KR20170114143A - Facilities and methods for synthesizing hydrocarbon from synthesis gas comprising carbonmonoxide and hygrogen - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원료 합성가스 중에 포함된 일산화탄소와 수소의 몰비를 조절하되, 상기 몰비는 합성가스를 2개의 스트림으로 분리하되, 하나의 스트림은 수성가스화 반응에 의해 합성가스 중의 일산화탄소를 수소로 전환하거나 또는 합성가스 중에 포함된 수소를 분리하고, 다른 하나의 스트림은 바이패스한 후 혼합하는 합성가스 성분 조절 단계, 상기 몰비가 조절된 합성가스를 촉매 존재 하에서 반응시켜 메탄; 메탄올; 또는 디젤 및 왁스의 혼합물의 탄화수소를 합성하는 탄화수소 합성 단계, 상기 탄화수소 합성단계에서 합성된 탄화수소의 종류에 따라 2차 메탄합성 반응단계, 디메틸에테르(DME) 합성 반응단계를 거친 후 반응생성물로부터 수분을 분리하거나 또는 상기 합성된 탄화수소를 바이패스한 후 수분을 분리제거하여 탄화수소를 회수하되, 상기 합성된 탄화수소가 메탄인 경우 2차 메탄 합성 반응단계로, 상기 합성된 탄화수소가 메탄올인 경우 DME 합성 반응단계로, 상기 합성된 탄화수소가 디젤 및 왁스의 혼합물인 경우 바이패스하는 것인 탄화수소 회수 단계를 포함하는 합성가스로부터 다종의 탄화수소를 선택적으로 합성하는 탄화수소 합성 방법 및 상기 방법을 수행하기에 적합한 장치를 제공한다.The present invention relates to a process for regulating the molar ratio of carbon monoxide and hydrogen contained in a feedstock synthesis gas, wherein the molar ratio is such that the synthesis gas is separated into two streams, one of which converts carbon monoxide in the synthesis gas to hydrogen by an aqueous gasification reaction, A synthesis gas component control step of separating the hydrogen contained in the synthesis gas and the other one by bypassing and then mixing the synthesis gas with methane; Methanol; Or a mixture of diesel and wax, a step of synthesizing a hydrocarbon, a step of synthesizing a second methane and a step of synthesizing dimethyl ether (DME) according to the kind of hydrocarbon synthesized in the hydrocarbon synthesis step, And separating or removing the water after the synthesis of the hydrocarbon is bypassed to recover the hydrocarbon. When the synthesized hydrocarbon is methane, the reaction proceeds to the secondary methane synthesis reaction step. When the synthesized hydrocarbon is methanol, the DME synthesis reaction step , Wherein the hydrocarbon is bypassed when the synthesized hydrocarbon is a mixture of diesel and wax, and an apparatus suitable for performing the method is provided do.

Figure P1020160041431
Figure P1020160041431

Description

일산화탄소와 수소를 포함하는 합성가스로부터 이종의 탄화수소화합물을 선택적으로 제조하는 탄화수소 제조 장치 및 방법{FACILITIES AND METHODS FOR SYNTHESIZING HYDROCARBON FROM SYNTHESIS GAS COMPRISING CARBONMONOXIDE AND HYGROGEN}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a hydrocarbon production apparatus and method for selectively producing a heterogeneous hydrocarbon compound from a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen. BACKGROUND ART [0002]

본 발명은 하나의 공정으로 운전변수와 촉매를 변경함으로써 여러 종류의 탄화수소를 생산할 수 있는 설비 및 제조방법을 제공하고자 한다.
The present invention provides an apparatus and a method for producing various types of hydrocarbons by changing operating parameters and catalysts in one process.

일산화탄소와 수소를 이용하여 탄화수소화합물을 제조하는 방법으로는 얻어지는 탄화수소의 종류에 따라 3가지 방법이 주로 사용되고 있다. 이에 대하여는 도 1 내지 도 3에 나타내었다.
As a method for producing a hydrocarbon compound using carbon monoxide and hydrogen, three methods are mainly used depending on the type of hydrocarbon to be obtained. This is shown in FIG. 1 to FIG.

도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 합성천연가스를 이용하여 메탄을 합성하는 메탄합성 공정을 들 수 있고, 도 2에 나타낸 바와 같이, 합성천연가스로 메탄올 및 디메틸에테르를 합성한 후 휘발유를 생산하는 휘발유 합성 공정을 들 수 있으며, 나아가, 도 3에 나타낸 바와 같이 피셔-트롭슈 반응을 이용하여 디젤 또는 왁스를 생산하는 공정을 들 수 있다.
As can be seen from Fig. 1, there is a methane synthesis process for synthesizing methane using synthetic natural gas. As shown in Fig. 2, a synthesis gas is produced by synthesizing methanol and dimethyl ether with synthetic natural gas And a process for producing diesel or wax using a Fischer-Tropsch reaction as shown in FIG. 3.

이와 같은 세 가지 합성공정은 일산화탄소와 수소를 결합하여 탄화수소를 생성하는 점에서 공통되며, 이를 일반적인 반응식으로 나타내면 다음 식 (1)과 같다. These three synthesis processes are common in that carbon monoxide and hydrogen are combined to produce hydrocarbons, which can be represented by the general equation (1).

nCO + nH2 → CnH2n +2 + nH2O (1)
nCO + nH 2 → C n H 2n +2 + nH 2 O (1)

먼저, 도 1에 나타낸 메탄합성공정은 일산화탄소와 수소로 구성된 합성가스를 약 1:3의 비율로 혼합한 후 니켈 기반의 촉매를 포함하는 수성 가스화 반응기 하에서 약 250℃로 유지하면 메탄합성 반응이 일어난다. 이를 반응식으로 나타내면 아래 식 (2)와 같다. First, the methane synthesis process shown in FIG. 1 is carried out by mixing a synthesis gas composed of carbon monoxide and hydrogen at a ratio of about 1: 3, and then maintaining the reactor at about 250 ° C. in an aqueous gasification reactor containing a nickel-based catalyst . The equation (2) is shown below.

CO + 3H2 → CH4 + H2O (2)
CO + 3H 2 - > CH 4 + H 2 O (2)

이에 의해 합성된 메탄은 1Nm3당 9,500Kcal의 발열량을 보이며, 천연가스의 대체 연료로 사용할 수 있다.
The methane thus synthesized has a calorific value of 9,500 Kcal per 1 Nm 3 and can be used as an alternative fuel for natural gas.

다음으로, 도 2에 나타낸 휘발유 합성공정은 일차적으로 아래 식 (3)에 나타낸 바와 같이 일산화탄소와 수소의 비를 1:2로 조정하여 메탄올을 합성하고, 이어서 식 (4)에 나타낸 바와 같이 상기 합성된 두 개의 메탄올 분자를 1개의 디메틸에테르로 합성한 후, 식 (5)에 나타낸 바와 같이 디메틸 에테르에서 추가로 수분을 분리함으로써 휘발유를 합성할 수 있다. Next, in the gasoline synthesis step shown in Fig. 2, methanol is first synthesized by adjusting the ratio of carbon monoxide and hydrogen to 1: 2 as shown in the following formula (3), and then, After synthesizing the two methanol molecules as one dimethyl ether, the gasoline can be synthesized by further separating the water from the dimethyl ether as shown in the formula (5).

CO + 2H2 → CH3OH (3)CO + 2H 2 - > CH 3 OH (3)

2CH3OH → CH3OCH3 + H2O (4)2CH 3 OH - > CH 3 OCH 3 + H 2 O (4)

nCH3OCH3 → CnH2n +2 +nH2O (5)
nCH 3 OCH 3 C n H 2n + 2 + nH 2 O (5)

이에 의해 얻어진 합성 휘발유는 석유를 정제하여 생산되는 휘발유를 대체하여 자동차 연료 등의 에너지원으로 활용될 수 있으며, 1Kg당 발열량은 휘발유와 거의 동일하다.
The synthetic gasoline thus obtained can be used as an energy source for an automobile fuel instead of gasoline produced by refining petroleum. The calorific value per kilogram is almost the same as that of gasoline.

마지막으로, 도 3에 나타낸 피셔-트롭슈(Fisher-Tropsch) 반응을 이용하는 디젤 및 왁스의 생산공정은, 아래 식 (6)에 나타낸 바와 같이, 일산화탄소와 수소를 약 1:2의 비율로 혼합한 후 철 또는 코발트 촉매 하에서 약 200~220℃로 가열함으로써, 비교적 단순한 공정으로 특정한 탄화수소의 분포를 갖는 피셔-트롭슈 액(Fisher-Tropsch Liquid)을 생산할 수 있다.Finally, the production process of diesel and wax using the Fischer-Tropsch reaction shown in FIG. 3 is a process in which carbon monoxide and hydrogen are mixed at a ratio of about 1: 2 as shown in the following formula (6) By heating to about 200 to 220 캜 under a post-iron or cobalt catalyst, a Fisher-Tropsch Liquid having a specific hydrocarbon distribution can be produced by a relatively simple process.

nCO + nH2 → CnH2n + nH2O (6)
nCO + nH 2 → C n H 2n + nH 2 O (6)

이와 같은 피셔-트롭슈 반응에 의해 탄소수가 1인 메탄에서부터 탄소수 20 이상의 왁스까지 다양한 탄화수소를 생산할 수 있다. 이때, 촉매의 특성에 따라 디젤이 생산될 수 있으며, 이는 운전조건과 촉매의 선택으로 조절이 가능하다.
By the Fischer-Tropsch reaction, various hydrocarbons can be produced from methane having a carbon number of 1 to wax having a carbon number of 20 or more. At this time, diesel can be produced according to the characteristics of the catalyst, which can be controlled by operating conditions and catalyst selection.

이와 같이, 종래의 방법에 의해서는 상기한 바와 같이 탄화수소 생산 설비가 구축되면 단일한 품목의 탄화수소를 생산할 수밖에 없다.
As described above, according to the conventional method, if the hydrocarbon production facility is constructed as described above, a single item of hydrocarbons can not be produced.

앞서 설명한 바와 같이, 종래에는 일산화탄소와 수소로 구성된 합성가스를 이용하여 탄화수소를 제조함에 있어서, 단일 생산물을 목적으로 특정한 공정을 적용하였다.
As described above, conventionally, in the production of hydrocarbons using a synthesis gas composed of carbon monoxide and hydrogen, specific processes have been applied for the purpose of producing a single product.

일반적으로 플랜트는 수십 년의 운전을 목적으로 하고 있으나, 탄화수소, 특히 채굴에 의존하는 석유 등의 화석연료류의 경우에는 시장상황과 가격변동에 따라 플랜트의 가동율이 매우 유동적이다. 특히, 이러한 가격변동은 정확한 수요, 공급의 예측보다 국제정세, 인위적인 가격통제에 따라 변하는 경우가 더 많기 때문에 수십 년의 운전을 계획한 플랜트가 사업성이 급격히 하락함에 따라 운전을 중단하고 폐쇄하는 경우가 많다.
In general, plants are intended for decades of operation, but in the case of fossil fuels such as hydrocarbons, especially petroleum, which depend on mining, plant availability is highly variable depending on market conditions and price fluctuations. In particular, such price fluctuations are more likely to be due to international conditions and artificial price controls than to exact demand and supply forecasts, so plants that have been planned for decades of operation will be shut down and shut down many.

이럴 경우 사업성이 다시 상승하여 중단되었던 설비를 재차 운전한다고 하더라도, 설비의 재운전에 많은 시간적 및 경제적 부담을 초래하며, 이로 인해, 설비 가동에 많은 비용이 요구됨은 물론, 설비 재가동에 많은 준비기간을 또한 요구하여 변동된 상황에 대한 대응 또한 늦을 수밖에 없다.
In this case, even if the facility is restarted due to a rise in business performance, the plant is re-operated, it causes a lot of time and economic burden before the facility is laid down. Thus, a large cost is required for operation of the facility, It is too late to respond to the changing situation.

이에, 본 발명은 하나의 공정을 통하여 다양한 탄화수소를 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하며, 이로 인해, 시장변화에 따라 당시 시점에서 가장 큰 부가가치가 있는 탄화수소를 생산하여 설비의 가동률과 가치를 높이는 데 있다.
Accordingly, the present invention provides a method for producing various hydrocarbons through a single process, thereby increasing the operating rate and value of the equipment by producing hydrocarbons having the greatest added value at the time according to market changes have.

또한, 본 발명은 하나의 공정으로 운전변수와 촉매를 달리하여 여러 종류의 탄화수소를 생산할 수 있는 다종 탄화수소 합성공정을 제공하고자 한다. The present invention also provides a multi-hydrocarbon synthesis process capable of producing various kinds of hydrocarbons by varying the operating parameters and catalyst in one process.

