KR20170125073A - 천연가스의 열절연 촉매 산화 퍼니스용 온라인 퍼니스 건조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 천연가스의 단열 촉매 산화 퍼니스를 위한 온라인(online) 퍼니스 건조 방법을 개시한다. 방법은, 1) 산소, 천연가스, 및 반응 온도 상승율을 감소시킬 수 있는 온도 제어 가스를 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 속으로 도입시키고, 천연가스에 대한 산소의 몰비를 (0.3-0.6):1로 제어하고, 산소와 천연가스를 포함하는 원료물질 가스에 대한 온도 제어 가스의 몰비를 (0.1-7):(1.3-1.6)으로 제어하고; 2) 온도를 점차적으로 증가시키기 위해 혼합 가스를 예열하고, 혼합 가스의 온도가 산화 반응 촉발(triggering) 온도에 도달할 때 예열을 멈추는 단계; 및 (3) 원료물질 가스에 대한 온도 제어 가스의 몰비를 점차적으로 감소시켜서, 혼합 가스의 온도의 상승이 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 내의 열절연 내화재의 드라잉-아웃 곡선의 온도 상승율에 합치시키고, 반응 온도가 촉매 산화 퍼니스의 작업 온도에 도달할 때 온도 제어 가스의 도입을 중단하는 단계를 포함한다.
본 발명은 퍼니스 가열 공정 동안, 온도 상승이 과도하게 빨라지는 문제점을 해결하고, 가열 충격에 의해 열절연 내화재가 크랙킹되는 것을 방지하고, 천연가스 촉매 산화 퍼니스를 보호하여, 천연가스 촉매 산화 퍼니스가 안정되게 정상 운전 상태로 변환되게 한다.
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Description
본 발명은 촉매 산화 퍼니스의 공정 기술에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 천연가스의 단열 촉매 산화 퍼니스의 온라인 건조 방법에 관한 것이다.
석유의 확정 매장량이 감소하고 개발가능한 자원들이 점차적으로 고갈됨에 따라, 예를 들어, 남아프리카의 석탄액화석유 기술, 말레이지아와 카타르의 가스액화석유 기술, 쉔후아(Shenhua) 그룹의 석탄액화석유 기술 등과 같이, 석탄, 천연가스 및 바이오매스를 원료로서 사용하여 간접 변환을 통한 자동차 액화 연료의 생산 기술이 점차 대중화되고 있다. 현재, 천연가스 생산의 발달은 쉐일 가스 기술의 성공적인 개발과 대규모 산업적 활용에 따라 광물 에너지의 구조를 변화시켜서, 천연가스의 포괄적 이용에 대해 폭넓은 전망을 예정하고 있다. 천연가스의 포괄적 이용은 먼저 중간 제품--합성 가스로 그것을 변환시키고, 나아가서 수소, 합성 암모니아, 요소, 메탄올, 올레핀, 파라핀, 아세트산 및 그 추출물과 같은 화학제품, 또는 디젤 오일, 가솔린, 항공 등유 또는 부가 가치가 높은 기타 제품들과 같은 합성 액화 연료를 합성 기술을 통해 생성한다.
천연가스의 변환을 통한 종래의 합성 가스 디바이스들에 있어서, 경량 탄화수소 스팀 개질 방법 또는 천연 자체-가열성 개발 방법은 보통 가스 제조 공정으로서 취해지고, 대규모 합성 암모니아 플랜트 또는 정유 공장 또는 석유화학공장의 수소 생산 유니트가 일반적으로 사용된다. 천연가스, 건성 가스 또는 나프타는 원료로서 채택되어 CO와 수소의 합성 가스를 생성하고, 부응하여 가능한 한 많이 CO의 주요 원리를 기본으로 액화 연료를 생성한다. 그러나, 만약 종래의 경량 탄화수소 스팀 개질 방법 또는 천연 자체-가열성 개질 방법이 사용되면, 아웃테이크(outtake) 제품 가스 내의 H2/CO는 일반적으로 3보다 많아서, 과도한 수소가 제거되기 전에 이러한 가스가 합성에 적영될 수 없거나 탄소에 대한 수소의 비율이 보충 CO2를 통해 원료 가스에 조절되는 것을 나타낸다.
