을 허용하도록 구성될 수 있다.
반응 엔클로저는 매니폴드에 연결된 다수의 개별 튜브에 의해서 한정될 수 있지만, 압력 손실을 보상하거나 열교환을 제공하려는 실질적인 이유 때문에 반응 엔클로저는 또한 더 많거나 더 적은 체류 시간을 가진 구역을 포함할 수 있다. 이것을 실행하는 한 가지 방식은 냉매를 보유한 다수의 튜브가 내부에 위치된 드럼 모양 반응 엔클로저이다. 이것은 드럼 모양 반응 엔클로저의 높이가 나머지 반응 엔클로저보다 낮도록 구성될 수 있으며, 결과의 이점으로서 압력 손실이 감소된다.
다단계 반응기를 위한 매니폴드 디자인은 몇몇 고려사항을 필요로 한다. 매니폴드는 반응 튜브와 반응 엔클로저의 압력 차이를 고려하여 적절히 설계되어야 한다. 또한, 반응 튜브가 촉매 활성 재료를 함유하는 경우, 반응 튜브에 이 재료를 어떻게 로딩할 것인지 고려되어야 하며, 촉매의 수명이 또한 고려되어야 한다.
촉매 활성 재료와 관련하여, 세 가지 일반적인 종류의 촉매 활성 재료가 고려될 수 있으며, 촉매 활성 펠릿, 촉매 활성 모노리스 및 촉매화된 하드웨어이다. 촉매 활성 재료의 성질은 개별 반응 엔클로저 및/또는 개별 반응 튜브 간에 동일하거나 상이할 수 있다.
촉매 활성 펠릿(이것은 압출 또는 펠릿화를 포함하는 많은 공정에 의해서 제조될 수 있다)은 가장 흔한 종류의 산업적 촉매이며, 이들은 촉매 탈활성화의 위험이 있는 공정에서 주로 사용되는데, 이것은 촉매의 부정기적인 또는 규칙적인 교체를 필요로 할 수 있다.
촉매화된 하드웨어는 특히 EP0855366에 설명된 개념인데, 이것에 따르면 튜브와 같은 구조적 재료의 표면이, 예를 들어 표면을 촉매 활성으로 만드는 촉매 필름의 적용에 의해서 변형된다. 촉매화된 하드웨어로서 제공된 반응 튜브는, 촉매화된 하드웨어의 사용이 전형적으로 촉매의 탈활성화 경향이 거의 없는 용도와 관련되므로 교체될 것이 예상되지 않는다.
촉매 활성 모노리스와 같은 구조화된 촉매는 또한 교체가 복잡하며, 따라서 촉매가 그다지 탈활성화되지 않는 공정에서 주로 사용된다.
촉매화된 하드웨어 및 촉매 활성 모노리스와 반대로, 촉매 활성 펠릿은 촉매의 교체를 필요로 하는 공정에서 주로 사용된다. 촉매 활성 펠릿을 수반하는 반응 시스템에 사용된 유사-등온 반응기를 위한 매니폴드는 촉매 펠릿에의 접근을 허용하는 방식으로 구성되어야 한다.
매니폴드가 촉매 활성 재료의 교체를 허용하도록 구성될 때, 이 교체는 반응 튜브에서 개별적으로 또는 동일한 반응 엔클로저에 포함된 반응 튜브의 그룹에서 더 편리하게 수행될 수 있다.
동일한 반응 엔클로저에 포함된 반응 튜브의 각 그룹이 동심 모양으로 위치되는 구조를 한정할 수 있다. 이러한 구조는, 각 반응 엔클로저가 단지 이웃한 엔클로저와만 접하는 방식으로 반응 엔클로저의 입구 및/또는 출구를 한정하기 위해 동심 원통형 매니폴드 챔버가 사용되는 매니폴드 디자인을 가능하게 하므로 압력 및 생산 고려사항의 측면에서 유익할 수 있다. 이것은 실질적인 생산 고려사항과 관련하여 특히 유익하다.
그러나, 촉매 재료를 로딩 및/또는 언로딩하기 위해 반응 엔클로저에 튜브를 접근시킬 수 있다는 측면에서, 파이-모양의 적절한 크기의 각진 실린더 섹터로 매니폴드 챔버를 구성하는 것이 더 유익할 수 있으며, 이후 이것은 반응기 상부판 또는 하부판에 단단히 고정될 수 있다.
추가 대안은 촉매 재료를 로딩 및 언로딩하는 측면에서 유익하고, 상기 대안은 "섬" 매니폴드를 한정하며, 여기서 각 섬 매니폴드는 한정된 수의 이웃한 반응 튜브를 커버한다.
모든 종류의 매니폴드가 단일 매니폴드와 조합될 수 있으며, 여기서 다수의 튜브의 입구 또는 출구는 반응기의 튜브 시트와 경계면 벽에 의해서 한정된 부피와 유체 연결된다.
반응 엔클로저 또는 반응 튜브의 바닥에 메시, 천공된 시트 또는 다른 입자-보유 요소, 예컨대 세라믹 또는 다른 불활성 재료로 제조된 볼이 상기 촉매 활성 재료, 특히 이 재료가 촉매 활성 펠릿의 형태일 때 그것의 고정을 위해 제공될 수 있다.
단열 반응기와 비교하여 유사-등온 반응기를 사용할 때 원하는 효과는 주로 세 가지 양태와 관련된다. 한 양태는 상승된 온도가 반응물에 유리한 경우 발열 반응에서 평형에 영향을 미치는 가능성이다. 두 번째 양태는 촉매의 열 손상이 회피되도록 촉매 및/또는 생성물이 임계 온도 이하로 유지되는 것을 보장하는 가능성이다. 세 번째 양태는 상승된 온도에서 부산물을 형성하거나 생성물을 소비하는 반응이 주로 저온에서 감소되는 효과를 가진다.
중요한 문제는 메탄화 탄소 형성에서 촉매 활성인 재료에 구체적으로 적용하는 것이며, 이 문제는 유사-등온 반응기의 사용을 통해서 최대 온도를 제한함으로써 해결되거나 감소될 수 있다. WO2012/084076에서 수증기 대 높은 탄화수소 비율의 비율과 온도 사이에 상관성이 확립되며, 상기 상관성은 메탄화가 안전하게 발생할 수 있는 영역뿐만 아니라 탄소 형성의 위험이 있는 소위 말하는 탄소 한계 이상인 영역을 확인한다.