본 발명은 탄화수소를 선택적으로 합성할 수 있는 탄화수소 합성 설비를 제공하고자 하는 것으로서, 본 발명의 일 구현예에 따른 탄화수소 합성 설비는, 공급되는 원료 합성가스에 포함된 일산화탄소와 수소의 성분비를 조절하는 합성가스 성분 조절 수단, 상기 합성가스 성분 조절 수단에서 성분 조절된 합성가스를 반응시켜 탄화수소를 합성하여 탄화수소 함유 합성가스를 얻는 탄화수소 합성 수단 및 상기 탄화수소 합성 수단에서 얻어진 탄화수소 함유 합성가스를 후처리하여 얻고자 하는 최종 목적물을 분리 회수하는 목적 생성물 회수 수단을 포함하되,The present invention provides a hydrocarbon synthesis plant capable of selectively synthesizing hydrocarbons. The hydrocarbon synthesis plant according to an embodiment of the present invention is a synthesis system for synthesizing hydrocarbons by selectively synthesizing hydrocarbons by synthesizing carbon monoxide and hydrogen A hydrocarbon synthesis means for synthesizing hydrocarbons by reacting the synthesis gas controlled by the component in the synthesis gas component regulating means to obtain a hydrocarbon-containing synthesis gas, and a hydrocarbon synthesis gas regeneration means for regenerating the hydrocarbon- And a target product recovery means for separating and recovering the final target product,

상기 합성가스 성분 조절 수단은 상기 공급되는 원료 합성가스 중에 포함된 일산화탄소를 수소로 전환하는 수성가스화 반응이 수행하는 수성가스화기, 상기 원료 합성가스 중에 포함된 수소를 분리하여 제거하는 수소 분리설비 및 상기 합성가스에 포함된 일산화탄소 및 수소의 몰비에 따라 상기 합성가스의 일부를 바이패스하는 혼합가스 바이패스 라인 중 적어도 2 이상을 포함하고, The synthesis gas component control means includes an aqueous gasifier for performing an aqueous gasification reaction for converting carbon monoxide contained in the supplied raw material synthesis gas into hydrogen, a hydrogen separation facility for separating and removing the hydrogen contained in the raw synthesis gas, And a mixed gas bypass line for bypassing a part of the syngas in accordance with a molar ratio of carbon monoxide and hydrogen contained in the syngas,

상기 탄화수소 합성 수단은, 상기 합성가스 성분 조절 수단으로부터 배출된 성분 조절된 합성가스가 공급되며, 상기 성분 조절된 합성가스로부터 메탄, 메탄올 또는 디젤 및 왁스의 탄화수소를 합성하여 탄화수소 함유 합성가스를 얻는 탄화수소 합성 반응기와, 상기 탄화수소 함유 합성가스가 공급되되, 메탄을 포함하는 탄화수소 함유 합성가스로부터 메탄을 합성하는 메탄 합성 반응기, 메탄올을 포함하는 탄화수소 함유 합성가스로부터 디메틸에테르를 합성하는 DME 합성 반응기, 및 상기 디젤 및 왁스를 포함하는 탄화수소 함유 합성가스를 바이패스하는 탄화수소 바이패스 라인 중 2 이상의 장치를 포함하며,The hydrocarbon synthesis means is supplied with the component-regulated synthesis gas discharged from the synthesis gas component regulating means, and hydrocarbons which synthesize hydrocarbons of methane, methanol or diesel and wax from the component-regulated synthesis gas to obtain a hydrocarbon- A DME synthesis reactor for synthesizing dimethyl ether from a hydrocarbon-containing synthesis gas containing methanol, and a DME synthesis reactor for synthesizing methane from a hydrocarbon-containing synthesis gas containing methane, Comprising two or more of the hydrocarbon bypass lines bypassing the hydrocarbon containing synthesis gas comprising diesel and wax,

상기 목적 생성물 회수 수단은, 상기 메탄 합성 반응기, DME 합성 반응기 또는 탄화수소 바이패스 라인으로부터 배출되는 생성물 스트림으로부터 수분을 분리제거하고, 탄화수소로서 메탄; DME; 또는 디젤 및 왁스를 배출하는 수분 분리기를 포함하여, 합성가스로부터 다종의 탄화수소를 선택적으로 합성할 수 있다.The objective product recovery means separates and removes water from the product stream discharged from the methane synthesis reactor, the DME synthesis reactor, or the hydrocarbon bypass line, and recycles methane as the hydrocarbon; DME; Or a water separator for discharging diesel and wax, so that a variety of hydrocarbons can be selectively synthesized from the syngas.

상기 수성가스화기, 수소 분리설비 및 바이패스라인을 통과한 합성가스가 공급되어 혼합되며, 소정의 일산화탄소와 수소의 몰비를 갖는 성분 조절된 합성가스를 배출하는 합성가스 혼합조를 더 포함할 수 있다.The synthesis gas mixing unit may further include a synthesis gas mixing unit that mixes the synthesis gas passed through the water gasifier, the hydrogen separation unit, and the bypass line, and discharges a component-controlled synthesis gas having a predetermined molar ratio of carbon monoxide and hydrogen .

상기 수소 분리장치는 압력변환흡착기 또는 분리막일 수 있다.The hydrogen separation device may be a pressure conversion adsorber or a separation membrane.

상기 탄화수소 합성 반응기로 공급되는 성분 조절된 합성가스의 온도를 승온 또는 냉각하는 열교환기를 더 포함할 수 있다.And a heat exchanger for raising or lowering the temperature of the component-controlled synthesis gas supplied to the hydrocarbon synthesis reactor.

상기 수분 분리기에서 배출된 DME로부터 식 (5)의 반응에 의해 휘발유를 합성하는 휘발유 합성 반응기 및 상기 휘발유 합성 반응기에서 생성된 반응 생성물로부터 부산물인 수분을 제거하고 휘발유를 배출하는 제2 수분 분리기를 포함할 수 있다.A gasoline synthesis reactor for synthesizing gasoline by the reaction of the equation (5) from the DME discharged from the water separator, and a second moisture separator for removing moisture as a by-product from the reaction product generated in the gasoline synthesis reactor and discharging gasoline can do.

nCH3OCH3 → CnH2n +2 +nH2O (5)nCH 3 OCH 3 C n H 2n + 2 + nH 2 O (5)

상기 수분 분리기로부터 배출된 디젤 및 왁스를 포함하는 탄화수소를 수소와 반응하여 디젤 또는 왁스를 소정 길이로 크래킹하는 수소화 처리가 수행되는 수소화 반응기 및 상기 수소화 반응기에서 배출된 디젤 및 왁스를 분별 증류하여 디젤 및 왁스를 각각 분리하여 회수하고, 나프타를 포함하는 잔류 탄화수소를 상기 탄화수소 합성 반응기로 배출하는 분별 증류기를 포함할 수 있다.A hydrogenation reactor in which hydrocarbons discharged from the water separator react with hydrocarbons containing hydrogen and wax to crack the diesel or wax to a predetermined length and a diesel and wax discharged from the hydrogenation reactor are fractionally distilled, And a fractionation distiller for separating and recovering the waxes and discharging the remaining hydrocarbons including naphtha to the hydrocarbon synthesis reactor.

상기 수소화 반응기는 상기 수소분리설비와 연결되며, 상기 수소분리설비에서 분리된 수소가 상기 수소화 반응기로 공급된다.The hydrogenation reactor is connected to the hydrogen separation facility, and the hydrogen separated from the hydrogen separation facility is supplied to the hydrogenation reactor.

상기 분별 증류기는 상기 탄화수소 합성 반응기에 연결되며, 상기 분별 증류기에서 배출되는 나프타를 포함하는 잔류 탄화수소가 상기 탄화수소 합성반응기로 공급될 수 있다.The fractionation distillation unit is connected to the hydrocarbon synthesis reactor, and residual hydrocarbon including naphtha discharged from the fractionation unit may be supplied to the hydrocarbon synthesis reactor.

상기 탄화수소 합성 반응기는 반응기 상부에서 합성가스가 주입되어 반응기 하부를 통해 탄화수소 함유 합성가스가 배출되는 합성가스 스트림의 이동방향에 대하여 수직한 방향으로 촉매가 담지된 촉매층을 2 이상 포함하는 고정층 반응기인 것이 바람직하다.The hydrocarbon synthesis reactor is a fixed bed reactor in which two or more catalyst layers are supported on the catalyst in a direction perpendicular to the moving direction of a syngas stream in which a synthesis gas is injected in the upper portion of the reactor and a hydrocarbon- desirable.

상기 탄화수소 합성 반응기는 각 촉매층마다 촉매층과 평행한 방향으로 설치된 열교환 배관을 포함하며, 상기 열교환 배관을 통해 열교환 매체가 이송될 수 있다.The hydrocarbon synthesis reactor may include a heat exchange pipe disposed in a direction parallel to the catalyst layer for each catalyst layer, and the heat exchange medium may be transferred through the heat exchange pipe.

상기 촉매층은 메탄 합성을 위한 니켈 촉매, 메탄올 합성을 위한 구리 및 ZnO 함유 촉매 또는 디젤 및 왁스 합성을 위한 철 또는 코발트 촉매일 수 있다.
The catalyst layer may be a nickel catalyst for methane synthesis, a copper and ZnO containing catalyst for methanol synthesis, or an iron or cobalt catalyst for diesel and wax synthesis.

본 발명은 또한 합성가스로부터 다종의 탄화수소를 선택적으로 합성하는 탄화수소 합성방법을 제공하며, 본 발명의 일 구현예에 따른 탄화수소 합성방법은 원료 합성가스 중에 포함된 일산화탄소와 수소의 몰비를 조절하되, 상기 몰비는 합성가스를 2개의 스트림으로 분리하되, 하나의 스트림은 수성가스화 반응에 의해 합성가스 중의 일산화탄소를 수소로 전환하거나, 또는 합성가스 중에 포함된 수소를 분리하고, 다른 하나의 스트림은 바이패스한 후 혼합하는 합성가스 성분 조절 단계, 상기 몰비가 조절된 합성가스를 촉매 존재 하에서 반응시켜 메탄; 메탄올; 또는 디젤 및 왁스의 혼합물의 탄화수소를 합성하는 탄화수소 합성 단계, 상기 탄화수소 합성단계에서 합성된 탄화수소의 종류에 따라 2차 메탄합성 반응단계, 디메틸에테르(DME) 합성 반응단계를 거친 후 반응생성물로부터 수분을 분리하거나 또는 상기 합성된 탄화수소를 바이패스한 후 수분을 분리 제거하여 탄화수소를 회수하되, 상기 합성된 탄화수소가 메탄인 경우 2차 메탄 합성 반응단계로 이송하고, 상기 합성된 탄화수소가 메탄올인 경우 DME 합성 반응단계로 이송하며, 그리고, 상기 합성된 탄화수소가 디젤 및 왁스의 혼합물인 경우 바이패스하는 것인 탄화수소 회수 단계를 포함한다.The present invention also provides a hydrocarbon synthesis method for selectively synthesizing a plurality of hydrocarbons from a synthesis gas. In the hydrocarbon synthesis method according to an embodiment of the present invention, the molar ratio of carbon monoxide and hydrogen contained in the synthesis gas is controlled, The molar ratio is obtained by separating the synthesis gas into two streams, one stream converting carbon monoxide in the synthesis gas to hydrogen by an aqueous gasification reaction, or separating the hydrogen contained in the synthesis gas and bypassing the other stream A synthesis gas component regulating step wherein the synthesis gas having the controlled molar ratio is reacted in the presence of a catalyst to produce methane; Methanol; Or a mixture of diesel and wax, a step of synthesizing a hydrocarbon, a step of synthesizing a second methane and a step of synthesizing dimethyl ether (DME) according to the kind of hydrocarbon synthesized in the hydrocarbon synthesis step, And separating or removing the water after the synthesis of the hydrocarbon is bypassed to recover the hydrocarbon. When the synthesized hydrocarbon is methane, it is transferred to the secondary methane synthesis reaction step. When the synthesized hydrocarbon is methanol, DME synthesis To the reaction step, and bypassing if the synthesized hydrocarbon is a mixture of diesel and wax.

상기 합성가스 성분 조절단계에서 조절된 합성가스의 CO:H2 몰비는 탄화수소 합성 단계에서 얻어지는 탄화수소가 메탄인 경우 1:2.5 내지 1:3.5이고, 메탄올인 경우 1:1.8 내지 2.5이며, 디젤 및 왁스의 혼합물인 경우 1:5 내지 2인 것이 바람직하다. The CO: H 2 molar ratio of the syngas adjusted in the synthesis gas component control step is 1: 2.5 to 1: 3.5 when the hydrocarbon obtained in the step of synthesizing the hydrocarbon is methane, 1: 1.8 to 2.5 when the hydrocarbon is methanol, It is preferably 1: 5 to 2.

상기 촉매는 메탄 합성을 위한 니켈 촉매, 메탄올 합성을 위한 구리 및 ZnO 함유 촉매 또는 디젤 및 왁스 합성을 위한 철 또는 코발트 촉매를 사용할 수 있다. The catalyst may be a nickel catalyst for methane synthesis, a copper and ZnO containing catalyst for methanol synthesis, or an iron or cobalt catalyst for diesel and wax synthesis.

상기 수소의 분리는 압력변환흡착 또는 분리막 분리에 의해 수행할 수 있다.The hydrogen may be separated by pressure conversion adsorption or membrane separation.

상기 몰비가 조절된 합성가스의 온도를 열교환에 의해 상승 또는 냉각시키는 열교환 단계를 더 포함할 수 있다.And a heat exchange step of raising or lowering the temperature of the syngas whose molar ratio is controlled by heat exchange.

상기 열교환은 상기 탄화수소 합성단계에서 얻어지는 탄화수소가 메탄, 또는 메탄올인 경우 상기 몰비가 조절된 합성가스를 250 내지 300℃ 범위로 되도록 열교환 단계를 수행하고, 디젤 및 왁스의 혼합물인 경우에는 200 내지 210℃의 범위로 되도록 열교환 단계를 수행하는 것이 바람직하다.When the hydrocarbon obtained in the hydrocarbon synthesis step is methane or methanol, the heat exchange step is performed so that the molar ratio of the synthesis gas is controlled to be in the range of 250 to 300 ° C. When the mixture is a mixture of diesel and wax, The heat exchange step is preferably performed.

상기 탄화수소 회수단계에서 회수된 DME를 식 (5)의 반응에 의해 휘발유를 합성하는 휘발유 합성 단계, 및 상기 생성된 반응 생성물로부터 부산물인 수분을 제거하고 휘발유를 배출하는 휘발유 회수 단계를 더 포함할 수 있다.A gasoline synthesis step of synthesizing the gasoline by the reaction of the DME recovered in the hydrocarbon recovery step and the gasoline recovery step of removing moisture as a byproduct from the produced reaction product and discharging gasoline, have.

nCH3OCH3 → CnH2n +2 +nH2O (5)nCH 3 OCH 3 C n H 2n + 2 + nH 2 O (5)

상기 디젤 및 왁스의 혼합물을 수소와 반응시켜 디젤 및 왁스를 소정 길이의 탄화수소로 크래킹하는 수소화 공정을 수행하는 수소화 반응단계 및 수소화 공정이 수행된 디젤 및 왁스의 혼합물을 분별 증류하여 디젤 및 왁스를 각각 분리하여 회수하는 디젤 및 왁스 회수 단계를 더 포함할 수 있다.A hydrogenation step of reacting the mixture of diesel and wax with hydrogen to perform a hydrogenation process of cracking the diesel and wax with hydrocarbons of a predetermined length, and a step of subjecting the mixture of diesel and wax subjected to the hydrogenation process to fractional distillation to obtain diesel and wax And recovering the separated diesel and wax.