천연가스의 부분적인 산화는 천연가스로부터 합성 가스를 생성하는 신규한 공정이고 또한 촉매의 사용 여부에 따라 촉매 산화와 비촉매 산화를 포함하고, 촉매 산화에서, 다음과 같은 공식에 의해, 촉매층(catalyst bed) 상에서 메탄은 산소와 반응한다:
CH4 + 1/2O2 = CO + 2H2
이러한 반응은 가열없이, 열절연 반응기 내에서 구현된다. 나아가서, 이러한 반응은 역시 풍부한 고온 고압의 스팀을 생성하고, 생성 가스의 H2/CO는 대략 2:1이고; 생성 가스는 변환 또는 탄소의 보충과 같은 방법들을 사용하지 않고 직접 액화 연료의 준비에 적용될 수 있다.
천연가스의 촉매 산화는 압력 부하 금속 쉘을 가지고, 열절연 내화재들이 퍼니스 내에 배치된 천연가스의 단열 촉매 산화 퍼니스 내에서 구현된다. 퍼니스가 정상적으로 가동할 때, 그 온도는 800℃를 넘고, 특정의 극한 상황에서 심지어 1300℃가 넘을 수 있다. 모든 종류의 열절연 내화재들은 특수한 가열 곡선 즉, 드라잉-아웃(drying-out) 곡선을 가진다. 천연가스의 단열 촉매 산화 퍼니스 내의 열절연 내화재들의 성능을 보장하기 위하여, 퍼니스 내의 가스의 반응 온도는 천연가스의 단열 촉매 산화 퍼니스의 드라잉-아웃 곡선의 조건을 만족시키는 비율을 점차적으로 느리게 증가하도록 만들기 위해 제어되어야 한다. 그러나, 천연가스의 단열 촉매 산화 퍼니스 속으로 들어가는 원료 가스의 온도가 증가함에 따라, 온도가 촉매의 반을 위한 발화점에 도달할 때 촉매 산화는 즉각적으로 시작되어야 하고; 온도가 신속하게 증가되어야 하므로, 반응 가스의 온도는 800℃ 이상으로 순간적으로 도달하여, 가열 단계 동안 천연가스의 단열 촉매 산화 퍼니스의 온도가 제어할 수 없게 된다. 천연가스의 단열 산화 퍼니스의 열절연 내화재들은 대개 취성 재료인 한편, 그러한 혹서(violent heating)를 만날 때 쉽게 응력을 생성할 수 있으므로, 크랙을 생성하고 따라서 산화 퍼니스의 효율의 감소 또는 붕괴를 초래한다.
예를 들어, 미국 특허 번호 US6,946,114 B2가 천연가스의 촉매 산화용 공식과 반응 성능을 보고한 바와 같이, 지금까지, 천연가스의 촉매 산화에 대한 연구는 촉매의 여과, 준비 및 다른 측면들에 주로 집중되었다. 그러나, 천연가스의 촉매 산화 퍼니스를 보호하고 정상 운전 상태로 안정되게 변환시키기 위하여, 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 내의 제어 온도의 효과적인 제어 방법은 여전히 풀리지 않고 있다.
전술한 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 천연가스의 단열 촉매 산화 퍼니스의 온라인 건조 방법을 제공하는 것으로서, 이러한 방법은 온라인 건조 기간 동안 천연가스의 촉매 산화 퍼니스의 온도 변동들을 감소시킴으로써, 퍼니스 내의 내화재 라이너의 크랙을 방지하고 산화 퍼니스가 정상 운전 상태로 스무스하게 진행하는 것을 보장한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 천연가스의 단열 촉매 산화 퍼니스를 위한 온라인 건조 방법이 제공된다.
