KR20200035368A - 구분된 상자형 스팀 메탄 개질기 - Google Patents

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KR20200035368A
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그레그 카
쿠옹 응우엔
마이클 오브리언
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엑스티엘 홀딩스, 엘엘씨
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Abstract

상자형 스팀 메탄 개질기(15)는 복수의 섹션(37)을 가지며, 복수의 섹션(37) 각각은 내부 공동(35)을 형성하는 벽(27-29-31,33)과 내부 공동과 연통하는 개방 단부(43)를 갖는다. 각각의 섹션은 하부 벽 외부에 위치한 합성 가스 수집관(79) 및 연도 가스 수집 덕트(75) 뿐만 아니라, 상부 벽을 따라 위치한 공급 원료 공급관(71) 및 연료 공급관(63)을 갖는다. 관 및 덕트는 섹션이 함께 조립되게 하기 위해 서로에 대해 정렬된 단부를 갖는다. 버너(67)가 내부 공동 내에 있으며 연료 공급관에 연결되어 있다. 반응기 튜브(59)는 내부 공동을 통해 연장된다. 내화 부재(81)는 내부 공동 내에 위치하고 슬롯을 가로지른다. 내화 부재들 사이의 간격은 연도 가스의 흐름을 제어하기 위해 변한다.

Description

구분된 상자형 스팀 메탄 개질기
본 발명은, 스팀 메탄 개질기의 제조, 운반, 및 설치를 포함하는, 스팀 메탄 개질기와 관련이 있다.
스팀 메탄 개질기, 또는 SMR은, 수소 공급을 필요로 하는 다양한 공정을 위한 수소를 생성하는 데에 사용될 뿐만 아니라. 가스-액체 산업에 사용된다. 스팀 메탄 개질시에, 증기 및 메탄은 적절한 온도 및 압력 조건하에서 촉매의 존재하에 함께 반응하여 합성된 가스, 또는 합성 가스를 생성한다. 이러한 공정에 의해 생성되는 2개의 가스는 일산화탄소(CO)와 수소(H2)이다. 촉매는 전형적으로 니켈 촉매이다.
합성 가스는 피셔-트로프슈(Fischer-Tropsch) 공정에서 가솔린, 디젤, 오일, 파라핀 등과 같은 탄화수소를 생산하는 데 사용된다. 피셔-트로프 공정에서, 적절한 온도 및 압력 조건하에서 합성 가스를 피셔-트로프슈 촉매와 접촉시켜 탄화수소가 생성된다. 촉매 및 작업 조건을 선택함으로써, 원하는 탄화수소가 생성될 수 있다.
스팀 메탄 개질기에는 몇 가지 유형이 있다. 하나의 유형은 연료 전지용으로 설계되었으며 일반적으로 크기와 출력이 작다. 하나의 예는 판형 개질기이다. 이러한 판형 개질기는 제품이 판매되는 상용 피셔-트로프슈 공정을 위한 대량의 합성 가스를 생산하기에는 적합하지 않다.
합성 가스를 생산하는 개질 공정은 매우 흡열적이다. 따라서, 열원이 제공된다. 전형적인 스팀 메탄 개질기는 내부 버너를 갖춘 노(furnace)가 있다. 노 내부에는 촉매를 포함하는 관이 있다. 증기와 메탄은 튜브의 한쪽 끝으로 보내지는데, 합성 가스가 튜브의 다른 쪽 끝으로 빠져나간다.
도시 또는 마을에 가까운 화학 공장을 건설하는 데 필요한 허가를 얻는 것은 매우 어렵다. 필요한 허가가 취득되더라도, 이웃 기업들이 그러한 화학 공장 건설을 막기 위해 소송 등의 전략을 취한다. 결과적으로, 스팀 메탄 개질기 및 관련 피셔-트로프슈 반응기와 같은 화학 플랜트는 도시, 마을, 및 다른 인구 센터와 떨어진 곳에 위치한다. 이는 공장을 건설하는 데 어려움을 초래한다.
스팀 메탄 개질기는 현재 소형 및 대형의 두 가지 방법 중 하나로 제작된다. 작은 스팀 메탄 개질기는 일반적으로 4개에서 40개의 반응기 튜브를 포함하는 둥근 용기가 있는 자체 완비형의 완전한 유닛이다. 유닛은 샵에서 제작되어 화학 공장 위치로 운송된다. 이러한 유닛의 크기는 운송 제약으로 인해 제한된다. 제작 제약으로 인해, 이러한 라운드 유닛에 있는 버너는 선박의 하부에 위치하고 일단 작동되면 위쪽으로 불을 낸다. 이는 반응기 튜브가 내향 측면에서만 복사열을 받음을 의미한다. 결과적으로, 이들 유닛은 열효율이 가장 뛰어난 설계가 아니며, 보다 효율적인 개질 장치보다 합성 가스 유닛을 생성하는 데 더 많은 연료가 필요하다. 또한, 개질기의 크기가 작기 때문에, 용량은 심각하게 제한된다. 복수의 라운드 스팀 메탄 개질기가 더 큰 용량을 달성하기 위해 사용될 수 있으나, 관련 덕트 및 필요한 열 회수 장비의 복잡성으로 인해, 대부분의 화학 플랜트 부지는 2개의 둥근 용기의 구성으로 제한된다.