상기 수소화 반응단계의 수소는 합성가스 성분 조절단계에서 합성가스로부터 분리된 수소를 사용할 수 있다.The hydrogen in the hydrogenation step may be hydrogen separated from the synthesis gas in the synthesis gas component control step.

상기 분별 증류 후에 잔존하는 나프타를 포함하는 잔류 탄화수소를 배출하여 상기 탄화수소 합성단계의 합성가스로 재사용할 수 있다.Residual hydrocarbons including naphtha remaining after the fractional distillation can be discharged and reused as syngas in the hydrocarbon synthesis step.

상기 탄화수소 합성 단계에서 탄화수소 합성 반응 중 촉매에 냉각 또는 가열 매체를 공급하여 촉매와 냉각 또는 가열 매체와의 열교환을 통해 촉매의 활성을 유지하는 것이 바람직하다.
In the hydrocarbon synthesis step, it is preferable to cool or heat the catalyst during the hydrocarbon synthesis reaction to maintain the activity of the catalyst through heat exchange between the catalyst and the cooling or heating medium.

본 발명을 통하여 합성가스로 다양한 탄화수소 생산품을 제조할 수 있다. 더불어 원료인 합성가스의 조성의 변화에 대응할 수 있도록 함으로써 생산 플랜트의 활용도를 높이고, 경제성을 높일 수 있다.
Various hydrocarbon products can be produced from the synthesis gas through the present invention. In addition, it is possible to cope with changes in the composition of the raw material synthesis gas, thereby increasing the utilization of the production plant and improving the economical efficiency.

또한, 본 발명은 시장현황에 대응하여 가격이 높은 탄화수소를 운전변수만을 조절하여 하나의 설비구성으로 다양한 탄화수소 화합물을 생산할 수 있도록 함으로써 집중적으로 생산할 수 있다.
In addition, the present invention can intensively produce high-cost hydrocarbons in response to market conditions by controlling various operating parameters to produce various hydrocarbon compounds in one facility.

도 1은 종래의 메탄합성 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 휘발류 합성 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 종래의 디젤 및 왁스 합성 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 다종의 탄화수소 화합물을 제조하는 공정이다.
도 5는 다종의 탄화수소를 합성하는 탄화수소 합성 반응기를 개략적으로 나타낸 도면이다.
1 is a schematic view of a conventional methane synthesis process.
2 is a schematic view of a conventional volatilization process.
3 is a schematic view of a conventional diesel and wax synthesis process.
4 is a process for producing various kinds of hydrocarbon compounds according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic view of a hydrocarbon synthesis reactor for synthesizing various kinds of hydrocarbons.

일반적으로 메탄, 천연가스, 나프타, 가솔린, 디젤, 왁스 등의 탄화수소 화합물은 국제정세와 시장 상황에 따라 가격이 변동되고, 해당 생산물의 가격이 하락하면 수익성이 급격히 저하된다.
In general, hydrocarbon compounds such as methane, natural gas, naphtha, gasoline, diesel, and wax fluctuate in price depending on international conditions and market conditions, and profitability falls sharply when the price of the product falls.

한편, 현재까지 일산화탄소와 수소로 탄화수소화합물을 생산하는 공정은 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 목적으로 하는 특정 단일 생산물의 합성에만 한정되어 있었다.
On the other hand, as shown in FIGS. 1 to 3, the process for producing hydrocarbon compounds with carbon monoxide and hydrogen has been limited to the synthesis of a specific single product for the purpose.

기존의 탄화수소 제조 장치는 다양한 탄화수소를 제조하기가 어렵다. 따라서 같은 화학성분을 가진 탄화수소라 하더라도 시장에 따라 가격의 변동이 있을 때 생산품을 쉽게 바꾸기 어려워 설비의 운용 이익이 줄거나 경제적 손실을 감수할 수 밖에 없다.
It is difficult to manufacture various hydrocarbons in a conventional hydrocarbon manufacturing apparatus. Therefore, hydrocarbons with the same chemical composition are difficult to change easily when the price fluctuates according to the market, so the operation profit of the facility is reduced or the economic loss is incurred.

본 발명에 있어서 탄화수소 제조는 일산화탄소와 수소를 포함하는 합성가스를 반응시켜 탄화수소를 제조한다. 이때, 상기 합성가스는 수소와 일산화탄소를 포함하는 것이라면 본 발명에서 적합하게 사용할 수 있으나, 예를 들어, 석탄, 석유정제 잔류물, 바이오매스의 가스화에 의하여 발생한 합성가스를 사용할 수 있으며, 천연가스를 개질하여 합성가스로 사용할 수 있다.
In the present invention, the hydrocarbon is produced by reacting carbon monoxide with a synthesis gas containing hydrogen. The synthesis gas may be suitably used in the present invention as long as it contains hydrogen and carbon monoxide. For example, synthetic gas generated by gasification of coal, petroleum refining residues and biomass can be used, It can be used as synthesis gas.

보통 가스화를 통한 합성가스는 이산화탄소와 황화수소 및 질소화합물 등을 포함하나, 이들을 전처리 과정을 통하여 제거한다. 이에 의해 얻어진 합성가스는 통상 일산화탄소와 수소의 비율이 1:1이다. 또, 천연가스의 개질에 의해 얻어진 합성가스는 1:3의 몰비를 갖는다. 따라서, 이러한 합성가스는 얻고자 하는 탄화수소의 종류 및 사용되는 합성가스에 따라 일산화탄소 및 수소의 몰비를 조절할 필요성이 있다.
Syngas through normal gasification includes carbon dioxide, hydrogen sulfide and nitrogen compounds, but they are removed through a pretreatment process. The synthesis gas thus obtained usually has a ratio of carbon monoxide to hydrogen of 1: 1. In addition, the synthesis gas obtained by reforming natural gas has a molar ratio of 1: 3. Therefore, it is necessary to control the molar ratio of carbon monoxide and hydrogen according to the types of hydrocarbons to be obtained and the synthesis gas to be used.

예를 들어, 메탄을 합성함에 있어서는 합성가스는 일산화탄소와 수소의 몰비가 1:2.5 내지 3.5, 특히, 1:3의 비를 갖는 것이 바람직하며, 메탄올, 디메틸에테르 또는 휘발유를 합성함에 있어서는 1:1.8 내지 2.5, 특히, 1:2의 몰비를 갖는 것이 바람직하고, 또한, 디젤 및 왁스를 제조함에 있어서는 1:1.5 내지 2의 몰비를 갖는 것이 바람직하다.
For example, in the synthesis of methane, it is preferable that the synthesis gas has a molar ratio of carbon monoxide to hydrogen of 1: 2.5 to 3.5, especially 1: 3. In the synthesis of methanol, dimethyl ether or gasoline, To 2.5, especially 1: 2, and in the production of diesel and wax, it is preferable to have a molar ratio of 1: 1.5 to 2.

따라서, 본 발명에 있어서 합성가스 중의 수소를 증량하기 위해 일산화탄소를 수소로 전환하는 수성가스화 반응을 수행하거나, 합성가스 중의 수소를 제거하는 수소분리 공정 등의 합성가스 성분조절 단계를 포함할 수 있다.
Therefore, in the present invention, it is possible to carry out an aqueous gasification reaction for converting carbon monoxide to hydrogen to increase hydrogen in the synthesis gas, or a synthesis gas component adjustment step such as a hydrogen separation process for removing hydrogen in the synthesis gas.

도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따르면 주입된 합성가스(1)에 대하여 수성가스화 반응(Water Gas Shift; WGS)을 수행하여 수소를 증량하는 수성가스화기(4)를 포함할 수 있다. 이러한 수성가스화기(4)는 합성가스가 공급되면 합성가스의 주성분인 일산화탄소와 수소의 비율을 조정하기 위한 반응장치로서, 다음과 같은 식 (7)의 반응이 일어난다. As shown in FIG. 4, according to the present invention, an aqueous gasifier 4 for increasing hydrogen by performing a water gas shift (WGS) on the injected syngas 1 may be included. This water gasifier (4) is a reaction device for adjusting the ratio of carbon monoxide and hydrogen, which is the main component of the syngas, when the synthesis gas is supplied, and the reaction of the following formula (7) occurs.

CO + H2O ↔ CO2 + H2 (7)
CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2 (7)

상기 수성가스화 반응은 평형반응으로 온도에 높은 의존성을 보인다. 즉, 수성 가스화 반응은 발열반응이기 때문에 반응이 진행되는 중에 온도가 계속 올라가고, 이에 따라 반응평형상수는 내려가게 되어, 일산화탄소의 전환율은 오히려 낮아진다. 그러므로, 수성 가스화 반응이 지속되는 동안에는 수성가스화기 내의 온도가 일정 온도를 넘지 않도록 유지하여야 반응 효율을 향상시킬 수 있다.
The aqueous gasification reaction shows a high dependence on temperature in an equilibrium reaction. That is, since the water gasification reaction is an exothermic reaction, the temperature continuously increases while the reaction proceeds, and accordingly, the reaction equilibrium constant decreases, so that the conversion rate of carbon monoxide is rather low. Therefore, while the aqueous gasification reaction is continued, the temperature in the water gasifier should be maintained at a constant temperature to improve the reaction efficiency.

수성가스화 반응공정은 크게 저온 수성가스화 반응(Low Temperature Shift; LTS), 고온 수성가스화 반응(High Temperature Shift; HTS) 두 가지로 나누어질 수 있다. 저온 수성가스화 반응은 32~33%의 산화구리촉매를 사용하여 200~250℃에서 반응이 진행된다.
The water gasification process can be roughly classified into low temperature shift (LTS) and high temperature shift (HTS). In the low-temperature aqueous gasification reaction, the reaction proceeds at 200 to 250 ° C using 32 to 33% of copper oxide catalyst.

본 발명에서는 저온 수성가스화 반응을 사용하는데, 이는 대부분의 탄화수소 합성공정이 200~300℃에서 반응이 시작되기 때문에, 저온 수성가스화 반응과 탄화수소 공정 간의 반응온도 차이가 크지 않으며, 따라서 온도조절이 용이한 장점이 있다.
In the present invention, a low temperature aqueous gasification reaction is used because the reaction starts at a temperature of 200 to 300 ° C. in most of the hydrocarbon synthesis processes, so that the reaction temperature difference between the low temperature aqueous gasification reaction and the hydrocarbon process is not large, There are advantages.

일반적으로 수성 가스화 반응은 상기한 바와 같은 범위의 최적 온도 범위로 유지될 때 약 96~98%의 일산화탄소가 수소로 전환된다. 이는 후단의 탄화수소 합성 반응기(8)에서 일산화탄소와 수소의 비율이 상기한 바와 같이 얻고자 하는 탄화수소의 종류에 따라 1:1.5~1:3.5의 범위로 조절되어야 한다. 따라서, 생산하고자 하는 탄화수소의 종류에 따라 주입되는 합성가스의 일부 또는 전부를 수성가스화기(4)를 통과시켜 일산화탄소와 수소의 비를 조절함으로써 상기와 같은 전환율을 얻을 수 있다.
In general, about 96-98% of carbon monoxide is converted to hydrogen when the water gasification reaction is maintained in the optimum temperature range as described above. This means that the ratio of carbon monoxide to hydrogen in the downstream hydrocarbon synthesis reactor 8 should be adjusted in the range of 1: 1.5 to 1: 3.5 depending on the kind of hydrocarbon to be obtained as described above. Therefore, the conversion rate can be obtained by controlling the ratio of carbon monoxide and hydrogen by passing a part or the whole of the synthesis gas injected depending on the type of hydrocarbon to be produced through the water gasifier 4.

따라서 얻고자 하는 탄화수소의 종류에 대한 수성가스화기(4)로 주입되는 합성가스의 양을 아래의 표 1 및 표 2에 나타내었다. 표 1은 석탄 또는 바이오매스의 가스화에 의한 합성가스를 사용하는 경우를 나타내고, 표 2는 천연가스 개질에 의한 합성가스를 사용하는 경우를 나타낸다.
The amounts of synthesis gas injected into the water gasifier (4) for the types of hydrocarbons to be obtained are shown in Tables 1 and 2 below. Table 1 shows the case of using syngas by gasification of coal or biomass, and Table 2 shows the case of using syngas by natural gas reforming.

합성가스의 CO:H2 조성(mol%)Composition of CO: H 2 (mol%) of synthesis gas 생산 탄화수소Production hydrocarbons WGS 바이패스 비율(%)WGS Bypass Ratio (%) 50:5050:50 메탄methane 51.5451.54 DMEDME 51.5451.54 휘발유gasoline 51.5451.54 디젤유Diesel oil 35.0535.05 왁스Wax 34.9034.90

합성가스의 CO:H2 조성(mol%)Composition of CO: H 2 (mol%) of synthesis gas 생산 탄화수소Production hydrocarbons WGS 바이패스 비율(%)WGS Bypass Ratio (%) 25:7525:75 메탄methane 0.10.1 DMEDME 0.10.1 휘발유gasoline 0.10.1 디젤유Diesel oil -- 왁스Wax --

상기 표 1로부터, 석탄 또는 바이오매스의 가스화에 의해 얻어진 합성가스(1)는 일산화탄소와 수소의 비가 대략 1:1로서 수소의 몰비가 탄화수소를 생성하기에는 부족하다. 따라서, 합성가스(1)의 일부는 수성가스화기(4)로 보내어 수성가스화 반응에 의한 일산화탄소의 수소 전환 반응을 수행하고, 합성가스의 다른 일부는 바이패스 라인(3)을 통해 수성가스화기(4)를 바이패스시킨 후, 상기 수성가스화기에 의해 일산화탄소와 수소의 비가 조절된 합성가스와 바이패스된 합성가스를 혼합가스 혼합조(6) 등에서 혼합하여 일산화탄소와 수소의 비가 조절된 합성가스를 얻어 탄화수소 합성 반응기(8)로 공급하는 것이 바람직하다.
From the above Table 1, the syngas 1 obtained by gasification of coal or biomass has a ratio of carbon monoxide to hydrogen of about 1: 1, and the molar ratio of hydrogen is insufficient for generating hydrocarbons. Thus, a portion of the synthesis gas 1 is sent to the water gasifier 4 to effect hydrogen conversion of the carbon monoxide by an aqueous gasification reaction, and another portion of the synthesis gas is passed through the bypass line 3 to an aqueous gasifier 4) is bypassed, and a syngas having a controlled ratio of carbon monoxide and hydrogen is mixed by the above-mentioned water gasifier and a bypassed synthesis gas in a mixed gas mixing tank 6 or the like, It is preferable to supply it to the obtained hydrocarbon synthesis reactor (8).