열이 반응기로부터 제거되므로 최고 온도가 등온 반응기에서보다 더 낮기 때문에 동일한 공급물 가스 조성 및 입구 온도에서 작동하는 단열 반응기와 비교하여 유사-등온 메탄화 반응기에서 휘스커 탄소 형성의 위험이 감소된다.
더 높은 탄화수소로부터의 탄소 형성 위험도 상기 언급된 것과 동일한 이유로 감소되지만, 또한 열 제거의 결과로서 최고 온도에서 비교적 높은 물 농도 때문이기도 하다.
유사한 이유 때문에 유사-등온 반응기는 또한 촉매 활성 재료가, 예를 들어 소결에 의해서 열적으로 탈활성화되는 반응과 관련하여 유익할 수 있는데, 이는 공정 측이 냉매에 의해서 냉각되기 전에 과도한 온도가 반응 튜브의 초기 구역에서만 제한되기 때문이다.
다-단계 반응을 이용한 일부 공정 구성형태에서, 두 단계에 대한 공급물의 모듈은 상이한 것이 유익할 수 있다. 전형적으로, 제1 단계에서 공급물 중 수소의 양은 의도적으로 화학량론을 초과하고(즉, 모듈 M이 메탄올 생성의 경우 2 이상이고 메탄 생성의 경우 3 이상이다), 최종 단계에서 수소의 양은 아화학량론적이다(즉, 모듈 M이 메탄올 생성의 경우 2 이하이고 메탄 생성의 경우 3 이하이다). 관련된 이점은 에탄올, 케톤 및 알데하이드와 같은 부산물의 형성(메탄올 생성의 경우)과 탄소 침착(메탄 생성의 경우)이 반응의 제1 단계에서 수소의 과잉의 이용률을 보장함으로써 감소된다는 점이다.
본 개시의 이들 특징 및 이점은 첨부한 도면을 참조하여 아래 더 상세히 설명되며, 이것은 예시의 목적으로 이용되고 본 출원의 범위를 제한하지 않는다. 도면에 나타낸 특징 및 요소는 본 개시에 필수적인 것이 아닐 수 있거나, 또는 본 개시의 개별 실시형태에도 필수적이지 않을 수 있으며, 유사하게 본 개시와 관련 있는 부차적인 추가의 특징, 예컨대 공정의 효과적인 열 집적과 관련된 특징은 본 개시에 상응하는 실시형태에서 생략될 수 있거나, 또는 예시된 실시형태에서 생략되었을 수 있다. 유사한 항목은 이해의 용이성을 위해 도면에서 유사하게 번호가 매겨졌지만, 그러한 설명이 없다면 번호의 유사성이 특징의 유사성으로 해석되어서는 안 된다.
도 1은 본 개시에 따른 유사-등온 반응기의 실시형태를 예시한다.
도 2는 반응기 및 매니폴드의 구체적인 세부사항을 예시한다.
도 3은 선행기술에 따른 황 감시 및 4개의 단열 메탄화 반응기를 사용한 메탄화 공정을 예시한다.
도 4는 선행기술에 따른 황 감시, 하나의 유사-등온 반응기 및 하나의 단열 메탄화 반응기를 사용한 메탄화 공정을 예시한다.
도 5는 선행기술에 따른 황 감시 및 2개의 유사-등온 메탄화 반응기를 사용한 메탄화 공정을 예시한다.
도 6은 본 개시에 따른 황 감시 및 2-단계 유사-등온 메탄화 반응기를 사용한 메탄화 공정을 예시한다.
도 7은 본 개시에 따른 3-단계 유사-등온 반응기를 가진 메탄화 공정을 예시한다.
도 8은 선행기술에 따른 3개의 단열 반응기를 사용한 코크스 오븐 가스 메탄화 공정을 예시한다.
도 9는 본 개시에 따른 2-단계 유사-등온 반응기를 사용한 코크스 오븐 가스 메탄화 공정을 예시한다.
도 10은 선행기술에 따른 황 감시 및 단일 단계 유사-등온 반응기 및 리사이클을 사용한 메탄올 합성 공정을 예시한다.
도 11은 본 개시에 따른 황 감시 및 3-단계 유사-등온 반응기를 사용한 메탄올 합성 공정을 예시한다.
도 12는 본 개시에 따른 황 감시 및 2-단계 유사-등온 반응기 및 리사이클을 사용한 메탄올 합성 공정을 예시한다.
도 13은 본 개시에 따른 2-단계 유사-등온 반응기를 사용한 포름알데하이드 합성 공정을 예시한다.
도 14는 본 개시에 따른 2-단계 유사-등온 반응기의 구체적인 기계적 구성형태를 예시한다.
도 1에서, 본 개시에 따른 유사-등온 반응기(100)가 도시된다. 간단하게 하기 위하여, 주 반응 엔클로저에 단지 하나의 반응 튜브(114)만 도시되고, 부 반응 엔클로저에 단지 하나의 반응 튜브(108)만 도시된다. 반응기는 냉매 입구(104)와 냉매 출구(106)를 가진 냉매 엔클로저(102)를 포함하며, 이것은 전형적으로 승압하에 냉매를 유지하도록 설계된다. 냉매 엔클로저(102)는 단일 반응 튜브(114)로 구성된 제1 반응 엔클로저와 단일 반응 튜브(108)로 구성된 제2 반응 엔클로저를 수용한다. 각 반응 엔클로저는 입구(110, 116) 및 출구(112, 118)를 포함한다. 여기 예시된 실시형태는 반응 유체를 예열하기 위한 제1 반응 엔클로저의 구역과 촉매 활성 재료를 보유하기 위한 구역을 둘 다 포함하지만, 본 개시에 따르면 반응 엔클로저는 단지 예열 구역만 또는 촉매 활성 재료를 보유하기 위한 구역만 함유할 수 있다.