많은 경우에, 합성 가스에 대한 요건은 하나 또는 두 개의 소형 라운드 반응기의 용량보다 훨씬 크다. 이러한 큰 장비로 인해, 상자 형태의 개질기가 사용된다. 용광로는 상자 형태이다. 전형적인 상자형 개질기는 수백개의 튜브를 포함하고있어 결과적으로 다량의 합성 가스를 생성한다. 버너는 일반적으로 상단에 장착되고 아래로 불을 낸다. 반응기 튜브는 양쪽에 버너가 있는 열로 배열되어 있어 원형 유닛과 마찬가지로 한쪽이 아니라 전체 튜브의 복사열을 허용한다. 결과적으로, 상자 개질 장치는 훨씬 효율적으로 생산되며, 생성된 합성 가스의 단위당 연료 가스가 더 적게 필요하다. 이들의 크기로 인해, 이들 유닛들은 주로 현장에서 현장 제작된다. 현장 제작은 튜브를 용접하고 현장의 다양한 부품을 조립하는 작업을 수반한다. 촉매가 들어있는 반응기 튜브는 특별한 인증을 받은 고도로 숙련된 용접공을 필요로 하는 특별한 고 니켈 합금이다.
인구 센터에서 멀리 떨어져 있는 데에 공장을 위치시키는 것 외에도, 공장은 전국 곳곳에 흩어져 있으며 한 곳에 집중되어 있지 않다. 결과적으로, 작업자는 특정 공장 위치로 이동하여 일을 하고, 종종 한 번에 몇 달 동안 일을 한다. 공장 위치가 멀리 떨어져 있어, 많은 작업자가 작업을 끝내기 전에 일을 그만둔다. 높은 현장 노동 구성 요소 및 회전율을 갖춘 현장 제조는 설치 비용을 상당히 추가한다. 따라서, 그러한 설비를 건설하는 데 드는 비용이 매우 높기 때문에 설비 수가 제한된다.
많은 피셔-트로프슈 생산 제품은 환경 친화적이며 무 오염 제품이다. 그러나, 피셔-트로프슈 생산 제품의 현재 생산은 높은 생산 비용으로 인해 제한된다. 이는 대형 스팀 메탄 개질 장치의 설치 비용이 높거나 소형 장치의 열효율이 낮기 때문이다.
열효율이 높고 비용이 덜 드는 스팀 메탄 개질기를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상부 벽, 하부 벽, 및 내부 공동을 형성하는 측벽을 포함하는 상자형 스팀 메탄 개질기 섹션(reformer section)을 제공한다. 섹션은 내부 공동과 연통하는 개방 단부를 갖는다. 적어도 하나의 공급 원료 공급관이 내부 공동 외부의 상부 벽을 따라 위치되고, 연료 공급관은 연료 공급관 단부를 갖는다. 하나 이상의 합성 가스 수집 관이 하부 벽 외부에 위치하며, 합성 가스 수집관은 합성 가스 수집관 단부를 갖는다. 적어도 하나의 연도 가스(flue gas) 수집 덕트가 하부 벽의 외부에 위치하며, 연도 가스 수집 덕트는 연도 가스 수집 덕트 단부를 갖는다. 반응기 튜브는 내부 공동 내에 위치하며 하부 벽으로부터 상부 벽까지 연장되고, 반응기 튜브는 공급 원료 공급관에 연결된 상부 단부 및 합성 가스 수집관에 연결된 하부 단부를 갖는다. 버너는 상부 벽에 인접한 내부 공동에 위치하며 연료 공급관에 연결된다. 버너는 반응기 튜브의 복사열을 제공한다. 스팀 메탄 개질기 섹션이 제2 스팀 메탄 개질기 섹션으로 조립될 때, 스팀 메탄 개질기 섹션의 섹션 단부, 공급 원료 공급관 단부, 연료 공급관 단부, 합성 가스 수집관 단부, 및 연도 가스 수집 덕트 단부가 제2 스팀 메탄 개질기 섹션의 섹션 단부, 공급 원료 공급관 단부, 연료 공급관 단부, 합성 가스 수집관 단부, 및 연도 가스 수집 덕트 단부에 결합되도록, 공급 원료 공급관 단부, 연료 공급관 단부, 합성 가스 수집관 단부, 및 연도 가스 수집 덕트 단부는 서로에 대해 및 섹션 단부에 대해 정렬된다.