한편, 상기 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 천연가스 개질에 의한 합성가스를 사용하여 디젤 또는 왁스를 생산할 경우에는 디젤 또는 왁스 생산을 위하여 요구되는 일산화탄소와 수소의 몰비에 비하여 수소가 과량으로 포함되어 있다. 그러므로 이 경우에는 과잉의 수소를 제거하는 것이 바람직하다.
On the other hand, as can be seen from Table 2, when diesel or wax is produced using synthesis gas by natural gas reforming, hydrogen is excessively contained in comparison with the molar ratio of carbon monoxide and hydrogen required for producing diesel or wax have. Therefore, in this case, it is desirable to remove excess hydrogen.

따라서, 본 발명의 일 구현예로서, 상기와 같이 얻고자 하는 탄화수소의 합성을 위하여 적합한 수준보다 과량의 수소를 포함하는 합성가스를 사용하는 경우에 합성가스(1)로부터 수소를 분리하기 위한 수소 분리설비(5)를 포함할 수 있다.
Accordingly, in one embodiment of the present invention, in the case of using a synthesis gas containing an excess amount of hydrogen in excess of a suitable level for the synthesis of hydrocarbons to be obtained as described above, hydrogen separation for separating hydrogen from the synthesis gas (1) And may include a facility 5.

상기 수소 분리설비(5)는 분리막이나 압력변환 흡착기(Pressure Swing Absorber; PSA) 등을 사용할 수 있다. 합성가스로부터 수소를 제거해야 하는 경우에는 상기 수성가스화기(4)를 구동하지 않고, 수소 분리설비(5)를 구동하여 합성가스의 일부 또는 전부를 통과시켜 혼합가스로부터 수소를 제거함으로써 일산화탄소와 수소의 몰비를 조절할 수 있다. 합성가스(1)의 일부만을 수소 분리설비(5)를 통과시키는 경우, 다른 일부의 합성가스는 상기 바이패스라인(3)을 통해 이송한 후, 상기 합성가스 혼합조 등에서 혼합하여 일산화탄소와 수소의 비가 조절된 합성가스를 얻을 수 있으며, 이후 탄화수소 합성 반응기(8)로 공급할 수 있다.
The hydrogen separation equipment 5 may be a separation membrane or a pressure swing absorber (PSA). When hydrogen is to be removed from the syngas, the hydrogen gas separator (5) is driven without driving the water gasifier (4) to partially or totally pass the synthesis gas to remove hydrogen from the mixture gas, Can be controlled. In the case where only a part of the synthesis gas 1 is passed through the hydrogen separation equipment 5, a part of the synthesis gas is transferred through the bypass line 3 and then mixed in the synthesis gas mixing tank or the like to produce carbon monoxide and hydrogen A syngas having a controlled ratio can be obtained and then supplied to the hydrocarbon synthesis reactor 8.

상기 수소 분리장치에 의해 분리된 수소는 탄화수소 합성 반응기에서 생성된 탄화수소의 품질을 개량하는 수소화 공정(Cracking Process)에 사용될 수 있다. 이에 대하여는 후술한다.
The hydrogen separated by the hydrogen separator may be used in a cracking process for improving the quality of hydrocarbons produced in the hydrocarbon synthesis reactor. This will be described later.

따라서, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 공급되는 원료 합성가스(1) 중에 포함된 일산화탄소를 수소로 전환하는 수성가스화 반응이 수행하는 수성가스화기(4), 상기 원료 합성가스 중에 포함된 수소를 분리하여 제거하는 수소 분리설비(5) 및 상기 합성가스의 일부를 바이패스하는 혼합가스 바이패스 라인(3) 중 적어도 2 이상을 포함한다.
Therefore, according to an embodiment of the present invention, there is provided an exhaust gas purification system comprising an aqueous gasifier (4) for performing an aqueous gasification reaction for converting carbon monoxide contained in the supplied raw material synthesis gas (1) into hydrogen, And a mixed gas bypass line (3) for bypassing a part of the synthesis gas.

이에 의해, 사용되는 원료 합성가스의 종류에 따라 수성가스화 반응에 의해 부족한 수소를 생성하거나, 과잉의 수소를 분리 제거함으로써 얻고자 하는 탄화수소에 따라 적절히 일산화탄소와 수소의 몰비를 조절할 수 있다.
This makes it possible to appropriately control the molar ratio of carbon monoxide and hydrogen depending on the hydrocarbon to be obtained by generating hydrogen which is deficient by the water gasification reaction depending on the kind of the raw material synthesis gas to be used or by separating and removing excess hydrogen.

이때, 상기 합성가스가 경유하는 곳의 선택은 특별히 한정하지 않으며, 적절한 개폐 수단을 통해 수행할 수 있다. 이때, 수성가스화기(4)와 수소분리설비(5)는 어느 하나에 선택적으로 합성가스가 공급되며, 필요에 따라 이와 함께 바이패스라인(3)으로 합성가스가 공급될 수 있다.
At this time, selection of the place where the synthesis gas passes is not particularly limited, and can be carried out through appropriate opening and closing means. At this time, the synthesis gas is selectively supplied to any one of the water gasifier 4 and the hydrogen separation equipment 5, and if necessary, the synthesis gas may be supplied to the bypass line 3 together with the synthesis gas.

상기 수성가스화기(4) 또는 수소 분리설비(5)를 통해 처리된 합성가스는 바이패스한 합성가스와 혼합하여 원하는 탄화수소를 합성하기에 적합한 일산화탄소와 수소의 몰비를 갖는 합성가스를 얻는다. 이를 위해, 특별히 한정하지는 않으나, 합성가스 혼합조(6)를 포함할 수 있다.
The syngas processed through the water gasifier (4) or the hydrogen separation plant (5) is mixed with the bypassed synthesis gas to obtain a synthesis gas having a molar ratio of carbon monoxide and hydrogen suitable for synthesizing the desired hydrocarbons. For this purpose, the synthesis gas mixing tank 6 may be included although not particularly limited.

이어서, 상기 일산화탄소와 수소의 몰비가 조절된 합성가스는 탄화수소 합성 반응기(8)로 공급하여 일산화탄소와 수소의 반응에 의한 합성가스를 제조한다. 이때, 상기 수성가스화기(4)를 통해 배출되는 합성가스는 통상 200~250℃의 온도를 가지나, 공정 사이의 배관 등을 거치는 중에 또는 바이패스한 합성가스와 혼합됨으로써 탄화수소 합성 반응기(8)에 공급되는 합성가스의 온도는 낮아지게 된다. 또한, 상기 수소 분리설비(5)를 통과한 합성가스 또한 낮은 온도를 갖는다.
Then, the synthesis gas in which the molar ratio of carbon monoxide and hydrogen is controlled is supplied to a hydrocarbon synthesis reactor 8 to produce a synthesis gas by the reaction of carbon monoxide and hydrogen. At this time, the syngas discharged through the water gasifier 4 has a temperature of 200 to 250 ° C., but it is mixed into the synthesis gas in the hydrocarbon synthesis reactor 8, The temperature of the supplied synthesis gas is lowered. Further, the syngas passing through the hydrogen separation facility 5 also has a low temperature.

한편, 탄화수소 합성 반응의 반응개시 온도는 아래의 표 3에 기재된 바와 같이 200~300℃이다. 각 탄화수소의 종류에 따라 탄화수소 합성 반응기(8)로 주입되는 합성가스의 온도 범위는 아래의 표와 같다.
On the other hand, the reaction initiation temperature of the hydrocarbon synthesis reaction is 200 to 300 ° C as shown in Table 3 below. The temperature range of the synthesis gas injected into the hydrocarbon synthesis reactor 8 according to the type of each hydrocarbon is shown in the following table.

생산 탄화수소Production hydrocarbons 반응기 주입온도(℃)Reactor injection temperature (캜) 메탄methane 250~300250-300 DMEDME 250~300250-300 휘발유gasoline 250~300250-300 디젤유Diesel oil 200~220200 ~ 220 왁스Wax 200~210200 ~ 210

즉, 상기 몰비가 조절된 합성가스가 탄화수소 합성 반응기(8) 내에 도입하여 목적으로 하는 탄화수소의 반응개시 온도 범위에 속하는 온도를 갖는 것인 경우에는 탄화수소 합성 반응기(8)로 바로 도입할 수 있다. 다만, 합성가스의 온도가 탄화수소의 반응개시 온도 범위를 벗어나는 경우에는 열교환기(7)를 통해 상기 범위 내로 승온 또는 냉각하는 것이 바람직하다.
That is, when the synthesis gas in which the molar ratio is controlled is introduced into the hydrocarbon synthesis reactor 8 and has a temperature falling within the target reaction start temperature range of the hydrocarbon, it can be directly introduced into the hydrocarbon synthesis reactor 8. However, when the temperature of the syngas deviates from the reaction starting temperature range of the hydrocarbon, it is preferable to raise or lower the temperature to within the above range through the heat exchanger (7).

다만, 얻고자 하는 탄화수소의 종류에 따른 탄화수소 합성의 반응개시 온도는 상기한 바와 같이 몰비가 조절된 합성가스의 온도와 유사한 온도범위를 가지기 때문에, 열교환기(7)에서 조절되어야 하는 열적 부하는 크지 않다.
However, since the reaction initiation temperature of the hydrocarbon synthesis depending on the kind of hydrocarbon to be obtained has a temperature range similar to the temperature of the synthesis gas whose molar ratio is controlled as described above, the thermal load to be controlled by the heat exchanger 7 is large not.

본 발명에 있어서 상기 일산화탄소와 수소의 비율이 조절된 합성가스를 탄화수소 합성 반응기(8)로 공급한다. 탄화수소 합성반응은 발열반응으로서 반응속도가 빠르기 때문이 촉매를 장입하여 운전할 때 주로 반응되는 촉매층의 부분에서 반응온도가 급격히 상승한다. 즉, 초기에 합성가스가 탄화수소 합성 반응기의 상부를 통해 공급되면 촉매의 상부층에서 탄화수소 합성 반응이 급격히 일어나며, 이로 인해 탄화수소 합성 반응기(8)의 상부층에 위치하는 촉매층에서 주로 급격한 온도 상승이 일어난다.
In the present invention, the synthesis gas in which the ratio of the carbon monoxide to the hydrogen is regulated is supplied to the hydrocarbon synthesis reactor (8). The hydrocarbon synthesis reaction is an exothermic reaction and the reaction rate is fast. Therefore, when the catalyst is charged, the reaction temperature rapidly increases at the portion of the catalyst layer which is mainly reacted. That is, when the syngas is initially supplied through the upper portion of the hydrocarbon synthesis reactor, the hydrocarbon synthesis reaction occurs rapidly in the upper layer of the catalyst, and thus the temperature of the catalyst located in the upper layer of the hydrocarbon synthesis reactor 8 mainly increases abruptly.

일반적으로 탄화수소의 합성은 발열반응으로 진행되며 반응평형이 반응온도에 많은 영향을 받는다. 즉, 상기와 같은 촉매층의 급격한 온도상승은 촉매 표면의 온도를 상승시켜 주요 촉매성분의 휘발 또는 촉매의 소결을 일으켜 촉매 수명을 단축시킨다. 따라서, 이때, 상기 탄화수소 합성 반응기(8)는 등온반응기인 것이 바람직하다. 등온반응기를 사용하여 반응 중에 발생하는 반응열을 지속적으로 제거함으로써 반응기 내부의 온도를 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.
Generally, the synthesis of hydrocarbons proceeds as an exothermic reaction, and the reaction equilibrium is greatly affected by the reaction temperature. That is, the rapid temperature rise of the catalyst layer raises the surface temperature of the catalyst, thereby causing volatilization of the main catalyst component or sintering of the catalyst, thereby shortening the catalyst life. Therefore, it is preferable that the hydrocarbon synthesis reactor 8 is an isothermal reactor. It is preferable to keep the temperature inside the reactor constant by using an isothermal reactor to continuously remove the reaction heat generated during the reaction.

이에, 본 발명의 탄화수소 합성 반응기(8)는 반응기 상부에서 합성가스가 주입되고, 반응에 의해 생성된 탄화수소를 함유하는 합성가스를 탄화수소 합성 반응기(8) 하부의 합성가스 배출구를 통해 배출하는데, 상기 탄화수소 합성 반응기(8)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 탄화수소 합성 반응기(8) 내부를 통과하는 합성가스 스트림의 이동방향에 대하여 수직한 방향으로 촉매층을 구비하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 촉매층은 2층 이상 형성될 수 있다.
In the hydrocarbon synthesis reactor (8) of the present invention, a synthesis gas is injected in the upper portion of the reactor, and a synthesis gas containing hydrocarbon generated by the reaction is discharged through a synthesis gas outlet in the lower portion of the hydrocarbon synthesis reactor (8) The hydrocarbon synthesis reactor 8 is preferably provided with a catalyst layer in a direction perpendicular to the moving direction of the synthesis gas stream passing through the inside of the hydrocarbon synthesis reactor 8 as shown in Fig. At this time, the catalyst layer may be formed in two or more layers.

이에 의해 합성가스 주입구를 통해 주입된 합성가스는 가장 먼저 접촉하는 최상층의 촉매층에서 탄화수소 합성반응이 급격히 일어나게 된다. 반응이 지속될수록 최상부 촉매층이 먼저 실활되고, 이에 의해 반응이 일어나지 않은 합성가스가 그 다음의 촉매층에서 촉매반응이 일어나 탄화수소를 합성하게 되어, 탄화수소 합성 반응기(8) 내에서의 촉매 반응을 효율적으로 도모할 수 있다.
As a result, the synthesis gas injected through the inlet of the synthesis gas rapidly reacts with the hydrocarbon synthesis reaction in the catalyst layer of the uppermost layer contacting with the synthesis gas. As the reaction continues, the uppermost catalyst layer is deactivated first, whereby the synthesis gas in which the reaction has not occurred is catalyzed in the next catalyst layer to synthesize hydrocarbons, thereby effectively promoting the catalytic reaction in the hydrocarbon synthesis reactor 8 can do.