이러한 방법은,
1) 산소와 천연가스를 포함하는 원료 가스, 및 반응 온도 상승율을 감소시킬 수 있는 온도 제어 가스를 촉매가 로딩된 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 속으로 충진하는 단계로서, 원료 가스 내의 천연가스에 대한 산소의 몰비는 0.3-0.6:1이고, 원료 가스에 대한 온도 제어 가스의 몰비는 0.1-7:1.3-1.6이고;
2) 단계 1) 내의 원료 가스와 온도 제어 가스를 포함하는 혼합 가스를 예열시키고 혼합 가스의 온도를 점차적으로 증가시키고, 혼합 가스의 온도가 산화 반응 촉발(triggering) 온도에 도달할 때 예열을 멈추는 단계; 및
3) 단계 1)의 몰비 내에서, 혼합 가스의 온도의 상승이 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 내의 열절연 내화재의 드라잉-아웃 곡선의 온도 상승율에 합치하도록, 원료 가스에 대한 온도 제어 가스의 몰비를 점차적으로 감소시키고, 반응 온도가 촉매 산화 퍼니스의 작업 온도에 도달할 때 온도 제어 가스의 충진을 중단하는 단계를, 포함한다.
일 실시예에서, 단계 3)에서, 원료 가스에 대한 온도 제어 가스의 몰비를 점차적으로 감소시키는 동안, 본 방법은 혼합 가스의 온도의 상승이 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 내의 열절연 내화재의 드라잉-아웃 커브의 온도 상승율에 합치하도록 원료 가스 내의 천연가스에 대한 산소의 몰비를 조절하는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 온도 제어 가스는 불활성 기체, N2, CO2, 수증기, 또는 이들의 혼합물이다.
일 실시예에서, 단계 2)에서, 산화 반응 촉발 온도는 300℃ 내지 600℃이다.
일 실시예에서, 단계 3)에서, 원료 가스에 대한 온도 제어 가스의 몰비를 점차적으로 감소시키는 동안, 본 방법은 혼합 가스의 온도의 상승이 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 내의 열절연 내화재의 드라잉-아웃 곡선의 온도 상승율에 합치하도록, 원료 가스 내의 천연가스에 대한 산소의 몰비를 증가시키는 단계를 더 포함한다.
일 실시예에서, 단계 3)에서, 혼합 가스의 온도가 280℃부터 750℃까지 증가될 때, 원료 가스에 대한 온도 제어 가스의 몰비는 7:1.3-1.6부터 0-5:1.3-1.6까지 감소한다.
일 실시예에서, 단계 3)에서, 혼합 가스의 온도가 280℃부터 750℃까지 증가될 때, 원료 가스에 대한 온도 제어 가스의 몰비는 5.1-7:1.4-1.6부터 0-5:1.4-1.6까지 감소하고, 원료 가스 내의 천연가스에 대한 산소의 몰비는 0.3-0.4:1부터 0.41-0.6:1까지 증가된다.
본 개시의 천연가스의 단열 촉매 산화 퍼니스를 위한 온라인 건조 방법의 장점들은 다음과 같이 요약된다.
1. 본 발명의 방법은 반응비를 감소시키고 연소 특성 또는 연소-지원 특성 없이 온도 제어 가스를 사용하여 원료 가스와 온도 제어 가스를 혼합함으로써 열의 일부분을 제거하고, 가열 단계 동안 온도 제어 가스의 몰비를 적절하게 제어함으로써 반응 온도를 제어함으로써, 온라인 건조/시동 기간 동안 산화 퍼니스 내의 온도의 변동 범위를 감소시키고, 산화 반응 동안 퍼니스 내의 열 충격을 용이하게 방지하고, 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 내의 열단열 내화재의 설계된 드라잉-아웃 곡선에 의해 필요한 온도 상승비에 따라 혼합 가스의 반응 온도를 상승시키고 천연가스의 촉매 산화 퍼니스의 제어 가능한 가열 곡선을 구현하고, 따라서 열충격에 따른 열절연 내화재의 크랙을 방지하고, 천연가스의 촉매 산화 퍼니스를 보호하여 정상 운전 상태로 안정되게 전환시킨다.