하나의 측면에서, 섹션은 섹션 단부 둘레의 플랜지를 더 포함한다.
또다른 측면에서, 섹션은 공급 원료 공급관 단부, 연료 공급관 단부, 합성 가스 수집관 단부, 및 연도 가스 수집 덕트 단부 둘레의 플랜지를 더 포함한다.
또다른 측면에서, 섹션은 상부 벽, 하부 벽, 및 측벽들 내부의 단열재를 더 포함한다.
또다른 측면에서, 섹션은 하부 벽에 적어도 하나의 슬롯을 더 포함한다. 슬롯이 연도 가스 수집 덕트와 정렬되어 내부 공동이 연도 가스 수집 덕트와 통할 수 있게 된다. 복수의 내화 부재는 내부 공동 및 슬롯을 가로질러 위치한다. 내화 부재는 내부 공동이 연도 가스 수집 덕트와 소통하게 하는 갭(gap)에 의해 서로 분리된다.
또다른 측면에서, 갭의 크기는 섹션 단부에서 섹션 단부까지 슬롯의 길이에 따라 가변한다.
또다른 측면에서, 다리는 지면으로부터 떨어진 하부 벽을 지지한다.
또다른 측면에서, 섹션은 섹션 단부 둘레의 플랜지, 및 원료 공급관 단부, 연료 공급관 단부, 합성 가스 수집관 단부, 및 연도 가스 수집 덕트 단부 둘레의 플랜지를 더 포함한다. 단열재가 상부 벽, 하부 벽, 및 측벽 내부에 있다. 적어도 하나의 슬롯이 하부의 웨일(wail)에 있고, 슬롯은 연도 가스 수집 덕트와 정렬되어 있다. 복수의 내화 부재가 내부 공동 및 슬롯을 가로질러 위치하며, 내화 부재는 내부 공동이 연도 가스 수집 덕트와 통하게 하는 갭에 의해 서로 분리된다. 갭의 크기는 섹션의 단부에서 섹션의 단부까지 슬롯의 길이에 따라 가변한다. 다리는 지면으로부터 떨어진 하부 벽을 지지한다.
본 발명은 또한 복수의 섹션을 포함하는 상자형 스팀 메탄 개질기를 제공한다. 각각의 섹션은 상부 벽, 하부 벽, 및 내부 공동을 형성하는 측벽을 포함한다. 각각의 섹션은 내부 공동과 연통하는 개방 단부를 갖는다. 적어도 하나의 공급 원료 공급관이 내부 공동 외부의 상부 벽을 따라 위치하고, 공급 원료 공급관은 공급 원료 공급관 단부를 갖는다. 적어도 하나의 연료 공급관이 내부 공동 외부의 상부 벽을 따라 위치되고, 연료 공급관은 연료 공급관 단부를 갖는다. 적어도 하나의 합성 가스 수집관이 하부 벽 외부에 위치하며, 합성 가스 수집관은 합성 가스 수집 관 단부를 갖는다. 적어도 하나의 연도 가스 수집 덕트가 하부 벽의 외부에 위치하며, 연도 가스 수집 덕트는 연도 가스 수집 덕트 단부를 갖는다. 반응기 튜브는 내부 공동에 위치하고 하부 벽에서 상부 벽까지 연장된다. 반응기 튜브는 공급 원료 공급관에 연결된 상부 단부 및 합성 가스 수집관에 연결된 하부 단부를 갖는다. 버너는 상부 벽에 인접한 내부 공동에 위치하며 연료 공급관에 연결된다. 버너는 반응기 튜브의 복사열을 제공한다. 제1 섹션과 제2 섹션 사이에 연속적인 내부 공동을 형성하기 위해, 제1 섹션의 단부 중 하나는 제2 섹션의 단부 중 하나에 결합되고, 제1 섹션의 공급 원료 공급관 단부 중 하나는 제2 섹션의 공급 원료 공급관 단부 중 하나에 결합되며, 제1 섹션의 연료 공급관 단부 중 하나는 제2 섹션 연료 공급관 단부 중 하나에 결합되고, 제1 섹션의 합성 가스 수집관 단부 중 하나는 제2 섹션의 합성 가스 수집관 단부 중 하나에 연결되며, 제1 섹션의 연도 가스 수집 덕트 단부 중 하나는 제2 섹션의 연도 가스 수집 덕트 단부 중 하나에 연결된다.