도 2a는 본 개시에 따른 동심 모양으로 조직된 반응 튜브를 가진 유사-등온 반응기의 일례를 도시한다. 반응기는 냉각 액체 입구(202)와 냉매 출구(204)를 가진 냉각 액체 엔클로저를 포함한다. 제1 반응 엔클로저 입구(206)는 경계면 벽(240)과 튜브 시트(242)에 의해서 한정된 제1 반응 엔클로저 매니폴드(208)까지 이어지며, 이로부터 공정 가스가 제1 반응 엔클로저(210)의 튜브로 보내지는데, 이것은 여기서 모노리스 촉매를 포함하는 것으로서 예시된다. 제1 반응 엔클로저의 출구는 유사하게 한정된 제2 반응 엔클로저(214)의 튜브와 유체 연결되며 제2 반응 엔클로저 출구(216)와 연결된 제2 반응 엔클로저 매니폴드(212)와 연결된다. 입구(218)는 제3 반응 엔클로저 매니폴드(220)와 연결되며, 이것은 차례로 제3 반응 엔클로저(222)의 튜브와 연결되고, 더 나아가 제3 반응 엔클로저 매니폴드 및 출구(224)까지 연결된다. 입구(226)는 제4 반응 엔클로저 매니폴드(228)와 연결되며, 이것은 제4 반응 엔클로저(230)의 튜브와 연결되고, 더 나아가 제3 반응 엔클로저 매니폴드 및 출구(232)까지 연결된다.
도 2b는 제1 반응기 엔클로저(210)의 튜브, 제2 반응기 엔클로저(214)의 튜브, 제3 반응기 엔클로저(222)의 튜브 및 제4 반응기 엔클로저(230)의 튜브를 가진 동일한 반응기(200)의 중앙부의 상면도를 도시한다.
유사한 반응기(200)의 매니폴드의 대안의 구성형태가 도 2c(측면도) 및 도 2d(상면도)에 도시되며, 여기서 반응 튜브(250, 260, 270)는 매니폴드(252, 262, 272)를 통해서 반응 구역 출구(254, 264, 274)에 각각 연결된 3개의 각진 원통 섹터로 조직된다. 이런 종류의 매니폴드는, 특히 구역들이 상이한 종류의 촉매 활성 펠릿을 함유하는 경우, 촉매 활성 펠릿으로 개별 반응 엔클로저를 충전하는데 더욱 적합할 수 있다.
도 3은 선행기술에 따른 4개의 단열 메탄화 반응기(308, 314, 320, 330)를 사용한 메탄화 공정을 예시한다. 합성 가스(302)가 황 감시부(304)로 보내지는데, 이것은 촉매가 황에 민감하지 않거나 합성 가스에 황이 부재한다면 선택적이다. 합성 가스(302)는 예열기로 보내져 탈황된 합성 가스(306)를 제공하고, 더 나아가 적절한 온도에서 제1 메탄화 반응기(308)로 보내져 제1 메탄 부화 가스(310)를 제공한다.
제1 메탄 부화 가스는 열교환기(312)에서 냉각되고, 제2 메탄화 반응기(314)와 제3 메탄화 반응기(320)에서 더 반응하도록 되며, 이것은 제2 단계 메탄 부화 가스(316)의 중간 냉각(318)을 수반한다. 제4의 최종 메탄화 반응기(330)에 앞서서 분리장치(324)에서 냉각(322) 후 물(336)이 응축되며, 이로써 최종 메탄화 공급물 가스(326)의 반응 평형이 이동하고, 이후 최종 단계 메탄 부화 가스(332)의 물이 334 단계에서 분리되고, 합성 천연가스(338)가 생성된다.
도 4는 선행기술에 따른 하나의 유사-등온 반응기(408)와 하나의 단열 반응기(430)를 사용한 메탄화 공정을 예시한다. 이 공정은 합성 가스(402)를 예열하는 것과 그것을 선택적 황 감시부(404)에 공급하는 것을 포함한다. 이어서 탈황되 합성 가스(406)가 유사-등온 반응기(408)로 보내져 제1 메탄 부화 가스(420)를 생성하며, 이것은 냉각(422)된 후 물이 분리(424)된다. 결과적으로, 건조된 메탄 부화 가스가 얻어지며, 이것은 가열(428)되어 도 3에 예시된 것과 유사한 방식으로 최종 메탄화 단계(430)로 보내진다.
최종 메탄 부화 가스(432)가 냉각된 후 물(436)과 합성 천연가스(438)로 분리(434)된다. 유사-등온 반응기(408)의 냉매(412)는 물이며, 이것은 수증기/물 혼합물(414)로서 유사-등온 반응기를 빠져나가 수증기 드럼(410)으로 보내지고, 여기서 압력이 제어되어 유사-등온 반응기 내부의 끓는 물의 온도를 간접적으로 제어할 수 있다.
도 5에 2개의 유사-등온 반응기(508, 530)를 사용한 메탄화 공정이 예시된다. 도 3 및 도 4에 도시된 대로, 이 공정은 선택적 황 감시부(504)에 예열된 합성 가스(502)를 공급하고, 탈황된 합성 가스(506)를 제1 유사-등온 반응기(508)로 보내고, 최종 메탄 부화 가스(532)를 제공하는 최종 단계(530)에 앞서서 제1 메탄 부화 가스(520)를 냉각(522) 및 분리(524)하는 것을 포함하며, 최종 메탄 부화 가스는 냉각되어 물(536)과 합성 천연가스(538)로 분리(534)된다. 유사-등온 반응기(508, 530)의 냉매(512, 516)는 물이며, 이것은 수증기 드럼(510)으로 보내진 수증기(514, 518)의 형태로 유사-등온 반응기를 빠져나간다. 수증기 드럼의 압력은 유사-등온 반응기(508, 530)의 냉매 엔클로저 내부의 끓는 물의 온도를 간접적으로 제어한다. 단지 하나의 수증기 드럼(510)만 포함되므로 2개의 반응기(508, 530)의 작동 온도는 동일해야 한다. 또한, 유량과 압력의 균형을 위해 물 라인(512, 516)과 수증기 라인(514, 518)이 주의깊게 대칭으로 설계되어야 한다.