2. 본 발명에서 원료 가스는 연소 특성 또는 연소-지원 특성 없이 온도 제어 가스와 혼합되고, 반응 온도는 온도 제어 가스의 비율의 적절한 제어에 의해 제어되고 가열 단계 동안 산소에 대한 천연가스의 몰비가 조절되고, 따라서, 본 발명은 천연가스의 촉매 산화 퍼니스의 제어 가능하고 상대적으로 적당한 온라인 건조 방법을 제공함으로써, 생성된 크랙에 연유하여 산화 퍼니스의 효율의 감소 또는 붕괴를 더 효과적으로 방지하게 된다.
3. 본 발명의 방법은 온라인 건조/시동 공정 동안 가열의 범위를 제어할 수 있고 천연가스의 단열 촉매 산화 퍼니스의 탄소 축적의 위험을 감소시킬 수 있다.
도 1은 선행 기술에서 열절연 내화재의 드라잉-아웃 곡선이다.
도 2는 예제 1에서 N2의 유동율의 변화를 가진 촉매층으로부터 배출되는 가스의 온도의 변화 챠트이다.
도 3은 예제 2에서 헬륨의 유동율의 변화를 가진 촉매층으로부터 배출되는 가스의 온도의 변화 챠트이다.
도 4는 예제 3에서 CO2의 유동율의 변화를 가진 촉매층으로부터 배출되는 가스의 온도의 변화 챠트이다.
도 5는 예제 4에서 N2의 유동율의 변화를 가진 촉매층으로부터 배출되는 가스의 온도의 변화 챠트이다.
도 6은 예제 5에서 H2O의 유동율의 변화를 가진 촉매층으로부 배출되는 가스의 온도의 변화 챠트이다.
도 7은 예제 6에서 아르곤의 유동율의 변화를 가진 촉매층으로부터 배출되는 가스의 온도의 변화 챠트이다.
도 2는 예제 1에서 N2의 유동율의 변화를 가진 촉매층으로부터 배출되는 가스의 온도의 변화 챠트이다.
도 3은 예제 2에서 헬륨의 유동율의 변화를 가진 촉매층으로부터 배출되는 가스의 온도의 변화 챠트이다.
도 4는 예제 3에서 CO2의 유동율의 변화를 가진 촉매층으로부터 배출되는 가스의 온도의 변화 챠트이다.
도 5는 예제 4에서 N2의 유동율의 변화를 가진 촉매층으로부터 배출되는 가스의 온도의 변화 챠트이다.
도 6은 예제 5에서 H2O의 유동율의 변화를 가진 촉매층으로부 배출되는 가스의 온도의 변화 챠트이다.
도 7은 예제 6에서 아르곤의 유동율의 변화를 가진 촉매층으로부터 배출되는 가스의 온도의 변화 챠트이다.
본 발명을 더 상세히 설명하기 위해, 천연가스의 단열 촉매 산화 퍼니스용 온라인 건조 방법의 상세한 내용이 아래에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 이어지는 예제들은 본 발명을 설명할 의도이지 본 발명을 한정하는 것은 아님을 유의해야 한다.
예제 1
먼저, N2, 천연가스 및 산소가 귀금속 촉매가 로딩된 상태에서 천연가스의 건조된 촉매 산화 퍼니스 속으로 투입되었고, 여기서, 천연가스는 99.9%(v/v) 초과의 메탄을 포함하고; 천연가스의 유동율은 1kmol/h이고; 산소의 순도는 99.9%를 초과하고; 산소의 유동율은 0.6kmol/h이고; N2의 순도는 99.9%를 초과하고; N2의 유동율은 7kmol/h이었다. 이후, N2, 천연가스 및 산소를 포함하는 혼합 가스는 300℃로 예열되어 촉매 산화를 촉발하였고; 예열을 멈추고, 혼합 가스의 반응 온도의 상승이 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 내의 열단열 내화재의 설계된 드라잉-아웃 곡선의 온도 상승비에 합치하도록, 질소의 유동율이 영(0)이 될 때까지 질소의 유동율을 점차적으로 감소시켰다. 구체적으로, 온도는 촉매 산화 퍼니스의 정상 작업 온도인 1115℃까지 꾸준히 상승하였다. 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 내의 열절연 내화제의 드라잉-아웃 곡선은 도 1에 도시된다.