하나의 측면에 의하면, 플랜지는 제1 섹션 및 제2 섹션 각각의 단부 둘레에 있다.
또다른 측면에 의하면, 플랜지는 제1 섹션과 제2 섹션 각각의 공급 원료 공급관 단부, 제1 섹션 및 제2 섹션 각각의 연료 공급관 단부, 제1 섹션 및 제2 섹션 각각의 합성 가스 수집관 단부, 및 제1 섹션 및 제2 섹션 각각의 연도 가스 수집 덕트 단부의 둘레에 있다.
또다른 측면에 의하면, 단열재는 제1 섹션 및 제2 섹션 각각의 상부 벽, 하부 벽, 및 측벽 내에 있다.
또다른 측면에 의하면, 제1 섹션 및 제2 섹션 각각에 대해, 하부 벽에 적어도 하나의 슬롯이 있으며, 슬롯은 연도 가스 수집 덕트와 정렬되어 있다. 복수의 내화 부재가 내부 공동에 위치하고 슬롯을 가로질러 위치하며, 내화 부재는 내부 공동이 연도 수집 덕트와 통하게 하는 갭에 의해 서로 분리된다.
또다른 측면에 의하면, 갭의 크기는 섹션 단부에서 섹션 단부까지 슬롯의 길이에 따라 가변한다.
또다른 측면에 의하면, 다리는 지면에서 떨어진 하부 벽을 지지한다.
또다른 측면에 의하면, 섹션 중 2개는 개질기의 단부를 형성하고, 개질기 단부에 연결된 단부 섹션을 더 포함하며, 단부는 섹션의 내부 공동을 폐쇄한다.
또다른 측면에 의하면, 플랜지는 제1 섹션 및 제2 섹션 각각의 단부 둘레에 있다. 플랜지는 제1 섹션 및 제2 섹션 각각의 공급 원료 공급관 단부, 제1 섹션 및 제2 섹션 각각의 연료 공급관 단부, 제1 섹션 및 제2 섹션의 합성 가스 수집관 단부, 및 제1 섹션 및 제2 섹션의 연도 가스 수집 덕트 단부 둘레에 있다. 단열재는 제1 섹션 및 제2 섹션 각각의 상부 벽, 하부 벽, 및 측벽 내에 있다. 제1 섹션 및 제2 섹션 각각에 대해, 적어도 하나의 슬롯이 하부 벽에 있다. 슬롯은 연도 가스 수집 덕트와 정렬된다. 제1 섹션 및 제2 섹션 각각에 대해, 복수의 내화 부재가 공동 내에 위치하고 슬롯을 가로질러 위치한다. 슬롯을 가로질러 위치되는 내화 부재는 내부 공동이 연도 가스 수집 덕트와 통하게 하는 갭에 의해 서로 분리된다. 제1 섹션 및 제2 섹션 각각에 대해, 갭의 크기는 섹션 단부에서 섹션 단부까지 슬롯의 길이에 따라 가변한다. 다리는 하부의 하부 벽을 지지한다.
본 발명은 또한 상부 벽, 하부 벽, 및 내부 공동을 형성하는 측벽을 포함하는 상자형 스팀 메탄 개질기를 제공한다. 적어도 하나의 공급 원료 공급관이 내부 공동 외부의 상부 벽을 따라 위치한다. 적어도 하나의 연료 공급관이 내부 공동 외부의 상부 벽을 따라 위치한다. 적어도 하나의 합성 가스 수집관이 하부 벽의 외부에 위치한다. 적어도 하나의 연도 가스 수집 덕트가 하부 벽의 외부에 위치한다. 버너는 상부 벽에 인접한 내부 공동에 위치하며 연료 공급관에 연결된다. 버너는 반응기 튜브의 복사열을 제공한다. 반응기 튜브는 내부 공동에 위치하며, 반응기 튜브는 공급 원료 공급관에 연결되고, 반응기 튜브 각각은 합성 가스 수집관에 연결된 하부 단부를 가지며, 반응기 튜브의 하부 단부는 합성 가스 수집관에 의해 지지되고, 반응기 튜브는 상부 벽을 관통하고 상부 벽에 대해 팽창 및 수축한다.
하나의 측면에 의하면, 반응기 튜브 각각은 상부 구조로부터 매달린 스프링에 의해 지지되는 상부 단부를 갖는다.
또다른 측면에 의하면, 두 개의 반응기 튜브의 상부 단부는 두 개의 반응기 튜브 사이의 차등 팽창 및 수축을 허용하는 오버 헤드 지지부에 의해 지지된다.