도 6에 본 개시에 따른 2-단계 유사-등온 반응기(608)를 사용한 메탄화 공정이 예시된다. 도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 대로, 이 공정은 선택적 황 감시부(604)에 예열된 합성 가스(602)를 공급하고, 탈황된 합성 가스(606)를 제1 유사-등온 반응 엔클로저(608)로 보내고, 최종 메탄 부화 가스(632)를 제공하는 유사-등온 반응기(608)에 앞서서 냉각(622) 및 응축(624)하는 것을 포함하며, 최종 메탄 부화 가스는 냉각되어 물(636)과 합성 천연가스(638)로 분리(634)된다. 유사-등온 반응기(608)의 냉매(612)는 물이며, 이것은 수증기 드럼(610)으로 보내진 수증기(614)로서 유사-등온 반응기(608)를 빠져나가며, 여기서 압력이 제어되어 유사-등온 반응기 내부의 끓는 물의 온도를 간접적으로 제어한다. 냉매 엔클로저가 두 반응기 단계에 공통되므로 수증기 라인의 조정이 필요하지 않다. 공정 측면에서 도 6의 공정은 도 5의 공정에 완전히 상응하지만, 필요한 장비가 상당히 간단해졌다.
도 7에 3-단계 유사-등온 반응기(730)를 사용한 메탄화 공정이 예시된다. CO 및 CO2를 포함하는 합성 가스(702)가 수증기와 메탄 부화 가스(718)의 혼합물과 혼합되어 제1 반응기 공급물 가스(706)가 얻어진다. 리사이클 컴프레서의 비용을 피하기 위해 리사이클은 모티브 가스로서 수증기(714)를 사용하는 이젝터(716)에 의해 추진된다. 제1 반응기 공급물 가스(706)는 먼저 가열(704)되고, 이후 유사-등온 반응기(730)의 수성 가스 이동 반응에서 촉매 활성인 재료를 함유하는 제1 반응 엔클로저로 보내져 제1 메탄화 공급물 가스(708)를 제공한다. 이 제1 메탄화 공급물 가스(708)는 유사-등온 반응기(730)의 제2 반응 엔클로저로 보내져 제1 메탄 부화 가스(710)를 제공한다. 제1 메탄 부화 가스의 리사이클(712)된 부분은 이젝터(716)로 보내진 수증기(714)와 함께 리사이클 스트림(718)을 제공한다. 제1 메탄 부화 가스의 리사이클되지않은 부분(720)은 냉각(722)되어 분리장치(724)로 보내지고, 공정 응축물(726)이 회수되어 건조된 최종 메탄화 반응기 공급물 가스(728)가 얻어지며, 이것은 가열(740)되어 유사-등온 메탄화 반응기(730)의 제3 반응 엔클로저로 보내진다. 메탄화 반응기(730)로부터 최종 메탄 부화 가스(738)가 회수되고, 냉각(740, 742)되고, 공정 응축물(746)과 치환 천연가스(748)로 분리(744)된다. 실제로, 공급물 스트림(702)에는 실질적으로 황이 부재해야 하거나, 또는 촉매 활성 재료가 황에 내성인 종류의 것이어야 한다.
도 8에 3-단계 메탄화 공정이 예시된다. 이 공정은 공급물 스트림(802)의 형태로 코크스 오븐 가스를 수용하며, 이것은 예열(804)된다. 이 가스는 C2 및 C3 탄화수소를 포함하므로 탄소 형성 위험이 더 증가되며, 따라서 수증기와 리사이클된 메탄 부화 가스(816)의 조합이 공급물 가스에 첨가된다. 리사이클 컴프레서의 비용을 피하기 위해 리사이클은 모티브 가스로서 수증기를 사용하는 이젝터(812)에 의해 추진된다. 메탄화 공급물 가스(806)는 제1 메탄화 반응기(808)로 보내지고, 이로부터 제1 메탄 부화 가스(810)가 회수되어 냉각된다. 제1 메탄 부화 가스의 리사이클되지 않은 부분(814)은 제2 메탄화 반응기(818)로 보내진다. 제2 메탄 부화 가스가 제2 메탄화 반응기(818)로부터 회수되어 냉각된다. 이 방식에서, 804 단계에서 공급물 스트림을 예열하기 위해 열이 제공된다. 냉각된 제2 메탄 부화 가스는 더 냉각(820)되 분리장치(822)로 보내지고, 공정 응축물(834)이 회수되어 건조된 제2 메탄 부화 가스가 얻어지며, 이것이 예열(824)되어 최종 메탄화 반응기 공급물 가스(826)를 제공한다. 반응기 공급물 가스(826)는 최종 메탄화 반응기(828)로 보내지고, 이로부터 최종 메탄 부화 가스(830)가 회수되며, 냉각되고, 공정 응축물(834)과 치환 천연가스(836)으로 분리(832)된다. 실제로, 공급물 스트림(802)에는 황이 실질적으로 부재해야 하거나, 또는 촉매 활성 재료는 황에 내성인 종류의 것이어야 하거나, 또는 탈황 반응기가 포함되어야 한다.
도 9에 본 개시에 따른 메탄화 공정이 도시되며, 상기 공정은 도 8에 도시된 것과 유사하다. 다시, 이 공정은 공급물 스트림(902)으로서 코크스 오븐 가스를 수용한다. 이 가스는 C2 및 C3 탄화수소를 포함하므로 탄소 형성 위험이 더 증가되며, 따라서 수증기와 리사이클된 메탄 부화 가스(916)의 조합이 공급물 가스에 첨가된다. 리사이클 컴프레서의 비용을 피하기 위해 리사이클은 모티브 가스로서 수증기를 사용하는 이젝터(912)에 의해 추진된다. 메탄화 공급물 가스(906)는 유사-등온 메탄화 반응기(908)의 제1 반응 엔클로저로 보내지고, 이로부터 제1 메탄 부화 가스(910)가 회수된다. 제1 메탄 부화 가스의 리사이클되지 않은 부분(914)은 냉각(920)되어 분리장치(922)로 보내지고, 공정 응축물(934)이 회수되어 건조된 제1 메탄 부화 가스가 얻어지며, 이것이 예열(924)되어 최종 메탄화 반응기 공급물 가스(926)를 제공한다. 최종 메탄화 반응기 공급물 가스는 유사-등온 메탄화 반응기(908)의 제2 반응 엔클로저로 보내지고, 이로부터 최종 메탄 부화 가스(930)가 회수되며, 924 단계에서 최종 메탄화 반응기 공급물 가스를 예열함으로써 냉각되고, 공정 응축물(934)과 치환 천연가스(936)로 분리(932)된다. 실제로, 공급물 스트림(902)에는 황이 실질적으로 부재해야 하거나, 또는 촉매 활성 재료는 황에 내성인 종류의 것이어야 하거나, 또는 탈황 반응기가 포함되어야 한다.