일반적인 등온반응기는 수직으로, 즉, 합성가스 주입구에서 합성가스 배출구를 향해 합성가스가 이동하는 방향과 수평한 방향으로 냉각매체를 주입하는 냉각관이 삽입되지만, 본 발명에 사용되는 탄화수소 합성 반응기는, 도 5에 나타낸 바와 같이 수평 방향으로 다수의 촉매층을 구비하고, 상기 촉매층과 평행하게, 즉, 합성가스의 이동방향과 수직 방향으로 냉각/가열관, 즉, 열교환 배관을 단을 두어 설치하는 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 열교환 배관을 각 촉매층에 설치함으로써 탄화수소 합성 반응에 의해 온도가 상승된 촉매층별로 선별적으로 냉각할 수 있다.
A general isothermal reactor is equipped with a cooling pipe for injecting a cooling medium in a vertical direction, that is, in a direction parallel to the direction in which the synthesis gas moves from the synthesis gas injection port toward the synthesis gas discharge port. In the hydrocarbon synthesis reactor used in the present invention, As shown in FIG. 5, it is preferable to provide a plurality of catalyst layers in the horizontal direction and to install cooling / heating pipes, that is, heat exchange pipes in parallel with the catalyst layer, that is, in the direction perpendicular to the direction of movement of the synthesis gas desirable. By providing such heat exchange pipes in the respective catalyst layers, it is possible to selectively cool the catalyst layers whose temperature has been raised by the hydrocarbon synthesis reaction.

예를 들어, 초기에 합성가스가 상부를 통해 공급되면 촉매의 상부층의 온도가 급격히 상승하게 된다. 이때, 밸브를 조정하여 최상부의 냉각관으로 다량의 냉각매체를 흘림으로써 촉매 상부층의 온도를 조절할 수 있다.
For example, when the synthesis gas is initially supplied through the upper portion, the temperature of the upper layer of the catalyst sharply increases. At this time, the temperature of the catalyst upper layer can be adjusted by adjusting the valve and flowing a large amount of cooling medium through the uppermost cooling pipe.

한편, 반응이 지속될수록 초기에 반응을 주로 진행시키는 촉매의 성능이 떨어지게 되며, 따라서 최상부 아래층의 촉매가 반응을 촉진시키데 관여하게 된다. 이에 따라 촉매층에서 온도가 제일 높은 부분은 반응기의 운전 시간 경과에 따라 최상단에서 그 하부로 점차 이동하게 된다.
On the other hand, as the reaction is continued, the performance of the catalyst which mainly proceeds in the early stage is lowered, and thus the catalyst in the uppermost lower layer is involved in promoting the reaction. Accordingly, the portion having the highest temperature in the catalyst layer gradually moves from the uppermost stage to the lower stage according to the elapsed operation time of the reactor.

따라서, 촉매층의 수명을 1년이라 할 경우, 촉매활성도의 변화에 따라 주요 탄화수소 합성층은 상부에서 하부로 천천히 이동하게 되는데, 이에 따라 주로 반응열을 발생시키는 부분도 상부에서 하부로 이동하게 되며, 주로 반응열이 발생되는 부분의 촉매층을 흐르는 열교환 배관에 냉각매체를 공급함으로써 촉매층을 냉각시킬 수 있다.
Therefore, when the lifetime of the catalyst layer is one year, the main hydrocarbon synthesis layer moves slowly from the upper part to the lower part according to the change of the catalytic activity. Accordingly, the part mainly generating the reaction heat also moves from the upper part to the lower part. It is possible to cool the catalyst layer by supplying the cooling medium to the heat exchange pipe that flows through the catalyst layer in the portion where the reaction heat is generated.

본 발명은 이러한 탄화수소 합성 반응의 반응열 발생특성을 고려하여 탄화수소합성 반응기(8)를 수평으로 단계를 나누어 촉매층을 설치하고, 각 촉매층의 단 별로 냉각관을 설치할 수 있다. 이에 의해 최대의 발열을 일으키는 촉매층의 주변으로 냉각매체의 흐름을 증가시킴으로써 반응열을 제어할 수 있다.
In the present invention, the hydrocarbon synthesis reactor (8) may be horizontally divided into a plurality of catalyst layers in consideration of the reaction heat generation characteristics of the hydrocarbon synthesis reaction, and a cooling pipe may be provided for each catalyst layer. Thus, the heat of reaction can be controlled by increasing the flow of the cooling medium to the periphery of the catalyst layer causing the maximum heat generation.

탄화수소의 반응특성을 고려하여 수평의 열교환 배관이 설치되며, 탄화수소합성 반응기 촉매층의 온도변화를 모니터링하여 주요 냉각매체의 공급량을 조절한다. 탄화수소합성 반응기(8)를 지속적으로 사용하여 촉매 활성화 정도가 변하게 되면 이에 따라 냉각매체의 공급량은 초기 최상단에서 최대 공급량을 보낸 후 점차 최대 공급량을 하단의 냉각관으로 이동시킨다.
Horizontal heat exchange piping is installed considering the reaction characteristics of hydrocarbons, and the supply amount of the main cooling medium is controlled by monitoring the temperature change of the catalyst layer of the hydrocarbon synthesis reactor. When the catalyst activation degree is continuously changed by using the hydrocarbon synthesis reactor (8), the supply amount of the cooling medium is shifted from the initial uppermost stage to the maximum supply amount and then gradually to the lower cooling pipe.

한편, 휘발유가 주요 생산품일 경우에는 수성가스화 공정을 거친 합성가스는 탄화수소 반응기(8)로 주입되어 메탄올로 합성된다. 이러한 메탄올 합성반응은 흡열반응으로 반응열을 외부에서 공급해 주어야 한다. 따라서 탄화수소반응기에 설치된 열교환 배관에는 냉각매체가 아닌 가열매체가 주입되는 것이 바람직하다. 이러한 가열매체로는 특별히 한정하지 않으나, 증기를 이용해 온도조절을 수행할 수 있다. 증기가 가열매체로 열교환 배관으로 주입되어 반응열을 공급함으로써 냉각되어 배출된다.
On the other hand, when the gasoline is the main product, the syngas after the water gasification process is injected into the hydrocarbon reactor (8) and synthesized with methanol. Such methanol synthesis reaction should be externally supplied with heat of reaction as an endothermic reaction. Therefore, it is preferable that a heating medium other than the cooling medium is injected into the heat exchange pipe provided in the hydrocarbon reactor. The heating medium is not particularly limited, but temperature control can be performed using steam. Steam is injected into the heat exchange pipe as a heating medium and cooled by supplying the heat of reaction and discharged.

상기 탄화수소 합성반응기(8)는 일반적인 고정층 반응기(Fixed Bed Reactor) 형태로 촉매층을 고정하고 합성가스의 반응을 위한 망형 지지판(Mesh Support)가 하단에 설치될 수 있다. 이로 인해 상부로부터 팰릿 형태의 촉매가 충진되고 합성가스로부터 발생된 탄화수소가 망형 지지판의 공극을 통하여 하단으로 배출된다.
The hydrocarbon synthesis reactor 8 may be provided with a meshed support for fixing a catalyst layer in the form of a fixed bed reactor and a synthesis gas. As a result, the catalyst in the form of a pallet is filled from the top, and hydrocarbons generated from the syngas are discharged to the bottom through the pores of the meshed support plate.

이때, 상기 촉매는 얻고자 하는 탄화수소에 따라 달라질 수 있는 것이나, 사용되는 촉매는 종래 일반적으로 사용되는 촉매를 본 발명에서도 적절히 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 탄화수소 합성 반응기에서 메탄을 합성하는 경우에는 상기 촉매는 니켈 기반의 촉매를 사용할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 일산화탄소와 수소의 비가 1:3인 합성가스를 상기 탄화수소 합성 반응기에 공급하면 니켈촉매 하에서 식 (2)와 같이 반응하여 메탄이 합성된다.
At this time, the catalyst may vary depending on the hydrocarbon to be obtained, but the catalyst to be used can be suitably used in the present invention. Specifically, when methane is synthesized in the hydrocarbon synthesis reactor, the catalyst may be a nickel-based catalyst. Therefore, for example, when a synthesis gas having a ratio of carbon monoxide and hydrogen of 1: 3 is supplied to the hydrocarbon synthesis reactor, methane is synthesized by reacting as in the formula (2) under a nickel catalyst.

한편, 메탄올, 디메틸에테르 및 휘발유를 합성하고자 하는 경우에는 구리 및 ZnO를 포함하는 촉매를 사용할 수 있다. 예를 들어, 일산화탄소와 수소의 비가 1:2인 합성가스를 탄화수소 합성 반응기에 공급하면 구리 및 ZnO를 포함하는 촉매 하에서 식 (3)과 같이 반응하여 메탄올이 합성되고, 이를 통해 디메틸에테르 및 휘발유를 합성할 수 있다.
On the other hand, when methanol, dimethyl ether and petrol are to be synthesized, a catalyst containing copper and ZnO can be used. For example, when a synthesis gas having a ratio of carbon monoxide and hydrogen of 1: 2 is supplied to a hydrocarbon synthesis reactor, methanol is synthesized by reaction with a catalyst containing copper and ZnO as shown in formula (3), whereby dimethylether and gasoline Can be synthesized.

나아가, 피셔-트롭슈 반응을 이용하여 디젤 및 왁스를 제조하고자 하는 경우에는 철 또는 코발트 촉매를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 디젤을 주 성분으로 얻고자 하는 경우에는 코발트 촉매를 사용할 수 있고, 왁스를 주성분으로 얻고자 하는 경우에는 철 촉매를 사용할 수 있다.
Further, when diesel and wax are to be produced using the Fischer-Tropsch reaction, an iron or cobalt catalyst may be used. More specifically, a cobalt catalyst can be used as a main component of diesel, and an iron catalyst can be used as a main component of wax.

상기한 바와 같이, 얻고자 하는 탄화수소의 종류에 따라 사용되는 촉매가 상이하므로, 본 발명에 있어서 상기 촉매층은 반응을 통해 얻고자 하는 생성물에 따라 최적의 촉매를 사용할 수 있도록 촉매를 교환할 수 있는 구조로 설계되는 것이 바람직하다.
As described above, since the catalyst used differs depending on the kind of hydrocarbon to be obtained, in the present invention, the catalyst layer is a structure capable of exchanging the catalyst so that the optimum catalyst can be used in accordance with the product to be obtained through the reaction .

이와 같은 탄화수소 합성 반응기(8)에서 합성가스 중의 수소와 일산화탄소가 반응한다. 구체적으로, 얻고자 하는 탄화수소 생성물이 메탄인 경우에는 상기 탄화수소 합성 반응기에서 상기 식 (2)의 반응이 일어난다.In the hydrocarbon synthesis reactor (8), hydrogen in the synthesis gas and carbon monoxide react. Specifically, when the hydrocarbon product to be obtained is methane, the reaction of the formula (2) occurs in the hydrocarbon synthesis reactor.

CO + 3H2 → CH4 + H2O (2)
CO + 3H 2 - > CH 4 + H 2 O (2)

나아가, 메탄의 합성 효율을 향상시키기 위해, 상기 등온반응기인 탄화수소 합성 반응기 후단에 메탄합성을 위한 2차 메탄합성 반응기로서 단열반응기를 더 포함할 수 있다. 상기 2차 메탄합성 반응기는 합성가스로부터 메탄을 합성하는데 통상적으로 사용되는 단열반응기라면 본 발명에서도 적합하게 적용할 수 있는 것으로서, 특별히 한정하지 않는다.
Further, in order to improve the synthesis efficiency of methane, an endothermic reactor may be further provided as a secondary methane synthesis reactor for methane synthesis at the downstream of the hydrocarbon synthesis reactor as the isothermal reactor. The secondary methane synthesis reactor is not particularly limited as long as it is an adiabatic reactor commonly used for synthesizing methane from syngas, which can be suitably applied in the present invention.

상기 탄화수소 합성 반응기 또는 탄화수소 합성 반응기(8) 및 2차 메탄합성 반응기(13)를 통해 메탄의 합성을 높은 수율로 수행할 수 있다. 이후에는 반응생성물로부터 수분을 분리 제거하여 메탄을 회수할 수 있다.
The synthesis of methane can be performed at a high yield through the hydrocarbon synthesis reactor or the hydrocarbon synthesis reactor 8 and the secondary methane synthesis reactor 13. Thereafter, water can be separated and removed from the reaction product to recover methane.

한편, 얻고자 하는 탄화수소 생성물이 메탄올인 경우에는 식 (3)의 반응이 상기 탄화수소 합성 반응기(8)에서 일어나며, 이로부터 메탄올을 얻을 수 있다.On the other hand, when the hydrocarbon product to be obtained is methanol, the reaction of the formula (3) takes place in the hydrocarbon synthesis reactor 8 from which methanol can be obtained.

CO + 2H2 → CH3OH (3)
CO + 2H 2 - > CH 3 OH (3)

한편, 상기 식 (3)의 반응에 의해 얻어진 메탄올로부터 디메틸에테르(DME)를 합성하고자 하는 경우에는 식 (4)의 반응을 수행하여 디메틸에테르를 합성할 수 있다. On the other hand, when dimethyl ether (DME) is to be synthesized from methanol obtained by the reaction of the formula (3), dimethyl ether can be synthesized by carrying out the reaction of the formula (4).

2CH3OH → CH3OCH3 + H2O (4)
2CH 3 OH - > CH 3 OCH 3 + H 2 O (4)

따라서, 상기 탄화수소 합성 반응기(8) 후단에 상기 식 (4)의 반응에 의한 디메틸에테르의 합성을 위한 DME 합성 반응기(14)를 포함할 수 있다. 상기 DME 합성 반응기(14)는 특별히 한정하지 않으며, 통상적으로 사용되는 반응기를 본 발명에서도 적합하게 사용할 수 있다.
Therefore, a DME synthesis reactor 14 may be provided at the downstream of the hydrocarbon synthesis reactor 8 for the synthesis of dimethyl ether by the reaction of the formula (4). The DME synthesis reactor (14) is not particularly limited, and a commonly used reactor can be suitably used in the present invention.