건조 단계 동안, N2의 유동율이 감소함에 따라, N2의 유동율들이 7kmol/h, 6kmol/h, 5kmol/h, 4kmol/h, 3kmol/h, 2kmol/h, 1kmol/h 및 0.1kmol/h일 때 촉매층으로부터 배출되는 가스의 온도는 도 2에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, N2의 유동율이 감소함에 따라, 퍼니스 내의 가스 온도는 열충격 없이 꾸준히 증가하고; N2에 대한 산소에 대한 천연가스의 몰비가 [표 1]에 도시되고 각각 건조의 절연 단계이다.
건조 온도/°C | 125 | 280 | 650 | 750 | 1100 |
예시 1 CH4:O2:N2 |
1:0.6:7 | 1:0.6:7 | 1:0.6:6.5 | 1:0.6:3 | 1:0.6:0.05 |
예시 2 CH4:O2:He |
1:0.3:7 | 1:0.3:7 | 1:0.3:5 | 1:0.3:0.3 | - |
예시 3 CH4:O2:CO2 |
1:0.4:7 | 1:0.4:7 | 1:0.4:1 | 1:0.4:0.1 | - |
예시 4 CH4:O2:N2 |
1:0.4:4 | 1:0.4:4 | 1:0.45:3 | 1:0.51:1 | 1:0.6:0.05 |
예시 5 CH4:O2:H2O |
1:0.4:4 | 1:0.4:4 | 1:0.4:2 | 1:0.47:1.5 | 1:0.56:0.3 |
예시 6 CH4:O2:Ar |
1:0.4:3.5 | 1:0.4:3.5 | 1:0.4:3 | 1:0.5:1.2 | 1:0.6:0.1 |
예제 2
먼저, 헬륨, 천연가스 및 산소가 귀금속 촉매가 로딩된 상태에서 천연가스의 건조된 촉매 산화 퍼니스 속으로 투입되었고, 여기서, 천연가스는 99.9%(v/v) 초과의 메탄을 포함하고; 천연가스의 유동율은 1kmol/h이고; 산소의 순도는 99.9%를 초과하고; 산소의 유동율은 0.3kmol/h이고; 헬륨의 순도는 99.9%를 초과하고; 헬륨의 유동율은 7kmol/h이었다. 이후, 헬륨, 천연가스 및 산소를 포함하는 혼합 가스는 550℃로 예열되어 촉매 산화를 촉발하였고; 예열을 멈추고, 혼합 가스의 반응 온도의 상승이 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 내의 열단열 내화재의 설계된 드라잉-아웃 곡선의 온도 상승비에 합치하도록, 헬륨의 유동율이 영(0)이 될 때까지 헬륨의 유동율을 점차적으로 감소시켰다. 구체적으로, 온도는 촉매 산화 퍼니스의 정상 작업 온도인 760℃까지 꾸준히 상승하였다. 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 내의 열절연 내화제의 드라잉-아웃 곡선은 도 1에 도시된다.
건조 단계 동안, 헬륨의 유동율이 감소함에 따라, 헬륨의 유동율들이 7kmol/h, 6kmol/h, 5kmol/h, 4kmol/h, 3kmol/h, 2kmol/h, 1kmol/h 및 0.1kmol/h일 때 촉매층으로부터 배출되는 가스의 온도는 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 헬륨의 유동율이 감소함에 따라, 퍼니스 내의 가스 온도는 열충격 없이 꾸준히 증가하고; 헬륨에 대한 산소에 대한 천연가스의 몰비가 [표 1]에 도시되고 각각 건조의 절연 단계이다.