도 10에서, 선행기술에 따른 단일 유사-등온 반응기와 리사이클을 가진 메탄올 합성 공정이 예시된다. 공정도에 따르면, 합성 가스(1002)는 열교환기(1004)에 의해 예열되어 황 감시부(1006)로 보내지는데, 이것은 촉매가 황에 민감하지 않거나 합성 가스에 황이 부재한다면 선택적이다. 결과적으로, 공급물 가스(1008)가 제공되며, 이것이 리사이클 스트림(1028)과 합해져 유사-등온 반응기(1010)로 보내지고, 여기서 합성 가스가 반응하여 가열된 메탄올 부화 가스(1012)를 형성한다. 이 가스는 가스/액체 분리장치(1018)에서 메탄올 생성물(1022) 및 전환되지 않은 합성 가스(1020)로의 응축 및 분리 전에 열교환기(1004, 1014)에서 또한 냉각장치(1016)에 의해서 냉각된다. 전환되지 않은 합성 가스(1020)의 일부는 퍼지(1024)되도록 보내지고, 다른 일부는 압축(1026)되어 리사이클(1028)된다.
도 11에서, 본 개시에 따른 3-단계 유사-등온 반응기를 가진 메탄올 합성 공정이 예시된다. 공정도에 따르면, 합성 가스(1102)는 열교환기(1104)에 의해 예열되어 황 감시부(1106)로 보내지는데, 이것은 촉매가 황에 민감하지 않거나 합성 가스(1102)에 황이 부재한다면 선택적이다. 결과적으로, 탈황된 합성 가스(1108)가 제공되고, 더 나아가 3-단계 유사-등온 반응기(1110)의 제1 유사-등온 반응 엔클로저로 보내지며, 여기서 탈황된 합성 가스(1108)가 반응하여 제1의 고온 메탄올 부화 가스(1112)를 형성한다.
이 제1의 고온 메탄올 부화 가스(1112)는 반응 가스(1222)의 평형을 이동시키기 위해서 메탄올(1142)의 응축 전에 제1 쌍의 열교환기(1104, 1114)에서 또한 냉각장치(1116)에 의해서 냉각된다. 반응 가스(1122)는 예열(1114)되어 3-단계 유사-등온 반응기(1110)의 제2 유사-등온 반응 엔클로저로 보내지며, 제3 유사-등온 반응기 엔클로저에 최종 공급물 가스(1132)로서 보내지기 전에 가스/액체 분리장치(1030) 및 재가열(1126) 셋업에서 유사한 냉각(1126, 1128), 응축 및 분리가 이루어져 최종 메탄올 부화 가스(1136)를 제공하며, 이후 메탄올(1142)과 전환되지 않은 합성 가스(1144)의 가스/액체 분리장치(1140)에서 냉각(1138), 응축 및 분리가 이루어진다. 유사-등온 조건하에 3개의 반응 엔클로저의 작동에 의하여 합성 가스를 더욱더 효율적으로 이용하는 것이 가능해진다.
도 12에서, 본 개시에 따른 2-단계 유사-등온 반응기 및 리사이클을 가진 메탄올 합성 공정이 예시된다. 공정도에 따르면, 합성 가스(1202)는 열교환기(1204)에 의해 예열되어 황 감시부(1206)로 보내지는데, 이것은 촉매가 황에 민감하지 않거나 합성 가스(1202)에 황이 부재한다면 선택적이다. 선택적으로 탈황된 합성 가스(1208)는 더 나아가 2-단계 유사-등온 반응기(1210)의 제1 유사-등온 반응 엔클로저로 보내지며, 여기서 선택적으로 탈황된 합성 가스(1208)가 반응하여 제1의 고온 메탄올 부화 가스(1212)를 형성한다.
이 제1의 고온 메탄올 부화 가스(1212)는 반응 가스(1222)의 평형을 이동시키기 위해서 메탄올(1232)의 분리(1218) 전에 제1 열교환기(1204)에서 또한 냉각장치(1216)에 의해서 냉각된다. 반응 가스(1222)는 예열(1220)되어 2-단계 유사-등온 반응기(1210)의 제2 유사-등온 반응 엔클로저로 보내져 가스/액체 분리장치(1230) 셋업에서 유사한 냉각(1220, 1228), 응축 및 분리에 최종 메탄올 부화 가스(1226)를 제공한다. 이어서 가스상이 분할되어 퍼지(1234) 및 리사이클 컴프레서(1236)으로 보내지고, 액체상은 메탄올 생성물(1232)의 형태로 회수된다.
도 13에서, 2-단계 유사-등온 반응기를 가진 포름알데하이드 합성 공정이 예시된다. 공정도에 따르면, 공기(1302)가 리사이클 가스(1304)와 혼합되어 컴프레서(1306)로 보내져 제1 합성 가스 혼합물(1308)을 제공한다. 메탄올(1310)은 두 단계 중 이 공정에 첨가된다. 제1 공정(1314)에 첨가된 메탄올의 부분은 제1 합성 가스 혼합물(1308)과 혼합되기 전에 가열(1312)되어 제1 포름알데하이드 반응기 공급물 가스(1320)가 얻어진다. 반응기 공급물 가스(1320)는 가열(1318)되어 포름알데하이드 반응기(1322)로 보내지고, 이로부터 제1 포름알데하이드 부화 가스(1330)이 회수된다. 메탄올(1316)의 제2 부분은 제1 포름알데하이드 부화 가스(1330)에 첨가되었을 때 냉각되어 제2 냉각 포름알데하이드 반응기 공급물 가스(1332)가 얻어지고, 이것은 유사-등온 포름알데하이드 반응기(1322)의 마지막 엔클로저로 보내지며, 이로부터 마지막 포름알데하이드 부화 가스(1334)가 회수된다. 포름알데하이드 부화 가스(1334)는 흡수장치로 보내지고, 이로부터 포름알데하이드 생성물과 리사이클 가스가 얻어진다.
유사-등온 반응기(1322)의 냉매(1324)는 물이고, 이것은 수증기(1326)의 형태로 유사-등온 반응기(1322)를 빠져나가 수증기 드럼(1328)으로 보내지며, 여기서 압력은 유사-등온 반응기 내부에서 끓는 물의 온도를 간접적으로 제어하도록 제어된다.