더 나아가, 본 발명에 있어서 상기 몰비가 조절된 합성가스를 이용하여 디젤 및 왁스를 제조할 수도 있다. 상기 디젤 및 왁스는 식 (6)과 같은 피셔-트롭슈 반응을 이용하여 생산할 수 있는데, 이러한 반응은 단일의 등온반응기인 본 발명의 탄화수소 합성반응기(8)를 사용하여 합성할 수 있다. Further, in the present invention, diesel and wax may be produced using the synthesis gas in which the molar ratio is controlled. The diesels and waxes can be produced using the Fischer-Tropsch reaction as shown in Formula (6). This reaction can be synthesized using the hydrocarbon synthesis reactor (8) of the present invention, which is a single isothermal reactor.

nCO + nH2 → CnH2n + nH2O (6)
nCO + nH 2 → C n H 2n + nH 2 O (6)

이와 같이, 탄화수소 합성반응기(8)에서 합성된 탄화수소의 종류에 따라 메탄합성 반응기, DME 반응기 등에 의해 메탄 수율을 높이거나 DME를 제조할 수 있다.
Thus, depending on the type of hydrocarbon synthesized in the hydrocarbon synthesis reactor 8, the methane yield can be increased or the DME can be produced by a methane synthesis reactor, a DME reactor, or the like.

한편, 탄화수소 합성반응기(8)에서 생성된 반응생성물들은 수분을 포함하고 있으므로, 반응생성물로부터 수분 제거를 위한 수분 분리기(15)를 포함한다. 이에 의해 메탄, DME 또는 디젤 및 왁스를 회수할 수 있다.
On the other hand, since the reaction products produced in the hydrocarbon synthesis reactor 8 contain moisture, they include a water separator 15 for removing moisture from the reaction products. Whereby methane, DME or diesel and wax can be recovered.

이에, 본 발명의 탄화수소 합성 제조 설비는 수분 제거를 위한 수부 분리기(15)를 포함한다. 상기 수분 분리기(15)는 탄화수소 합성 반응기에서 메탄합성 반응기 또는 DME 반응기를 거치거나 또는 탄화수소 합성 반응기에서 생성되는 생성물이 디젤 및 왁스인 경우에는 바이패스라인(12)을 통해 바로 수분 분리기(15)로 이송한다. 이때, 탄화수소 합성 반응기(8)에서 합성된 탄화수소의 종류에 따라 상기 3개의 이동 경로 중에서 적절히 선택할 수 있다.
Thus, the hydrocarbon synthesis plant of the present invention includes a water separator 15 for removing moisture. The water separator 15 is connected to the water separator 15 via the bypass line 12 when the product produced in the hydrocarbon synthesis reactor or the DME reactor or the product produced in the hydrocarbon synthesis reactor is diesel and wax Transfer. At this time, depending on the type of hydrocarbons synthesized in the hydrocarbon synthesis reactor 8, it is possible to appropriately select from among the three movement routes.

상기 탄화수소 합성 반응기(8)에서 생성된 반응생성물인 탄화수소 화합물로부터 상기 수분 분리기(15)에서 수분을 제거함으로써 얻고자 하는 탄화수소를 회수할 수 있다. 이때, 상기 수분 제거는 특별히 한정하지 않으며, 수분을 응축하여 제거는 등 탄화수소 화합물로부터 수분을 분리하는데 적용되는 통상적인 방법을 적용할 수 있다. 일 예로서, 이에 한정하지 않으나, 녹아웃 드럼(Knock Out Drum) 등의 수분 분리기(15)를 사용할 수 있다. 특히, 얻고자 하는 합성가스가 메탄이나 DME인 경우에는 이에 의해 목적물을 얻을 수 있다.
The hydrocarbon to be obtained can be recovered by removing moisture from the hydrocarbon compound as a reaction product produced in the hydrocarbon synthesis reactor 8 by the water separator 15. At this time, the water removal is not particularly limited, and a conventional method of separating water from the isohydrocarbon compound by condensing water can be applied. As an example, a water separator 15 such as a knock-out drum may be used although not limited thereto. In particular, when the synthesis gas to be obtained is methane or DME, a target product can be obtained.

한편, 상기 DME로부터는 추가적인 반응을 통해 휘발유를 합성할 수 있다. 이를 위해, 상기 얻어진 DME를 휘발유 합성 반응기(16)에 공급한다. 이에 의해 상기 휘발유 합성 반응기(16)에서는 다음 식 (5)와 같은 반응이 수행되어 휘발유가 합성된다.On the other hand, gasoline can be synthesized from DME through an additional reaction. To this end, the obtained DME is supplied to a gasoline synthesis reactor (16). Thus, in the gasoline synthesis reactor 16, the reaction as shown in the following equation (5) is carried out to synthesize gasoline.

nCH3OCH3 → CnH2n +2 +nH2O (5)
nCH 3 OCH 3 C n H 2n + 2 + nH 2 O (5)

이어서, 상기 식 (5)의 반응생성물로부터 수분을 제거함으로써 최종적으로 휘발유를 얻을 수 있다. 이를 위해 본 발명의 일 구현예에 따르면 제2 수분 분리기(17)를 더 포함할 수 있으며, 앞서 설명한 수분 분리기(15)와 동일할 수 있다. 따라서, 상기 수분 제거는 앞서 설명한 수분 제거와 동일한 방법을 적용할 수 있는 것으로 특별히 한정하지 않는다.
Subsequently, water is finally removed from the reaction product of the formula (5) to finally obtain gasoline. For this purpose, according to an embodiment of the present invention, it may further include a second moisture separator 17, which may be the same as the moisture separator 15 described above. Therefore, the moisture removal is not particularly limited as long as the same method as the above-described water removal can be applied.

한편, 상기 피셔-트롭슈 반응 공정에 의해서는 디젤과 왁스가 동시에 생산된다. 따라서, 목적하는 탄화수소 화합물이 디젤인지 왁스인지에 따라 합성된 탄화수소의 고리 길이를 조절함으로써 얻고자 하는 목적물을 얻을 수 있다. 다만, 앞서 설명한 바와 같이 수분 분리기(15)에 의해 피셔-트롭슈 반응에서 생성된 수분을 제거하며, 이어서, 반응생성물 중의 탄화수소 고리의 길이 조절을 위해 수소 개질 공정을 수행한다. 상기 수소 개질은 수소를 이용하여 탄화수소 고리를 크래킹하는 공정으로서, 수소화 반응기(18)를 포함할 수 있다.
Meanwhile, diesel and wax are simultaneously produced by the Fischer-Tropsch reaction process. Therefore, it is possible to obtain the object to be obtained by controlling the length of the hydrocarbon ring synthesized according to whether the desired hydrocarbon compound is diesel or wax. However, as described above, the water produced in the Fischer-Tropsch reaction is removed by the water separator 15, and then the hydrogen reforming process is performed to adjust the length of the hydrocarbon rings in the reaction product. The hydrogen reforming is a step of cracking the hydrocarbon ring using hydrogen, and may include a hydrogenation reactor (18).

상기 수소화 반응에 사용되는 수소는 수소분리설비(5)에서 분리된 수소를 사용할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 천연가스 개질에 의한 합성가스를 사용하여 디젤 또는 왁스를 생산할 경우와 같이 합성가스 중의 수소의 몰비가 탄화수소를 제조하기에 요구되는 몰비에 비하여 과량으로 포함하고 있는 경우에 수소분리설비(5)에서 분리된 수소를 수소 라인(12)를 통해 수소 개질 공정이 수행되는 수소화 반응기(18)에 공급하여 수소 개질에 사용할 수 있다.
The hydrogen used in the hydrogenation reaction may be hydrogen separated from the hydrogen separation equipment 5. As described above, when the molar ratio of hydrogen in the synthesis gas is excessive relative to the molar ratio required to produce the hydrocarbon, such as when diesel or wax is produced using natural gas reforming synthesis gas, The hydrogen separated in the hydrogen reforming reactor 5 may be supplied to the hydrogenation reactor 18 through which the hydrogen reforming process is performed to be used for hydrogen reforming.

상기 수소화 반응기(18)에 의해 탄화수소의 고리 길이가 조절된 탄화수소로부터 디젤 및 왁스를 분리하여 회수한다. 상기 디젤 및 왁스의 분리 회수는 분별 증류기(19)에 의한 분별증류법에 의해 수행할 수 있다.
The diesel and wax are recovered from the hydrocarbons whose hydrocarbon ring length is controlled by the hydrogenation reactor (18). The separation and recovery of the diesel and the wax can be performed by a fractional distillation method using a fractional distillation unit (19).

한편, 상기 탄화수소 합성 반응기(8)에서 미반응된 합성가스 및 상기 수소화 반응기(18)에서 수소 개질 공정을 거치는 과정에서 얻고자 하는 길이보다 짧은 길이의 탄화수소 화합물, 나프타 등, 분별증류에 의해 회수된 왁스 및 디젤 이외에는 재순환라인(20)을 통해 상기 탄화수소 합성 반응기(8)로 재순환하여 피셔-트롭슈 반응 공정을 수행할 수 있다.
The unreacted synthesis gas in the hydrocarbon synthesis reactor 8 and the hydrocarbon compound or naphtha having a length shorter than the length to be obtained in the hydrogen reforming process in the hydrogenation reactor 18 are recovered by fractional distillation In addition to the wax and diesel, it is possible to carry out the Fischer-Tropsch reaction process by recycling to the hydrocarbon synthesis reactor 8 through the recycle line 20.

이하, 본 발명에 따른 이종 탄화수소 화합물 제조 공정을 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, the process for producing a heterogeneous hydrocarbon compound according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

먼저, 도 4에 나타낸 바와 같이, 일산화탄소와 수소를 주성분으로 하는 합성가스(1)로부터 목적으로 하는 탄화수소를 생산하기 위하여 합성가스를 분기하여 일부를 수성가스화기(4)로 공급하고, 다른 일부는 바이패스 라인(3)으로 이송한 후 합성가스 혼합조(6)로 주입하여 혼합함으로써 합성가스의 일산화탄소와 수소의 몰비를 조절한다. 이때 수성가스화기(4)로 들어가는 스트림과 바이패스 스트림의 비율은 상기 표 1에 나타낸 바와 같이 조절할 수 있다. 따라서, 수소와 일산화탄소의 비를 조절할 필요가 없는 경우에는 합성가스 모두를 바이패스라인(3)을 통해 이송할 수 있다.
First, as shown in Fig. 4, in order to produce a desired hydrocarbon from the synthesis gas 1 containing carbon monoxide and hydrogen as main components, a synthesis gas is branched and a part thereof is supplied to the water gasifier 4, Is transferred to the bypass line (3), is injected into the synthesis gas mixing tank (6), and mixed to control the molar ratio of carbon monoxide and hydrogen in the synthesis gas. At this time, the ratio of the stream into the water gasifier (4) and the bypass stream can be adjusted as shown in Table 1 above. Therefore, if it is not necessary to adjust the ratio of hydrogen to carbon monoxide, it is possible to transfer all of the synthesis gas through the bypass line 3.

한편, 원료 합성가스에 포함된 일산화탄소와 수소의 비가 탄화수소 합성에 요구되는 것에 비하여 수소 함량이 많은 경우에는 합성가스의 일부를 수소 분리 설비(5)를 통과시키고, 나머지 일부는 바이패스라인(3)으로 이송하여 합성가스의 일산화탄소 및 수소의 비율을 조절할 수 있다.
On the other hand, when the hydrogen content of the raw syngas is higher than that required for the synthesis of hydrocarbons, a portion of the synthesis gas is passed through the hydrogen separation facility 5, To control the ratio of carbon monoxide and hydrogen in the syngas.

구체적으로, 상기 표 (2)에 나타낸 바와 같이 메탄을 전환하여 디젤이나 왁스를 생산할 경우에는 합성가스에 수소가 과잉으로 공급되어 수성가스화기(4)로 공급할 필요가 없으며, 이때에는 전체 합성가스를 수소분리설비(5)로 주입하여 합성가스 중 수소성분만 분리한 후 수소화 반응기(18)로 보내어 디젤 및 왁스 성분의 수소개질(Hydro-Cracking) 공정에 사용할 수 있다.
Specifically, when diesel or wax is produced by converting methane as shown in Table 2, it is not necessary to supply excess hydrogen to the synthesis gas and supply it to the water gasifier 4, It is injected into the hydrogen separation facility 5 to separate only the hydrogen component from the syngas and sent to the hydrogenation reactor 18 to be used in the hydrogen-cracking process of the diesel and wax components.

상기 성분이 조정된 합성가스는 원하는 탄화수소를 합성하기 위한 적절한 온도로 조정하기 위한 열교환기(7)를 거치는데, 이때 열교환기(7)를 통과하여 배출되는 합성가스의 온도는 각 탄화수소를 합성하기 위한 적정 온도로서, 상기 표 (3)에 나타낸 바와 같다.
The temperature of the synthesis gas discharged from the heat exchanger 7 through the heat exchanger 7 is controlled by adjusting the temperature of the synthesis gas so as to synthesize the respective hydrocarbons. (3). ≪ tb >< TABLE >

탄화수소 합성반응기(8)는 도 5에 나타낸 바와 같이 일반적인 고정층 반응기(Fixed Bed Reactor) 형태로 촉매층을 고정하고, 합성가스의 반응을 위한 망형 지지판(Mesh Support)이 하단에 설치되어 있으며, 상부로부터 팰릿 형태의 촉매가 충진되고 합성가스로부터 발생된 탄화수소가 망형 지지판의 공극을 통하여 하단으로 배출된다.
As shown in FIG. 5, the hydrocarbon synthesis reactor 8 has a catalyst bed fixed in the form of a fixed bed reactor, a mesh support for reaction of the synthesis gas is installed at the bottom, And the hydrocarbons generated from the syngas are discharged to the lower end through the pores of the meshed support plate.

한편, 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 탄화수소의 반응특성을 고려하여 수평의 열교환배관이 설치되고, 반응기 촉매층의 온도변화를 모니터링하여 주요 냉각매체의 공급량을 조절한다.
Meanwhile, as can be seen from FIG. 5, a horizontal heat exchange pipe is installed in consideration of the reaction characteristics of hydrocarbons, and the temperature change of the reactor catalyst layer is monitored to control the supply amount of the main cooling medium.