예제 3
먼저, CO2, 천연가스 및 산소가 귀금속 촉매가 로딩된 상태에서 천연가스의 건조된 촉매 산화 퍼니스 속으로 투입되었고, 여기서, 천연가스는 99.9%(v/v) 초과의 메탄을 포함하고; 천연가스의 유동율은 1kmol/h이고; 산소의 순도는 99.9%를 초과하고; 산소의 유동율은 0.4kmol/h이고; CO2의 순도는 99.9%를 초과하고; CO2의 유동율은 7kmol/h이었다. 이후, CO2, 천연가스 및 산소를 포함하는 혼합 가스는 600℃로 예열되어 촉매 산화를 촉발하였고; 예열을 멈추고, 혼합 가스의 반응 온도의 상승이 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 내의 열단열 내화재의 설계된 드라잉-아웃 곡선의 온도 상승비에 합치하도록, CO2의 유동율이 영(0)이 될 때까지 CO2의 유동율을 점차적으로 감소시켰다. 구체적으로, 온도는 촉매 산화 퍼니스의 정상 작업 온도인 760℃까지 꾸준히 상승하였다. 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 내의 열절연 내화제의 드라잉-아웃 곡선은 도 1에 도시된다.
건조 단계 동안, CO2의 유동율이 감소함에 따라, CO2의 유동율들이 7kmol/h, 6kmol/h, 5kmol/h, 4kmol/h, 3kmol/h, 2kmol/h, 1kmol/h 및 0.1kmol/h일 때 촉매층으로부터 배출되는 가스의 온도는 도 4에 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, CO2의 유동율이 감소함에 따라, 퍼니스 내의 가스 온도는 열충격 없이 꾸준히 증가하고; CO2에 대한 산소에 대한 천연가스의 몰비가 [표 1]에 도시되고 각각 건조의 절연 단계이다.
예제 4
먼저, N2, 천연가스 및 산소가 귀금속 촉매가 로딩된 상태에서 천연가스의 건조된 촉매 산화 퍼니스 속으로 투입되었고, 여기서, 천연가스는 99.9%(v/v) 초과의 메탄을 포함하고; 천연가스의 유동율은 1kmol/h이고; 산소의 순도는 99.9%를 초과하고; 산소의 유동율은 0.3kmol/h이고; N2의 순도는 99.9%를 초과하고; N2의 유동율은 7kmol/h이었다. 이후, N2, 천연가스 및 산소를 포함하는 혼합 가스는 300℃로 예열되어 촉매 산화를 촉발하였고; 예열을 멈추고, 혼합 가스의 반응 온도의 상승이 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 내의 열단열 내화재의 설계된 드라잉-아웃 곡선의 온도 상승비에 합치하도록, 질소의 유동율을 점차적으로 감소시켜 산소에 대한 천연가스의 몰비를 조절하였다. 구체적으로, 온도는 촉매 산화 퍼니스의 정상 작업 온도인 1115℃까지 꾸준히 상승하였다. 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 내의 열절연 내화제의 드라잉-아웃 곡선은 도 1에 도시된다.
건조 단계 동안, N2의 유동율이 감소하고 산소의 유동율이 증가함에 따라, N2의 유동율들이 7kmol/h, 6kmol/h, 5kmol/h, 4kmol/h, 3kmol/h, 2kmol/h, 1kmol/h 및 0.1kmol/h일 때 촉매층으로부터 배출되는 가스의 온도는 도 5에 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, N2의 유동율이 감소하고 산소의 유동율이 증가함에 따라, 퍼니스 내의 가스 온도는 열충격 없이 꾸준히 증가하고; N2에 대한 산소에 대한 천연가스의 몰비가 [표 1]에 도시되고 각각 건조의 절연 단계이다.