도 14에서, 2-단계 유사-등온 반응기의 구체적인 디자인이 도시된다(간단함을 위해 냉매 연결이 생략된다). 여기서, 반응 엔클로저까지 튜브 시트 및 입구에의 접근을 허용하기 위한 통로(2000 및 2010)가 제공된다. 반응 엔클로저로 왕래하는 가스 입구(2002 및 2004)와 가스 출구(2006 및 2008)가 제공된다. 이 방식에서, 튜브 시트를 제공하고 촉매를 로딩 및 언로딩하기 위한 접근이 제공될 수 있다. 바람직하게, 입구 매니폴드를 제거하고 위로부터 진공화함으로써 촉매가 언로딩될 수 있으며, 출구 매니폴드에서 삽입체 재료와 함께 제거를 회피하는 관련된 이점을 가진다.
실시예
다음의 실시예에서는 본 개시에 따른 반응기에서 실행되거나 비교 목적을 위해서 기록된 공정에 대한 다수의 연구가 제시된다. 기록된 데이터, 특히 농도는 본 개시의 원리의 예시와 관련된 변수에만 제한된다.
실시예 1
제1 시리즈의 실시예는 20.1% CH4, 15.5% CO2, 62.0% H2 및 1.6% H2O를 포함하는 바이오가스의 메탄화에 관한 것이다. 표 1은 이 시리즈의 실시예의 공급물 및 최종 생성물의 조성을 나타낸다.
공급물 실시예1A 실시예1B 실시예1C
CH4 20.1 94.9 96.7 96.9
CO2 15.5 0.6 0.3 0.2
H2 62.0 2.3 0.9 0.7
H2O 1.6 0.4 0.4 0.4
도 3에 도시된 선행기술에 따른 첫 번째 실시예(실시예 1A)에서 바이오가스의 메탄화는 네 단계에서 발생한다. 표 1에 나타낸 대로, 최종 생성물은 94.9%의 메탄 농도를 가진다.
도 4에 도시된 선행기술에 따른 두 번째 실시예(실시예 1B)에서 바이오가스의 메탄화는 제1 유사-등온 반응기 단계와 이후 단열 반응기에서의 응축 및 최종 메탄화에서 발생한다. 표 1에 나타낸 대로, 최종 생성물은 96.7%의 메탄 농도를 가진다.
도 6에 도시된 본 개시에 따른 세 번째 실시예(실시예 1C)에서 바이오가스의 메탄화는 본 개시에 따른 2-단계 유사-등온 반응기에서 발생한다. 표 1에 나타낸 대로, 최종 생성물은 96.9%의 메탄 농도를 가진다. 도 5와 도 6에 예시된 공정의 성능은 본질적으로 동일하지만, 두 분리된 유사-등온 반응기는 더 높은 비용을 수반한다.
세 실시예는 유사-등온 반응기에서 메탄화와 같은 발열 평형 제한 반응의 온도를 제어할 때의 개선된 작동을 증명한다. 실시예 1B는 4개의 단열 반응기가 유사-등온 반응기와 단열 반응기의 조합으로 대체될 수 있으며, 메탄 농도는 94.9%에서 96.7%까지 증가하며, 더불어 반응기 수의 감소로 인하여 비용이 감소된다는 것을 증명한다. 실시예 1C는 통합된 2-단계 유사-등온 반응기를 사용할 때 96.9%까지 추가의 증가가 가능한 것을 증명한다. 실시예 1C가 2개의 개별 유사-등온 반응기에서 실행된다면 유사-등온 반응기의 증가된 복잡성이 비용을 증가시키지만, 실시예 1C가 본 개시에 따라서 실행된다면 이 해결책은 중립적이거나 심지어 더 적은 비용이 들 것으로 추정된다.
실시예 2
도 7에 예시된 본 개시에 따른 표 2에 나타낸 두 번째 실시예에서, 합성 가스의 메탄화는 도 7에 예시된 대로 사용된 3-단계 유사-등온 반응기에서 발생한다. 제1 단계에서 수성 가스 이동 반응이 발생하고, 제2 및 제3 단계에서 메탄화가 물의 중간 응축과 함께 발생한다.
실시예 2는 탈황 및 메탄화 전에 가스를 예열할 필요가 감소되는 이점과 또한 높은 메탄 함량을 가진 합성 천연가스가 얻어진다는 것을 증명한다.
조성[몰%] 702 706 708 728 748
CH4 15.0 27.9 27.9 95.6 98.6
CO 20.0 14.0 5.5 0.0 0.0
CO2 1.0 0.8 9.4 0.7 0.1
H2 63.9 45.4 54.0 2.9 0.6
H2O 11.6 3.1 0.2 0.2
실시예 3
제3 시리즈의 실시예는 수증기의 존재하에 1.7% C2H6 및 1.0% C3H8를 포함하는 코크스 오븐 가스의 메탄화에 관한 것이다. WO2012/084076에 제시된 대로, 이러한 높은 탄화수소의 존재하에 탄소 형성의 위험 없이 작동하기 위해서는 저온이나 높은 수증기 수준에서 공정이 작동되어야 한다.
공급물 실시예 3A 실시예 3B
CH 4 21.8 72.7 72.8
CO 8.8
CO 2 4.2
H 2 57.6 18.6 18.6
H 2 O 0.3 0.3 0.3
C 2 H 6 1.7 0.0 0.0
C 3 H 8 1.0 0.0 0.0
온도 300°C 560°C 300°C
공급물 유량 228950 Nm3/h 137787 Nm3/h
선행기술에 따른 실시예(실시예 3A)에서, 코크스 오븐 가스는 도 8에 예시된 공정대로 반응되어 합성 천연가스를 형성하는데, 이 공정은 560℃의 최대 온도에서 연속으로 3개의 단열 반응기에서 작동되며, 이것은 탄소 형성 한계에 여유가 없거나 아주 적은 여유만이 있을 수 있다. 가스의 제1 메탄화 반응기로의 결과의 체적 유량은 228950 Nm3/h이다.
본 개시에 따른 실시예(실시예 3B)에서, 코크스 오븐 가스는 도 9에 예시된 공정대로 반응되어 합성 천연가스를 형성하는데, 이 공정은 300℃의 최대 온도에서 2-단계 유사-등온 반응기에서 작동되며, 이것은 탄소 형성 한계에 넓고 안전한 여유를 남긴다. 가스의 제1 메탄화 반응기로의 결과의 체적 유량은 137787 Nm3/h이며, 이것은 실시예 3A에서 요구된 유량의 단지 60%이다.