본 발명은 또한 상부 벽, 하부 벽, 및 내부 공동을 형성하는 측벽을 포함하는 상자형 스팀 메탄 개질기를 제공한다. 적어도 하나의 공급 원료 공급관이 내부 공동 외부의 상부 벽을 따라 위치한다. 적어도 하나의 연료 공급관이 내부 공동 외부의 상부 벽을 따라 위치한다. 적어도 하나의 합성 가스 수집관이 하부 벽의 외부에 위치한다. 적어도 하나의 연도 가스 수집 덕트가 하부 벽의 외부에 위치한다. 버너는 상부 벽에 인접한 내부 공동에 위치하며 연료 공급관에 연결된다. 버너는 반응기 튜브의 복사열을 제공한다. 반응기 튜브는 내부 공동에 위치하며, 반응기 튜브는 공급 원료 공급관에 연결되고, 반응기 튜브 각각은 합성 가스 수집관에 연결된 하부 단부를 갖는다. 적어도 하나의 슬롯이 하부 벽에 있으며, 슬롯은 연도 가스 수집 덕트와 정렬되어 있다. 복수의 내화 부재가 공동의 내부에 위치하고 슬롯을 가로질러 위치한다. 슬롯을 가로질러 위치하는 내화 부재는 내부 공동이 연도 수집 덕트와 연통하는 것을 허용하는 갭에 의해 서로 분리된다.
하나의 측면에 의하면, 갭의 크기는 섹션 단부에서 섹션 단부까지 슬롯의 길이에 따라 가변한다.
도 1은 스팀 메탄 개질기를 포함하는 원격지에 위치하는 화학 플랜트를 나타낸 도면이다.
도 2는 바람직한 실시예에 따른, 본 발명의 구분된 상자형 스팀 메탄 개질기의 사시도이다.
도 3은 도 2의 구분된 스팀 메탄 개질기의 분해 사시도이다.
도 4는 스팀 메탄 개질기의 반응기 섹션의 사시도이다.
도 5는 도 4의 라인 V-V를 통해 취해진 섹션들 중 하나의 벽의 단면도이다.
도 6은 조립된 구분된 상자형 스팀 메탄 개질기의 종단면도이다.
도 7은 분해된 상자형 스팀 메탄 개질기의 종단면도이다.
도 8은 작동중인 다른 실시예에 따른 스팀 메탄 개질기의 분해된 종단면도이다.
도 9는 차량 상에서 운송되는 스팀 메탄 개질기의 단면을 도시한 측면도이다.
도 10은 차량 상에서 운송되는 스팀 메탄 개질기의 단면을 도시한 사시도이다.
본 발명의 구분된 스팀 메탄 개질기는 제조 공장과 같은 오프 사이트(off-site) 위치에서 개별적인 섹션들로 제작된다. 그러한 설비에서의 제작은, 신뢰할 수 있고 낮은 회전율을 갖는 노동력 뿐만 아니라, 합리적인 비용의 노동력에 의해 수행될 수 있다. 또한, 품질 관리는 제조 공장이나 제작 샵과 같이 통제된 환경에서 유지하는 것이 더 저렴하다. 설비 뿐만 아니라, 반응기 튜브를 포함하는, 프레임워크, 벽, 버너, 연도 가스의 출구, 배관을 구성하기 위한 모든 기술적인 용접은 제작 샵에서 수행된다. 반응기의 고온부에서 부품의 용접은 특수 형태이며 일반적으로 테스트가 필요하다. 제작 작업에 필요한 모든 검사는 제작 공장에서 수행된다. 예를 들어, 용접부의 x-선 검사가 수행된다. 부품이 제작되고 검사되면 부품이 출하되거나 멀리 떨어진 곳의 공장 현장으로 이송된다. 거기에서 부품들이 함께 조립된다. 이러한 조립은 최소의 작업자로 이루어진다. 또한, 조립을 수행하는 근로자는 고도로 숙련되어 있을 필요가 없으며 부품을 제작한 근로자만큼 숙련될 필요가 없다. 조립은 부품을 정렬하고 부품을 함께 볼트로 고정해야 한다. 부품을 조립하기 위해 용접이 거의 또는 전혀 필요하지 않다. 필요할 수 있는 용접은 반응기의 저온 부분에 있으며 특수 용접 및 시험을 요구하지 않는다.
구분된 스팀 메탄 개질기는 다른 이점을 갖는다. 개질기 디자인은 1000개가 넘는 튜브를 갖춘 대형 개질기를 포함하여 특정 프로젝트의 크기를 조정할 수 있는 유연성을 제공한다. 개질기는 열효율이 좋은 방식으로 튜브에 대해 배치된 버너가 있는 반응 섹션을 가지므로 작동 비용이 절감된다. 개질기는 하부로부터 지지된 반응기 튜브를 가지며, 상부 단부는 열팽창 및 수축이 가능하다. 이러한 배열은 제작 및 설치의 용이함을 허용한다.