한편, 탄화수소 합성반응기(8)를 지속적으로 운영하여 촉매 활성이 저하하게 되면, 해당 촉매층에 대한 열교환 배관을 통한 냉각매체의 공급량을 서서히 줄이면서, 그 하부의 촉매층에 대한 열교환 배관으로 냉각매체의 공급량을 증대시킨다.
On the other hand, when the hydrocarbon synthesis reactor 8 is continuously operated to lower the catalytic activity, the supply amount of the cooling medium through the heat exchange pipe to the catalyst layer is gradually reduced, and the supply amount of the cooling medium to the heat exchange pipe .

이어서, 상기 탄화수소 합성반응기(8)를 거친 합성가스는 생산품이 메탄일 경우 추가 2차 메탄합성 반응기(13)로 주입되어 메탄 전환율을 높인 후 수분분리기(15)로 보내어 합성가스 중의 수분을 응축하여 제거한다. 이에 의해 목적하는 메탄을 회수할 수 있다.
When the product is methane, the synthesis gas passing through the hydrocarbon synthesis reactor (8) is injected into the additional secondary methane synthesis reactor (13) to increase the methane conversion rate and then sent to the water separator (15) Remove. Whereby the desired methane can be recovered.

반면, 휘발유가 주요 생산품일 경우에는 수성가스화공정을 거친 합성가스를 탄화수소 합성반응기(8)로 주입하여 메탄올을 합성한다. 메탄올 합성반응은 흡열반응으로 반응열을 외부에서 공급해 주어야 한다. 따라서 탄화수소 합성반응기(8)에 설치된 열교환 배관에는 냉각매체가 아닌 가열매체를 공급하여 흘린다. 상기 가열매체로는 증기를 사용하여 온도조절을 수행할 수 있으며, 공급된 증기는 가열매체로 반응기 내에 반응열을 공급하고 냉각되어 배출된다.
On the other hand, when gasoline is the main product, synthesis gas obtained by water gasification is injected into a hydrocarbon synthesis reactor (8) to synthesize methanol. The synthesis reaction of methanol is endothermic reaction heat must be externally supplied. Therefore, a heating medium, not a cooling medium, is supplied to the heat exchange pipe provided in the hydrocarbon synthesis reactor 8 to be flowed. The heating medium may be subjected to temperature control by using steam, and the supplied steam is supplied with reaction heat into the reactor as a heating medium, cooled, and discharged.

이에 의해 생산된 메탄올은 DME합성반응기(14)로 주입된다. 여기서 반응의 목적물dl 디메틸에테르인 경우 수분분리기(15)를 거쳐 디메틸에테르로 배출된다. 한편, 휘발유를 생산하고자 하는 경우에는 상기 디메틸에테르를 휘발유 합성반응기(16)로 주입하여 휘발유를 합성한다. 상기 휘발유 합성 시에도 수분이 생산되기 때문에 후단에 제2 수분분리기(17)를 다시 한번 거칠 수 있다.
The methanol thus produced is injected into the DME synthesis reactor 14. Here, if the object of the reaction is dl dimethyl ether, it is discharged as dimethyl ether through the water separator 15. On the other hand, when it is desired to produce gasoline, the dimethyl ether is injected into the gasoline synthesis reactor 16 to synthesize gasoline. Since moisture is produced during the synthesis of the gasoline, the second moisture separator 17 can be roughened again at the rear end.

또한, 디젤유나 왁스가 주요 생산품일 경우에는 탄화수소반응기(8)를 거친 합성가스를 바이패스 라인(21)를 통해 수분분리기(15)로 바이패스하여 수분을 응축 제거한 후, 얻어진 탄화수소를 수소화 반응기(18)로 공급한다. 이때, 상기 수소화 반응기에는 수소 분리설비에서 분리된 수소를 수소라인(11)을 공급하여 수소화 개질반응을 진행한다. 이어서, 개질된 탄화수소는 분별증류기(19)에서 분별증류하여 목적으로 하는 디젤 또는 왁스의 수율을 증가시키며, 잔류 탄화수소는 재순환라인(20)을 통해 탄화수소 합성 반응기(8)로 재순환된다.
When diesel oil or wax is a main product, the synthesis gas passing through the hydrocarbon reactor 8 is bypassed to the water separator 15 through the bypass line 21 to condense and remove the water, 18). At this time, a hydrogen line 11 is supplied from the hydrogen separation unit to the hydrogenation reactor to perform a hydrogenation reforming reaction. The reformed hydrocarbons are then fractionally distilled in fractional distillation 19 to increase the yield of the desired diesel or wax and the remaining hydrocarbons are recycled to the hydrocarbon synthesis reactor 8 via recycle line 20.

이러한 본 발명에 따르면, 최종 생산되는 메탄의 수율은 메탄합성 평형에 의하여 약 97~98%의 메탄이 최종 생산물에 포함되며, 기타 성분으로는 아르곤이 주이며, 미처 반응에 참가하지 않은 수소와 흡수되지 않은 미량의 이산화탄소를 포함한다. 이에 의해 생산된 메탄의 총 발열양은 합성가스가 보유하고 있는 총 발열량의 약 80%이다.
According to the present invention, the yield of the finally produced methane is about 97 to 98% by weight of methane synthesis equilibrium, and the other products are mainly argon, Carbon dioxide which is not contained in the solution. The total calorific value of the methane produced thereby is about 80% of the total calorific value of the syngas.

최종 생산물이 디메틸에테르 또는 휘발유일 경우에는 수성가스화기(4)로 합성가스의 일산화탄소와 수소의 비율을 조정하여 탄화수소 합성 반응기(8)에서 메탄올을 만들고, 이것으로 디메틸에테르, 휘발유를 생산하는데, 메탄올을 중간 생산품으로 공정 외부로 배출하여 생산품으로 판매할 수 있다. 메탄올은 98% 이상의 순도를 가진 메탄올로 생산되며, 이를 디메틸에테르, 휘발유를 생산할 때 대부분 디메틸에테르, 휘발유로 생산되며 순도는 96% 이상이다.
When the final product is dimethyl ether or gasoline, methanol is produced in the hydrocarbon synthesis reactor (8) by adjusting the ratio of carbon monoxide and hydrogen of the synthesis gas to the water gasifier (4), thereby producing dimethyl ether and gasoline. Methanol Can be exported as an intermediate product to the outside of the process and sold as a product. Methanol is produced from methanol with 98% purity or higher, which is produced from dimethyl ether and mostly from dimethyl ether and petrol. Its purity is over 96%.

디젤유나 왁스를 생산할 경우는 디젤유와 왁스는 동시에 생산되며, 단독으로 디젤유 또는 왁스만 생산해 낼 수 없는데, 이는 피셔-트롭슈 반응의 특징이다. 디젤이나 왁스는 주 생산품이 어느 것이냐에 따라 운전조건을 조절하여 어느 하나의 생산품이 다량으로 생산될 수 있도록 조절할 수 있다.
When producing diesel oil or wax, diesel oil and wax are produced at the same time and can not produce diesel oil or wax alone, which is characteristic of the Fischer-Tropsch reaction. Diesel or wax can be controlled to produce a large quantity of one product by adjusting the operating conditions according to which of the main products.

예를 들어, 반응온도를 220℃ 정도로 높게 유지하고 코발트 촉매를 사용하면 배출되는 피셔 트롭슈 액체의 약 60부피%를 디젤유로 생산할 수 있으며, 나머지 40부피%는 나프타와 왁스로 생산된다. 한편 반응온도를 210℃로 낮추고 Fe 촉매를 사용하면 왁스를 약 50부피% 이상 생산할 수 있다. 이때 20부피%는 나프타로 생산되며, 30부피%는 디젤유로 생산된다. 따라서 생산된 최종 생산품 중 디젤의 생산 분율은 30 내지 50부피%, 왁스의 생산 분율은 20 내지 50%의 범위에서 조절할 수 있다.
For example, if the reaction temperature is maintained as high as 220 ° C and a cobalt catalyst is used, about 60% by volume of the discharged Fischer Tropsch liquid can be produced as diesel oil, and the remaining 40% by volume is produced as naphtha and wax. On the other hand, if the reaction temperature is lowered to 210 ° C and an Fe catalyst is used, the wax can be produced at about 50% by volume or more. At this time, 20 vol% is produced as naphtha and 30 vol% is produced as diesel oil. Accordingly, the production fraction of the diesel in the final product produced can be controlled in the range of 30 to 50% by volume and the production fraction of the wax in the range of 20 to 50%.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 하나의 탄화수소 합성 설비를 이용함으로써 다양한 종류의 탄화수소를 생산할 수 있다. 그러므로, 시장상황 등을 고려하여 합성가스로부터 유리한 탄화수소를 선택적으로 합성할 수 있다.
As described above, according to the present invention, various types of hydrocarbons can be produced by using one hydrocarbon synthesis facility. Therefore, it is possible to selectively synthesize hydrocarbons favorable from the syngas in consideration of market conditions and the like.

1: 합성가스 3: 바이패스 라인
4: 수성가스화기 5: 수소분리설비
6: 합성가스 혼합조 7: 열교환기
8: 탄화수소 합성 반응기 11: 수소라인
12: (탄화수소) 바이패스 라인 13: 2차 메탄합성 반응기
14: DME 합성 반응기 15: 수분분리기
16: 휘발유 반응기 17: 제2 수분분리기
18: 수소화 반응기 19: 분별증류기
20: 재순환라인
1: Synthesis gas 3: Bypass line
4: Water gasifier 5: Hydrogen separation plant
6: Synthetic gas mixing tank 7: Heat exchanger
8: Hydrocarbon synthesis reactor 11: Hydrogen line
12: (Hydrocarbon) Bypass line 13: Secondary methane synthesis reactor
14: DME synthesis reactor 15: water separator
16: petrol reactor 17: second moisture separator
18: hydrogenation reactor 19: fractional distillation
20: recirculation line

Claims (22)