실시예 3A와 실시예 3B의 비교는 본 개시에 따른 2-단계 유사-등온 반응기에서의 작동은 전형적인 메탄화 촉매의 탄소 형성 한계에 작동 조건에서 충분한 안전함을 제공하지만, 3-단계 단열 구성형태에서의 작동은 탄소 형성의 상당한 위험을 초래한다는 것을 보여준다.
실시예 4
제4 시리즈의 실시예는 29.9% CO 및 66.5% H2를 포함하는 합성 가스로부터 4 t/h의 메탄올 생성에 관한 것이다.
상응하는 데이터가 표 4에 제시된다.
공급물 실시예 4A 실시예 4B 실시예 4C
CH 3 OH 98.4 97.7 96.8
CH 4 1.1 0.0 0.0 0.0
CO 29.9 0.0 0.0 0.0
CO 2 1.7 0.3 0.2 0.2
H 2 66.5 0.1 0.1 0.1
H 2 O 0.1 1.3 2.0 2.9
유량 9634 Nm3/h 9262 Nm3/h 9192 Nm3/h
첫 번째 메탄올 생성 실시예(실시예 4A, 도 10 참조)에서, 선행기술에 따른 리사이클을 가진 단일 유사-등온 메탄올 반응기의 구성형태가 메탄올 생성에 사용된다. 이 실시예에 따라서, 9,634 Nm3/h의 합성 가스가 4 t/h 메탄올의 생성에 필요하다.
두 번째 메탄올 생성 실시예(실시예 4B, 도 11 참조)에서, 본 개시에 따른 3-단계 유사-등온 반응기가 메탄올 생성에 사용된다. 이 실시예에 따라서, 9,262 Nm3/h의 합성 가스가 4 t/h 메탄올의 생성에 필요하다.
세 번째 메탄올 생성 실시예(실시예 4C, 도 12 참조)에서, 본 개시에 따른 리사이클을 가진 2-단계 유사-등온 반응기가 구성되며, 리사이클은 메탄올 생성에 사용된다. 이 실시예에 따라서, 9,192 Nm3/h의 합성 가스가 4 t/h 메탄올의 생성에 필요하다.
이들 세 실시예의 비교는 유사-등온 반응기에서 메탄올 생성이 매우 효과적이며, 또한 이것은 본 개시에 따른 반응기에서 유익하게 실행될 수 있다는 것을 증명한다.
실시예 5
표 5에 도 13에 상응하는 포름알데하이드 생성의 유체의 조성 및 온도가 제시된다.
2-단계 유사-등온 반응기를 사용함으로써 두 단계에서 메탄올을 첨가하고 차가운 메탄올의 첨가에 의해서 첫 번째 단계의 생성물을 퀀칭하는 것이 가능해진다.
포름알데하이드 생산 공정이 선행기술에 따라서 수행되었다면 그것은 메탄올의 농도가 생성물의 리사이클에 의해 낮게 유지되는 단일 단계 공정에서 수행되었을 것이다. 그러나, 이 리사이클은 추가의 장비 부피뿐만 아니라 리사이클 컴프레서를 위한 에너지를 필요로 하며, 따라서 여분의 비용과 관련될 수 있다.
조성
[몰%]		 1st 반응기 공급물 1st 반응기 생성물 2nd 반응기 공급물 2nd 반응기 생성물
O2 14.5 11.1 10.2 5.8
CO 0.5 0.8 0.7 1.1
CH3OH 6.0 0.1 8.0 0.1
CH2O 5.4 5.0 11.9
H2O 4.2 10.0 9.3 16.8
온도 207°C 285°C 165°C 285°C

Claims (16)

  1. 적어도 2개의 반응 엔클로저 및 냉매의 끓는점에서 압력하에 냉매를 보유하도록 구성된 냉매 엔클로저를 포함하는 발열 반응을 위한 유사-등온 유동 반응기로서, 상기 반응 엔클로저는 냉매와 열 접촉하도록 구성된 외면을 갖고, 상기 반응 엔클로저의 각각은 반응 엔클로저 입구와 반응 엔클로저 출구를 가지며, 상기 냉매 엔클로저는 냉매 입구와 냉매 출구를 갖고, 상기 입구와 출구의 각각은 개별적으로 연결가능한 유사-등온 유동 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 반응 엔클로저의 부피의 적어도 50% 또는 80% 내부에 촉매 활성 재료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 입구 매니폴드를 더 포함하며, 상기 제1 반응 엔클로저 및 상기 제2 반응 엔클로저 중 적어도 하나가 다수의 반응 튜브, 예컨대 적어도 2, 50, 100 또는 1000개의 반응 튜브를 포함하고, 각 튜브는 상기 입구 매니폴드와 유체 연결되는 튜브 입구를 가지며, 이것은 상기 반응 엔클로저로부터 유체 스트림을 수용하고 상기 유체 스트림을 상기 다수의 반응 튜브의 튜브 입구들 사이에 분포시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반응기.
  4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 출구 매니폴드를 더 포함하며, 상기 제1 반응 엔클로저 및 상기 제2 반응 엔클로저 중 적어도 하나가 다수의 반응 튜브, 예컨대 적어도 2, 50, 100 또는 1000개의 반응 튜브를 포함하고, 각 튜브는 상기 매니폴드와 유체 연결되는 튜브 출구를 가지며, 이것은 상기 다수의 튜브 출구의 각각으로부터 유체 스트림을 수용하고, 상기 매니폴드가 다수의 유체 스트림을 하나의 유체 스트림으로 합해서, 이 하나의 유체 스트림을 상기 반응 엔클로저 출구로 보내는 것을 특징으로 하는 반응기.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 반응 엔클로저 입구 또는 반응 엔클로저 출구와 유체 연결된 반응 공간 및 상기 반응 엔클로저의 적어도 2개의 반응 튜브로부터 냉매를 분리하기 위한 반응기 디바이더를 포함하며, 이로써 상기 반응 엔클로저의 입구 매니폴드 또는 출구 매니폴드를 한정하는 것을 특징으로 하는 반응기.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 매니폴드는 적어도 2개의 실질적으로 원통형의 매니폴드 챔버를 포함하며, 각 매니폴드 챔버는 하나의 반응 엔클로저의 반응 튜브와 유체 연결되고, 상기 2개의 매니폴드 챔버는 서로 직접 유체 연결되지 않으며, 상기 2개의 원통형 매니폴드 챔버는 실질적으로 동심 모양으로 위치되는 것을 특징으로 하는 반응기.