또한, 특히 연도 가스 수집 덕트에서 유지 보수가 줄어든다. 선행 기술의 상자형 스팀 메탄 개질기는 내화 벽돌을 이용하여 개질기로부터 연도 가스를 배출시키는 덕트 또는 터널을 형성한다. 터널은 벽돌이 수직 벽을 형성하는 개질기의 하부에 겹쳐 쌓인 벽돌로 이루어진다. 프리-캐스트 내화 슬래브(pre-cast refractory slabs)의 최상층은 터널의 상부 대부분을 폐쇄한다. 개질기의 열 순환은 벽돌에 균열을 일으킨다. 일정 기간 작동 후에, 작업자가 덕트를 재건할 수 있도록 개질기가 폐쇄되어야 한다. 구분된 스팀 메탄 개질기는 유지 보수가 덜 필요하므로 중단 시간이 적다.
도 1을 참조하면, 화학 공장(11)이 도시되어 있다. 화학 공장은 도시, 마을 및 다른 인구 센터(13)에서 멀리 떨어져 있다. 일반적으로, 공장은 농지, 습지, 숲 등과 같이 미개발 또는 농촌 지역(14)으로 둘러싸여 있다. 화학 공장은 다양한 용도로 사용될 수 있으나 스팀 메탄 개질기(15)를 포함한다. 또한, 공장에는 개질기가 포함되어 있다.
개질기(15)는 메탄 및 스팀을 사용한다. 메탄은 파이프 라인(17)을 통해 전달되는 천연가스로부터 얻어진다. 이 파이프 라인은 우물, 지하 저장 시설 등과 같은 다양한 근원으로부터 천연가스를 공급할 수 있다. 천연가스는 주로 메탄이며 메탄이 아닌 오염 물질을 포함할 수 있다. 일반적으로, 천연가스는 하나 이상의 프로세서(19)에서 처리되어 오염물을 제거한다. 예를 들어, 프로세서는 황 오염물을 제거하고 H2S 가스를 형성하는 수소화 용기를 포함할 수 있다. H2S는 산화아연층에 의해 메탄으로부터 제거된다.
공장은 또한 스팀을 생성하기 위한 물 공급부(21)와 보일러(23)를 가지고 있다.
일부 메탄에는 개질기(15)에 공급 원료로서 스팀이 제공된다. 개질기는 니켈 -알루미나와 같은 적합한 촉매를 포함한다. 촉매는 개질기의 내부에 위치한 복수의 반응기 튜브에 포함되어 있다. 메탄과 증기는 튜브 내부의 촉매를 관통한다. 튜브의 외부는 가열되어 촉매 반응에 필요한 온도를 제공한다. 일반적으로, 열은 천연가스를 연소시킴으로써 제공된다. 파이프 라인(17)으로부터의 천연가스의 일부는 연소를 위해 버너로 전환된다. 합성 가스, 수소(H), 및 일산화탄소(CO)가 반응기 튜브에서 생성된다. 합성 가스는 처리 설비에 의해 스트림에서 제거될 수 있는 다른 성분을 포함할 수 있다. 또한, H:CO의 합성 가스 비율은 원하는 대로 조정될 수 있다. 이어서, 합성 가스는 합성 가스를 왁스 또는 다른 탄화수소와 같은 생성물로 전환시키는 반응기(25)에 제공된다. 개질기로부터의 폐열은 보일러(23)에 공급된다. 마찬가지로, 반응기(25)로부터의 임의의 폐열도 보일러에 제공된다.
개질기(15)는 이제 더 상세히 논의될 것이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 개질기는 일반적으로 모양 및 구조가 상자형이다. 개질기는 벽, 즉 상부 벽(27), 하부 벽(29), 측벽(31), 및 단부 벽(33)을 갖는다. 벽(27, 29, 31, 33)은 내부 공간 또는 공동(35)을 형성한다.
일반적으로, 개질기(15)로 들어가는 공급 원료(메탄 및 스팀)의 흐름 및 개질기로부터 나가는 합성 가스의 흐름은 수직 방향으로, 위에서 아래로 향한다. 개질기 내부의 열은 동일한 방향으로 흐르고, 버너는 상부에 있으며, 연도 가스는 하부로 빠져나간다. 관(63, 71)은 버너용 연료와 메탄 및 스팀의 공급 원료를 운반하며 상부 벽(27)을 따라 위치한다. 관은 또한 상부 벽을 따라 위치한 매니폴드(manifolds)에 연결된다. 하부 벽(29) 아래에는 연도 가스용 출구 덕트(75)와 합성 가스용 매니폴드(79)가 있다.