예제 5
먼저, 수증기, 천연가스 및 산소가 귀금속 촉매가 로딩된 상태에서 천연가스의 건조된 촉매 산화 퍼니스 속으로 투입되었고, 여기서, 천연가스는 99.9%(v/v) 초과의 메탄을 포함하고; 천연가스의 유동율은 1kmol/h이고; 산소의 순도는 99.9%를 초과하고; 산소의 유동율은 0.3kmol/h이고; 수증기의 순도는 99.9%를 초과하고; 수증기의 유동율은 7kmol/h이었다. 이후, 수증기, 천연가스 및 산소를 포함하는 혼합 가스는 600℃로 예열되어 촉매 산화를 촉발하였고; 예열을 멈추고, 혼합 가스의 반응 온도의 상승이 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 내의 열단열 내화재의 설계된 드라잉-아웃 곡선의 온도 상승비에 합치하도록, 수증기의 유동율을 점차적으로 감소시키고 산소에 대한 천연가스의 몰비를 조절 즉, 산소의 몰비율을 점차적으로 증가시켰다. 구체적으로, 온도는 촉매 산화 퍼니스의 정상 작업 온도인 1342℃까지 꾸준히 상승하였고, 수증기의 유동율이 영(0)이 되었고, 산소에 대한 천연가스의 몰비는 1:0.6이었다. 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 내의 열절연 내화제의 드라잉-아웃 곡선은 도 1에 도시된다.
건조 단계 동안, 수증기의 유동율이 감소하고 산소의 유동율이 증가함에 따라, 수증기의 유동율들이 7kmol/h, 6kmol/h, 5kmol/h, 4kmol/h, 3kmol/h, 2kmol/h, 1kmol/h 및 0.1kmol/h이고 산소의 유동율이 0.3kmol/h, 0.4kmol/h, 0.5kmol/h, 및 0.6kmol/h일 때 촉매층으로부터 배출되는 가스의 온도는 도 6에 도시되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 수증기의 유동율이 감소하고 산소의 유동율이 증가함에 따라, 퍼니스 내의 가스 온도는 열충격 없이 꾸준히 증가하고; 수증기에 대한 산소에 대한 천연가스의 몰비가 [표 1]에 도시되고 각각 건조의 절연 단계이다.
예제 6
먼저, 아르곤, 천연가스 및 산소가 귀금속 촉매가 로딩된 상태에서 천연가스의 건조된 촉매 산화 퍼니스 속으로 투입되었고, 여기서, 천연가스는 99.9%(v/v) 초과의 메탄을 포함하고; 천연가스의 유동율은 1kmol/h이고; 산소의 순도는 99.9%를 초과하고; 산소의 유동율은 0.3kmol/h이고; 아르곤의 순도는 99.9%를 초과하고; 아르곤의 유동율은 7kmol/h이었다. 이후, 아르곤, 천연가스 및 산소를 포함하는 혼합 가스는 300℃로 예열되어 촉매 산화를 촉발하였고; 예열을 멈추고, 혼합 가스의 반응 온도의 상승이 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 내의 열단열 내화재의 설계된 드라잉-아웃 곡선의 온도 상승비에 합치하도록, 아르곤의 유동율을 점차적으로 감소시키고 산소에 대한 천연가스의 몰비를 조절 즉, 산소의 몰비율을 점차적으로 증가시켰다. 구체적으로, 온도는 촉매 산화 퍼니스의 정상 작업 온도인 1115℃까지 꾸준히 상승하였고, 아르곤의 유동율이 영(0)이 되었고, 산소에 대한 천연가스의 몰비는 1:0.6이었다. 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 내의 열절연 내화제의 드라잉-아웃 곡선은 도 1에 도시된다.
건조 단계 동안, 아르곤의 유동율이 감소하고 산소의 유동율이 증가함에 따라, 아르곤의 유동율들이 7kmol/h, 6kmol/h, 5kmol/h, 4kmol/h, 3kmol/h, 2kmol/h, 1kmol/h 및 0.1kmol/h이고 산소의 유동율이 0.3kmol/h, 0.4kmol/h, 0.5kmol/h, 및 0.6kmol/h일 때 촉매층으로부터 배출되는 가스의 온도는 도 7에 도시되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 수증기의 유동율이 감소하고 산소의 유동율이 증가함에 따라, 퍼니스 내의 가스 온도는 열충격 없이 꾸준히 증가하고; 수증기에 대한 산소에 대한 천연가스의 몰비가 [표 1]에 도시되고 각각 건조의 절연 단계이다.