  7. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 매니폴드는 적어도 2개의 매니폴드 챔버를 포함하며, 각 매니폴드 챔버는 각진 원통 섹터 모양을 갖고, 각 매니폴드 챔버는 서로 직접 유체 연결되지 않은 상태에서 하나의 반응 엔클로저의 반응 튜브와 유체 연결되며, 상기 적어도 2개의 매니폴드 챔버는 함께 원통형 모양을 한정하는 것을 특징으로 하는 반응기.
  8. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 유체 연결 수단을 더 포함하며, 상기 유체 연결 수단은 상기 반응기 외피의 경계면 벽 및 입구 매니폴드 또는 출구 매니폴드와 연결되고, 상기 유체 연결 수단은 U자 튜브 또는 각진 튜브와 같은 디자인에 의해 열 수축 및 팽창을 허용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반응기.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 증기 드럼 입구 및 증기 드럼 출구를 가진 증기 드럼을 더 포함하며, 상기 증기 드럼 입구는 라이저 튜브에 의해 상기 냉매 출구와 유체 연통되고, 상기 증기 드럼 출구는 다운커머 튜브에 의해 상기 냉매 입구와 유체 연통되고, 상기 증기 드럼은 상기 냉매 엔클로저 위에 위치되는 것을 특징으로 하는 반응기.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 반응기를 포함하는 반응기 구역으로서, 상기 반응기는 제1 반응 엔클로저 및 제2 반응 엔클로저를 가지며, 상기 반응기 구역은 냉각장치 및 입구, 가스 출구 및 액체 출구를 가진 가스/액체 분리장치를 더 포함하고, 상기 반응기 구역은 a) 냉각장치 입구가 제1 반응 엔클로저 출구와 유체 연통되고, b) 냉각장치 출구가 분리장치 입구와 유체 연통되고, c) 분리장치 가스 출구가 제2 반응 엔클로저 입구와 유체 연통되도록 구성되는 반응기 구역.
  11. 다수 반응 엔클로저 유사-등온 반응기에서 합성 천연가스의 제조를 위한 방법으로서, 상기 방법은
    a) 제1 메탄화 반응 엔클로저 내부의 메탄화에서 촉매 활성인 제1 재료와 접촉하도록 합성 가스를 보내는 단계,
    b) 상기 제1 메탄화 반응 엔클로저로부터 메탄과 물로 부화된 제1 가스를 회수하는 단계,
    c) 메탄으로 부화된 상기 제1 가스를 냉각시켜 가스/액체 분리장치로 그것을 보내는 단계,
    d) 상기 분리장치로부터 응축물과 메탄 부화 가스를 회수하는 단계,
    e) 제2 메탄화 반응 엔클로저 내부의 메탄화에서 촉매 활성인 제2 재료와 접촉하도록 상기 메탄 부화 가스를 보내는 단계, 및
    f) 상기 제2 메탄화 반응 엔클로저로부터 합성 천연가스를 회수하는 단계
    를 포함하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 다수 반응 엔클로저 유사-등온 반응기는 수성 가스 이동 반응에서 촉매 활성인 재료를 함유하는 이동 반응 엔클로저를 더 포함하며, 상기 방법은 단계 a) 전에 CO 및 H2O로 부화된 합성 가스를 상기 이동 반응 엔클로저로 보내서 상기 제1 메탄화 반응 엔클로저로 공급될 합성 가스를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 메탄과 물로 부화된 상기 제1 가스의 양은 상기 제1 메탄화 반응 엔클로저로의 공급물로서 상기 합성 가스와 조합되거나, 또는 CO 부화 합성 가스와 조합되어 상기 이동 반응 엔클로저에 CO 및 H2O로 부화된 상기 합성 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 다수 반응 엔클로저 유사-등온 반응기에서 메탄올의 제조를 위한 방법으로서, 상기 방법은
    a) 제1 반응 엔클로저 내부의 메탄올 합성에서 촉매 활성인 제1 재료와 접촉하도록 합성 가스를 보내는 단계,
    b) 상기 제1 반응 엔클로저로부터 메탄올로 부화된 제1 가스를 회수하는 단계,
    c) 메탄올로 부화된 상기 제1 가스를 냉각시켜 가스/액체 분리장치로 그것을 보내는 단계,
    d) 상기 분리장치로부터 응축물과 중간 공정 가스를 회수하는 단계,
    e) 제2 반응 엔클로저 내부의 메탄올 합성에서 촉매 활성인 제2 재료와 접촉하도록 상기 중간 공정 가스를 보내는 단계, 및
    f) 상기 제2 반응 엔클로저로부터 메탄올로 부화된 제2 생성물 가스를 회수하는 단계
    를 포함하는 방법.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법이 상기 다른 반응 엔클로저의 상류에서 상기 합성 가스로부터 황을 회수하기 위해 탈황에 활성인 재료를 포함하는 황 감시 반응 엔클로저를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 천연가스의 제조 또는 메탄올의 제조를 위한 방법.
  16. 다수 반응 엔클로저 유사-등온 반응기에서 포름알데하이드의 제조를 위한 방법으로서, 상기 방법은
    a) 제1 반응 엔클로저 내부의 포름알데하이드 합성에서 촉매 활성인 제1 재료와 접촉하도록 메탄올과 산소를 포함하는 공급물 가스를 보내는 단계,
    b) 상기 제1 반응 엔클로저로부터 포름알데하이드로 부화된 제1 생성물 가스를 회수하는 단계,
    c) 상기 포름알데하이드로 부화된 생성물을 메탄올을 포함하는 추가 공급물과 조합하여 중간 공정 가스를 형성하는 단계,
    d) 상기 제2 반응 엔클로저 내부의 포름알데하이드 합성에 촉매 활성인 제2 재료와 접촉하도록 상기 중간 공정 가스를 보내는 단계, 및
    e) 상기 제2 반응 엔클로저로부터 포름알데하이드로 부화된 제2 생성물 가스를 회수하는 단계
    를 포함하는 방법.
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