구분된 개질기는 2종류의 섹션, 즉, 반응기 섹션(37)과 단부 섹션(39)을 갖는다. 도 2는 개질기(15)의 조립도를 도시하고, 도 3은 개질기의 분해도를 도시한다. 좌측에서 우측으로, 개질기는 단부 섹션(39), 복수의 반응기 섹션(37), 및 다른 단부 섹션(39)을 갖는다. 도 2 및 도 3의 예에서, 3개 이상의 반응기 섹션(37)이 도시되었으나, 더 많거나 적게 사용될 수 있다. 개별 섹션들(37, 39)은 차례로 논의 될 것이다.
반응기 섹션(37)이 도 2 내지 도 4에 도시된다. 반응기 섹션은 상부 벽(27S), 하부 벽(29S), 및 측벽(31S)을 갖는다. 반응기 섹션은 또한 단부(43)를 갖는다. 단부(43)는 모두 개방되어 있다. 상부, 하부, 및 측벽(27S, 29S, 31S)은 내부 공동(35S)을 형성한다. 벽은 상부 프레임(47), 하부 프레임(49), 및 측면 프레임(51)인 프레임 워크에 연결된다(도면에서, 프레임은 부분적으로 도시됨). 프레임은 앵글 피스 또는 I-빔과 같은 구조적인 스틸 부재로 구성된다. 예를 들어, 측면 프레임(51)(도 2 참조)은 I-빔일 수 있는 에지 부재(53)를 갖는다. 직사각형 배열로 함께 결합된 상부 에지 부재 및 단부 에지 부재가 있다. 또한, 에지 부재 사이에 교차 부재를 형성하는 내부 부재(55)가 있다. 내부 부재는 에지 부재에 용접된다. 상부 에지 부재가 측벽의 상부 에지를 따라 연장되고 단부 에지 부재가 측벽의 단부 에지를 따라 연장되도록, 측벽(31S)은 측면 프레임(51)에 용접된다. 상부 및 하부 프레임(47, 49)은 유사하게 구성되며, 에지 부재 및 내부 부재를 구비한다. 프레임은 구조적 안정성과 무결성을 제공하기에 충분한 수의 내부 부재를 가지며 내부 부재가 프레임에 배치된다. 상부 벽(27S)의 측부 에지는 측벽(31S)의 상부 에지에 용접된다. 하부 벽의 측부 에지는 측벽의 하부 에지에 용접된다. 따라서, 벽(27S, 29S, 31S)은 단부(43)가 개방되어 있더라도 틈이 없는 외장을 형성한다. 프레임도 함께 연결된다. 상부 프레임(47)은 2개의 측면 프레임(51)에 결합되고 하부 프레임(47)은 2개의 측면 프레임에 결합된다. 상부 및 각각의 측면 프레임은 에지 부재를 공유할 수 있다. 이와 같이, 하부 및 각각의 측면 프레임은 에지 부재를 공유할 수 있다.
개방 단부(43)에는 플랜지(57)가 제공된다. 플랜지는 각각의 벽에서 수직으로 연장된다. 측벽(31S) 단부 에지, 상부 벽(27S) 단부 에지, 및 하부 벽(29S) 단부 에지 각각을 따라, 플랜지 부분이 있다. 플랜지 부분은 각각의 벽으로부터 수직으로 연장되고 각각의 개방 단부(43)의 원주 둘레로 연장되는 연속 플랜지(57)를 형성한다.
반응기 섹션(37)의 크기는 특정 플랜트의 특정 요건에 따라 가변할 수 있으나, 단일 스팀 메탄 개질기(15)에 대한 모든 반응기 섹션은 동일한 크기 및 치수를 가지며, 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이 서로 맞도록 크기가 정해진다.
반응기 튜브(59)는 상부 벽(27S), 내부 공동(35), 및 각각의 반응기 섹션의 하부 벽(29S)을 통해 연장된다. 반응기 튜브(59)는 행렬로 배열된다. 예를 들어, 단일 열의 튜브는 측벽에 평행하게 연장된다. 예시를 위해, 도 4는 3개의 반응기 튜브를 갖는 각각의 열을 나타낸다. 실제로, 각각의 열은 도시된 것보다 훨씬 많은 반응기 튜브를 가질 것이며, 두 개 이상의 열이 있을 수 있다.