공급되는 원료 합성가스에 포함된 일산화탄소와 수소의 성분비를 조절하는 합성가스 성분 조절 수단; 상기 합성가스 성분 조절 수단에서 성분 조절된 합성가스를 반응시켜 탄화수소를 합성하여 탄화수소 함유 합성가스를 얻는 탄화수소 합성 수단; 및 상기 탄화수소 합성 수단에서 얻어진 탄화수소 함유 합성가스를 후처리하여 얻고자 하는 최종 목적물을 분리 회수하는 목적 생성물 회수 수단을 포함하며,
상기 합성가스 성분 조절 수단은
상기 공급되는 원료 합성가스 중에 포함된 일산화탄소를 수소로 전환하는 수성가스화 반응이 수행하는 수성가스화기; 상기 원료 합성가스 중에 포함된 수소를 분리하여 제거하는 수소 분리설비; 및 상기 합성가스에 포함된 일산화탄소 및 수소의 몰비에 따라 상기 합성가스의 일부 또는 전부를 바이패스하는 혼합가스 바이패스 라인; 중 적어도 2 이상을 포함하고,
상기 탄화수소 합성 수단은,
상기 합성가스 성분 조절 수단으로부터 배출된 성분 조절된 합성가스가 공급되며, 상기 성분 조절된 합성가스로부터 메탄, 메탄올 또는 디젤 및 왁스의 탄화수소를 합성하여 탄화수소 함유 합성가스를 얻는 탄화수소 합성 반응기; 및
상기 탄화수소 함유 합성가스가 공급되되, 메탄을 포함하는 탄화수소 함유 합성가스로부터 메탄을 합성하는 메탄 합성 반응기; 메탄올을 포함하는 탄화수소 함유 합성가스로부터 디메틸에테르를 합성하는 DME 합성 반응기; 및 상기 디젤 및 왁스를 포함하는 탄화수소 함유 합성가스를 바이패스하는 탄화수소 바이패스 라인; 중 2 이상을 포함하며,
상기 목적 생성물 회수 수단은,
상기 메탄 합성 반응기, DME 합성 반응기 또는 탄화수소 바이패스 라인으로부터 배출되는 생성물 스트림으로부터 수분을 분리제거하고, 탄화수소로서 메탄; DME; 또는 디젤 및 왁스를 배출하는 수분 분리기;
를 포함하는 합성가스로부터 다종의 탄화수소를 선택적으로 합성하는 탄화수소 합성 장치.
A syngas component adjusting means for adjusting a composition ratio of carbon monoxide and hydrogen contained in the supplied raw material synthesis gas; A hydrocarbon synthesis means for synthesizing hydrocarbons by reacting the synthesis gas controlled by the synthesis gas component regulating means to obtain a hydrocarbon-containing synthesis gas; And a target product recovery means for separating and recovering the final object to be obtained by post-treating the hydrocarbon-containing synthesis gas obtained by the hydrocarbon synthesis means,
The syngas component adjusting means
An aqueous gasifier for performing an aqueous gasification reaction for converting carbon monoxide contained in the supplied raw material synthesis gas into hydrogen; A hydrogen separation equipment for separating and removing hydrogen contained in the raw material synthesis gas; And a mixed gas bypass line for bypassing a part or all of the synthesis gas according to a molar ratio of carbon monoxide and hydrogen contained in the synthesis gas. At least two of them,
Wherein the hydrocarbon synthesis means comprises:
A hydrocarbon synthesis reactor in which a component-regulated synthesis gas discharged from the synthesis gas component regulating means is supplied and a hydrocarbon of methane, methanol or diesel and wax is synthesized from the component-regulated synthesis gas to obtain a hydrocarbon-containing synthesis gas; And
A methane synthesis reactor for supplying methane to the hydrocarbon-containing synthesis gas and synthesizing methane from the hydrocarbon-containing synthesis gas containing methane; A DME synthesis reactor for synthesizing dimethyl ether from a hydrocarbon-containing synthesis gas containing methanol; And a hydrocarbon bypass line bypassing the hydrocarbon-containing synthesis gas comprising the diesel and wax; , ≪ / RTI >
The target product collecting means includes:
Separating and removing water from the product stream discharged from the methane synthesis reactor, the DME synthesis reactor, or the hydrocarbon bypass line; DME; Or a water separator for discharging diesel and wax;
Wherein the synthesis gas is a hydrocarbon gas.
제1항에 있어서, 상기 수성가스화기, 수소 분리설비 및 바이패스라인을 통과한 합성가스가 공급되어 혼합되며, 소정의 일산화탄소와 수소의 몰비를 갖는 성분 조절된 합성가스를 배출하는 합성가스 혼합조를 더 포함하는 포함하는 탄화수소 합성 장치.
2. The method of claim 1, further comprising the steps of: supplying a synthesis gas having passed through said water gasifier, a hydrogen separation facility, and a bypass line, and supplying a synthesis gas having a predetermined molar ratio of carbon monoxide and hydrogen, ≪ / RTI >
제1항에 있어서, 상기 수소 분리설비는 압력변환흡착기 또는 분리막인 탄화수소 합성 장치.
The hydrocarbon synthesis device according to claim 1, wherein the hydrogen separation equipment is a pressure conversion adsorber or separation membrane.
제1항에 있어서, 상기 탄화수소 합성 반응기로 공급되는 성분 조절된 합성가스의 온도를 승온 또는 냉각하는 열교환기를 더 포함하는 탄화수소 합성 장치.
The hydrocarbon synthesis apparatus according to claim 1, further comprising a heat exchanger for raising or lowering the temperature of the component-regulated synthesis gas supplied to the hydrocarbon synthesis reactor.
제1항에 있어서, 상기 수분 분리기에서 배출된 DME로부터 식 (5)의 반응에 의해 휘발유를 합성하는 휘발유 합성 반응기; 및
nCH3OCH3 → CnH2n +2 +nH2O (5)
상기 휘발유 합성 반응기에서 생성된 반응 생성물로부터 부산물인 수분을 제거하고 휘발유를 배출하는 제2 수분 분리기
를 포함하는 탄화수소 합성 장치.
The gasoline synthesis reactor according to claim 1, wherein a gasoline synthesis reactor for synthesizing gasoline by the reaction of formula (5) from DME discharged from the water separator; And
nCH 3 OCH 3 C n H 2n + 2 + nH 2 O (5)
A second moisture separator for removing moisture as a by-product from the reaction product produced in the gasoline synthesis reactor and discharging gasoline;
.
제1항에 있어서,
상기 수분 분리기로부터 배출된 디젤 및 왁스를 포함하는 탄화수소를 수소와 반응하여 디젤 또는 왁스를 소정 길이로 크래킹하는 수소화 처리가 수행되는 수소화 반응기; 및
상기 수소화 반응기에서 배출된 디젤 및 왁스를 분별 증류하여 디젤 및 왁스를 각각 분리하여 회수하고, 나프타를 포함하는 잔류 탄화수소를 상기 탄화수소 합성 반응기로 배출하는 분별 증류기
를 포함하는 탄화수소 합성 장치.
The method according to claim 1,
A hydrogenation reactor in which a hydrotreating process is performed in which a hydrocarbon containing diesel and wax discharged from the water separator reacts with hydrogen to crack the diesel or wax to a predetermined length; And
The diesel and wax discharged from the hydrogenation reactor are subjected to fractional distillation to separate and recover the diesel and the wax, respectively, and a residual distillate containing residual naphtha is discharged to the hydrocarbon synthesis reactor
.
제6항에 있어서, 상기 수소화 반응기는 상기 수소분리설비와 연결되며, 상기 수소분리설비에서 분리된 수소가 상기 수소화 반응기로 공급되는 것인 탄화수소 합성장치.
7. The hydrocarbon synthesis apparatus according to claim 6, wherein the hydrogenation reactor is connected to the hydrogen separation facility, and hydrogen separated from the hydrogen separation facility is supplied to the hydrogenation reactor.
제6항에 있어서, 상기 분별 증류기는 상기 탄화수소 합성 반응기에 연결되며, 상기 분별증류기에서 배출되는 나프타를 포함하는 잔류 탄화수소가 상기 탄화수소 합성반응기로 공급되는 것인 탄화수소 합성장치.
The hydrocarbon synthesis apparatus according to claim 6, wherein the fractionation distiller is connected to the hydrocarbon synthesis reactor, and the residual hydrocarbon including naphtha discharged from the fractionation distiller is supplied to the hydrocarbon synthesis reactor.
제1항에 있어서, 상기 탄화수소 합성 반응기는
반응기 상부에서 합성가스가 주입되어 반응기 하부를 통해 탄화수소 함유 합성가스가 배출되는 합성가스 스트림의 이동방향에 대하여 수직한 방향으로 촉매가 담지된 촉매층을 2 이상 포함하는 고정층 반응기인 탄화수소 합성 장치.
The process according to claim 1, wherein the hydrocarbon synthesis reactor
And a catalyst layer supported on the catalyst in a direction perpendicular to the moving direction of the syngas stream into which the synthesis gas is injected at the upper portion of the reactor and the hydrocarbon-containing synthesis gas is discharged through the lower portion of the reactor.
제9항에 있어서, 상기 탄화수소 합성 반응기는 각 촉매층마다 촉매층과 평행한 방향으로 설치된 열교환 배관을 포함하며, 상기 열교환 배관을 통해 열교환매체가 이송되는 것인 탄화수소 합성 장치.
The hydrocarbon synthesis apparatus according to claim 9, wherein the hydrocarbon synthesis reactor comprises a heat exchange pipe arranged in a direction parallel to the catalyst layer for each catalyst layer, and the heat exchange medium is transferred through the heat exchange pipe.
제9항에 있어서, 상기 촉매층은 메탄 합성을 위한 니켈 촉매, 메탄올 합성을 위한 구리 및 ZnO 함유 촉매 또는 디젤 및 왁스 합성을 위한 철 또는 코발트 촉매를 포함하는 촉매층인 탄화수소 합성 장치.
10. The hydrocarbon synthesis device according to claim 9, wherein the catalyst layer is a catalyst layer comprising a nickel catalyst for methane synthesis, a copper and ZnO-containing catalyst for methanol synthesis, or an iron or cobalt catalyst for diesel and wax synthesis.
원료 합성가스 중에 포함된 일산화탄소와 수소의 몰비를 조절하되, 상기 몰비는 합성가스를 2개의 스트림으로 분리하되, 하나의 스트림은 수성가스화 반응에 의해 합성가스 중의 일산화탄소를 수소로 전환하거나 또는 합성가스 중에 포함된 수소를 분리하고, 다른 하나의 스트림은 바이패스한 후 혼합하는 합성가스 성분 조절 단계;
상기 몰비가 조절된 합성가스를 촉매 존재 하에서 반응시켜 메탄; 메탄올; 또는 디젤 및 왁스의 혼합물의 탄화수소를 합성하는 탄화수소 합성 단계;
상기 탄화수소 합성단계에서 합성된 탄화수소의 종류에 따라 2차 메탄합성 반응단계, 디메틸에테르(DME) 합성 반응단계를 거친 후 반응생성물로부터 수분을 분리하거나 또는 상기 합성된 탄화수소를 바이패스한 후 수분을 분리 제거하여 탄화수소를 회수하되, 상기 합성된 탄화수소가 메탄인 경우 2차 메탄 합성 반응단계로, 상기 합성된 탄화수소가 메탄올인 경우 DME 합성 반응단계로, 상기 합성된 탄화수소가 디젤 및 왁스의 혼합물인 경우 바이패스하는 것인 탄화수소 회수 단계
를 포함하는 합성가스로부터 다종의 탄화수소를 선택적으로 합성하는 탄화수소 합성 방법.
Wherein the molar ratio of the carbon monoxide and hydrogen contained in the raw synthesis gas is controlled such that the synthesis gas is separated into two streams, one of which converts carbon monoxide in the synthesis gas into hydrogen by an aqueous gasification reaction, A synthesis gas component adjustment step of separating the contained hydrogen and bypassing and mixing the other stream;
Reacting the synthesis gas with the molar ratio adjusted in the presence of a catalyst to produce methane; Methanol; Or a hydrocarbon synthesis of a mixture of diesel and wax;
Depending on the kind of the hydrocarbon synthesized in the hydrocarbon synthesis step, the reaction product may be subjected to a secondary methane synthesis reaction step and a dimethyl ether (DME) synthesis reaction step, followed by separating water from the reaction product, or by bypassing the synthesized hydrocarbon, And the hydrocarbon is recovered. When the synthesized hydrocarbon is methane, the reaction proceeds to the secondary methane synthesis reaction step. When the synthesized hydrocarbon is methanol, the reaction proceeds to the DME synthesis reaction step. When the synthesized hydrocarbon is a mixture of diesel and wax, Hydrocarbon recovery step that passes
Wherein the hydrocarbon is selected from the group consisting of hydrocarbons and hydrocarbons.
제12항에 있어서, 합성가스 성분 조절단계에서 조절된 합성가스의 CO:H2 몰비는 탄화수소 합성 단계에서 얻어지는 탄화수소가 메탄인 경우 1:2.5 내지 1:3.5이고, 메탄올인 경우 1:1.8 내지 2.5이며, 디젤 및 왁스의 혼합물인 경우 1:5 내지 2인 탄화수소 합성 방법.
The method of claim 12, wherein the CO: H 2 molar ratio of the syngas adjusted in the synthesis gas component adjustment step is 1: 2.5 to 1: 3.5 when the hydrocarbon obtained in the hydrocarbon synthesis step is methane, and 1: 1.8 to 2.5 In the case of a mixture of diesel and wax, and 1: 5 to 2 in the case of a mixture of diesel and wax.
제12항에 있어서, 상기 촉매는 메탄 합성을 위한 니켈 촉매, 메탄올 합성을 위한 구리 및 ZnO 함유 촉매 또는 디젤 및 왁스 합성을 위한 철 또는 코발트 촉매를 포함하는 촉매층인 탄화수소 합성 방법.
13. The method of claim 12, wherein the catalyst is a catalyst layer comprising a nickel catalyst for methane synthesis, a copper and ZnO containing catalyst for methanol synthesis, or an iron or cobalt catalyst for diesel and wax synthesis.
제12항에 있어서, 상기 수소의 분리는 압력변환흡착 또는 분리막 분리에 의해 수행하는 것인 탄화수소 합성 방법.
13. The method of claim 12, wherein the separation of hydrogen is performed by pressure conversion adsorption or separation of membranes.
제12항에 있어서, 상기 몰비가 조절된 합성가스의 온도를 열교환에 의해 상승 또는 냉각시키는 열교환 단계를 더 포함하는 것인 탄화수소 합성 방법.
The hydrocarbon synthesis method according to claim 12, further comprising a heat exchange step of raising or cooling the temperature of the syngas controlled by the molar ratio by heat exchange.
제16항에 있어서, 상기 열교환은 상기 탄화수소 합성단계에서 얻어지는 탄화수소가 메탄, 또는 메탄올인 경우 상기 몰비가 조절된 합성가스를 250 내지 300℃ 범위로 되도록 열교환 단계를 수행하고, 디젤 및 왁스의 혼합물인 경우에는 200 내지 210℃의 범위로 되도록 열교환 단계를 수행하는 것인 탄화수소 합성 방법.
17. The method according to claim 16, wherein the heat exchange is carried out in the case where the hydrocarbons obtained in the hydrocarbon synthesis step are methane or methanol, the heat exchange step is performed so that the molar ratio of the synthesis gas is controlled to be in the range of 250 to 300 占 폚, And the heat exchange step is carried out in the range of 200 to 210 캜.
제12항에 있어서, 상기 탄화수소 회수단계에서 회수된 DME를 식 (5)의 반응에 의해 휘발유를 합성하는 휘발유 합성 단계; 및
nCH3OCH3 → CnH2n +2 +nH2O (5)
상기 생성된 반응 생성물로부터 부산물인 수분을 제거하고 휘발유를 배출하는 휘발유 회수 단계
를 더 포함하는 탄화수소 합성 방법.
The method according to claim 12, wherein the DME recovered in the hydrocarbon recovery step is a gasoline synthesis step of synthesizing gasoline by the reaction of formula (5); And
nCH 3 OCH 3 C n H 2n + 2 + nH 2 O (5)
A gasoline recovery step of removing moisture as a by-product from the generated reaction product and discharging gasoline
≪ / RTI >
제12항에 있어서,
상기 디젤 및 왁스의 혼합물을 수소와 반응시켜 디젤 및 왁스를 소정 길이의 탄화수소로 크래킹하는 수소화 공정을 수행하는 수소화 반응단계; 및
수소화 공정이 수행된 디젤 및 왁스의 혼합물을 분별 증류하여 디젤 및 왁스를 각각 분리하여 회수하는 디젤 및 왁스 회수 단계
를 더 포함하는 탄화수소 합성 방법.
13. The method of claim 12,
A hydrogenation step of reacting the mixture of diesel and wax with hydrogen to perform a hydrogenation process of cracking the diesel and wax with hydrocarbons of a predetermined length; And
A diesel and wax recovery step in which the mixture of diesel and wax subjected to the hydrogenation process is fractionally distilled to separate and recover the diesel and wax, respectively
≪ / RTI >
제19항에 있어서, 상기 수소화 반응단계의 수소는 합성가스 성분 조절단계에서 합성가스로부터 분리된 수소인 탄화수소 합성 방법.
20. The method of claim 19, wherein the hydrogen in the hydrogenation step is hydrogen separated from the synthesis gas in the step of controlling the synthesis gas component.
제19항에 있어서, 상기 분별 증류 후에 잔존하는 나프타를 포함하는 잔류 탄화수소를 배출하여 상기 탄화수소 합성단계의 합성가스로 재사용하는 탄화수소 합성 방법.
20. The hydrocarbon synthesis method according to claim 19, wherein residual hydrocarbon containing naphtha remaining after the fractional distillation is discharged and reused as synthesis gas in the hydrocarbon synthesis step.
제12항에 있어서, 탄화수소 합성 단계에서 탄화수소 합성 반응 중 촉매에 냉각 또는 가열 매체를 공급하여 촉매와 냉각 또는 가열 매체와의 열교환을 통해 촉매의 활성을 유지하는 탄화수소 합성 방법. The hydrocarbon synthesis method according to claim 12, wherein the hydrocarbon is synthesized during the hydrocarbon synthesis reaction by supplying a cooling or heating medium to the catalyst to maintain the activity of the catalyst through heat exchange between the catalyst and the cooling or heating medium.
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