도 2 내지 도 6은 각각 질소, 헬륨, 이산화탄소, 수증기, 아르곤의 몰비에 대한 베드의 출구 온도의 플로우 챠트로서 별도의 부호는 존재하지 않음.
Claims (8)
- 천연가스의 단열 촉매 산화 퍼니스를 위한 온라인(online) 건조 방법에 있어서:
1) 산소와 천연가스를 포함하는 원료 가스, 및 반응 온도 상승율을 감소시킬 수 있는 온도 제어 가스를 촉매가 로딩된 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 속으로 충진하는 단계로서, 상기 원료 가스 내의 천연가스에 대한 상기 산소의 몰비는 0.3-0.6:1이고, 상기 원료 가스에 대한 상기 온도 제어 가스의 몰비는 0.1-7:1.3-1.6이고;
2) 단계 1) 내의 상기 원료 가스와 상기 온도 제어 가스를 포함하는 혼합 가스를 예열시키고, 상기 혼합 가스의 온도를 점차적으로 증가시키고, 상기 혼합 가스의 온도가 산화 반응 촉발(triggering) 온도에 도달할 때 예열을 멈추는 단계; 및
3) 단계 1)의 몰비 내에서, 상기 혼합 가스의 온도의 상승이 상기 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 내의 열절연 내화재의 드라잉-아웃(drying-out) 곡선의 온도 상승율에 합치하도록, 상기 원료 가스에 대한 상기 온도 제어 가스의 몰비를 점차적으로 감소시키고, 반응 온도가 촉매 산화 퍼니스의 작업 온도에 도달할 때 상기 온도 제어 가스의 충진을 중단하는 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 1에서,
단계 3)에서, 상기 원료 가스에 대한 온도 제어 가스의 몰비를 점차적으로 감소시키는 동안, 상기 혼합 가스의 온도의 상승이 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 내의 열절연 내화재의 드라잉-아웃 커브의 온도 상승율에 합치하도록, 상기 원료 가스 내의 천연가스에 대한 산소의 몰비를 조절하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 1 또는 청구항 2에서,
상기 온도 제어 가스는 불활성 기체, N2, CO2, 수증기, 또는 이들의 혼합물인, 방법.
- 청구항 1 또는 청구항 2에서,
단계 2)에서, 상기 산화 반응 촉발 온도는 300℃ 내지 600℃인, 방법.
- 청구항 1 또는 청구항 2에서,
단계 3)에서, 상기 원료 가스에 대한 상기 온도 제어 가스의 몰비를 점차적으로 감소시키는 동안, 상기 혼합 가스의 온도의 상승이 천연가스의 촉매 산화 퍼니스 내의 열절연 내화재의 드라잉-아웃 곡선의 온도 상승율에 합치하도록, 상기 원료 가스 내의 천연가스에 대한 산소의 몰비를 증가시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 1 또는 청구항 2에서,
단계 3)에서, 상기 혼합 가스의 온도가 280℃부터 750℃까지 증가될 때, 상기 원료 가스에 대한 상기 온도 제어 가스의 몰비가 7:1.3-1.6부터 0-5:1.3-1.6까지 감소하는, 방법.
- 청구항 1 또는 청구항 2에서,
단계 3)에서, 상기 혼합 가스의 온도가 280℃부터 750℃까지 증가될 때, 상기 원료 가스에 대한 상기 온도 제어 가스의 몰비가 5.1-7:1.4-1.6부터 0-5:1.4-1.6까지 감소되고, 상기 원료 가스 내의 상기 천연가스에 대한 상기 산소의 몰비가 0.3-0.4:1부터 0.41-0.6:1까지 증가되는, 방법.
- 청구항 5에서,
단계 3)에서, 상기 혼합 가스의 온도가 280℃부터 750℃까지 증가될 때, 상기 원료 가스에 대한 상기 온도 제어 가스의 몰비가 5.1-7:1.4-1.6부터 0-5:1.4-1.6까지 감소되고, 상기 원료 가스 내의 상기 천연가스에 대한 상기 산소의 몰비가 0.3-0.4:1부터 0.41-0.6:1까지 증가되는, 방법.
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