반응기 튜브(59)는 독특한 방식으로 지지된다. 도 2 내지 4 및 도 8을 참조하면, 반응기 튜브는 상부 단부 및 하부 단부 모두로부터 지지되고, 온도 변화로 인한 팽창 및 수축이 허용된다(도 8은 반응기 튜브의 열과 반응기 섹션 내부의 버너의 열의 대안적인 방향을 나타낸다). 개질기가 주위 온도에서 작동 온도로 가열됨에 따라, 반응기 튜브(59)는 그 길이를 따라 팽창한다. 반대로, 개질기가 작동 온도에서 주변 온도로 냉각됨에 따라, 반응기 튜브는 그 길이를 따라 수축한다.
반응기 튜브(59)는 반응기 튜브의 하부 단부(62)에 고정 장착되고 반응기 튜브의 상부 단부(60)에 탄성적으로 장착된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상부 단부(60)는 개질기 위에 위치한 지지 구조체에 탄력적으로 장착된다. 지지 구조체는 개질기의 상부 벽(27) 위에 위치한 지지 암(97)을 포함한다. 지지 암은 2개의 인접한 열의 반응기 튜브에 연결된다. 각각의 반응기 튜브의 상부 단부(60)는 가요성 커넥터(99)에 의해 상부 벽(27)을 관통하며, 커넥터는 튜브가 상부 벽에 대해 튜브의 길이를 따라 이동하게 한다. 각각의 반응기 튜브의 상부 단부(60)는 상향 연장되고 각각의 지지 암의 단부(103)에 회동하게 결합되는 수직 연장 부재(101)를 갖는다. 지지 암(97)은 두 개의 단부(103)를 가지며, 반응기 튜브 연장 부재(101)는 각각의 단부에 회동하게 연결된다. 바람직한 실시예에서, 지지 암은 상이한 열의 반응기 튜브에 연결된다. 예를 들어, 도 8의 방향을 참조하면, 각각의 반응기 섹션(37)은 좌측 열의 반응기 튜브 및 우측 열의 반응기 튜브를 갖는다. 반응기 섹션의 각각의 열에는 10개의 튜브가 있고, 튜브는 제1 위치에 있고, 다른 튜브는 제2 위치에 있고, 제3 튜브는 제3 위치에 있고, 계속해서, 제10 튜브는 제10 위치에 있다고 가정한다. 도 2 내지 도 4에서, 두 열의 제1 위치에 있는 튜브는 측벽(31)에 수직인 평면에 놓여있다. 이와 같이, 제2 위치에 있는 튜브는 측벽(31)에 수직이고 제1 위치의 튜브에 평행인 다른 평면에 놓이며, 계속해서 나머지 튜브도 그러하다. 한 열의 특정 위치에 있는 튜브는 각각의 지지 암(97)에 의해 함께 연결된다. 따라서, 제1 위치 튜브에 대한 제1지지 암, 제2 위치 튜브에 대한 제2 지지 암이 있고, 계속해서, 제10 위치에서 튜브에 대한 제10 지지 암이 있다.
각각의 지지 암(97)은 스프링 배열(107)에 의해 수평 빔(105)으로부터 지지 된다. 스프링 배열(107)은 매달린 튜브의 부분 중량을 나타내기 위해 스케일과 같은 계측기를 가질 수 있다. 스프링 배열은 매달린 지지 암에 약간의 탄력을 제공한다.
빔(105)은 개질기의 측벽 또는 단부 벽(31, 33)에 인접한 지면을 지지하는 기둥 또는 포스트에 의해 지지된다. 대안적으로, 기둥 또는 포스트는 상부 프레임(47), 측면 프레임(51), 또는 단부 프레임(89)과 같은 프레임워크 상에 지지될 수 있다.
지지 암(97) 및 스프링 장치(107)는 2개의 인접한 열의 반응기 튜브(59)에서 차등 운동을 허용한다. 하나의 열에 있는 인접한 튜브는 조화롭게 팽창하고 수축 할 것이다. 그러나, 하나의 열의 튜브는 인접한 열의 튜브와 다르게 팽창 또는 수축될 수 있다. 도 8을 참조하면, 왼쪽 열의 튜브가 오른쪽 열의 튜브보다 더 확장되면, 각각의 지지 암(97)의 좌측 단부는 우측 단부에 대해 상방으로 이동하고, 지지 암은 수평으로부터 경사진다. 좌측과 우측 열의 튜브가 같은 양만큼 팽창하면 각각의 지지부는 수평이 될 것이다.
스프링(107)이 반응기 튜브의 중량의 일부를 지지하는 반면에, 나머지 중량의 대부분은 하부 구조에 의해 지지된다. 반응기 튜브(59)의 하부 단부(62)는 하부 벽의 외부에 위치한 플랜지(도시되지 않음)를 갖는다. 반응기 튜브는 하부 벽에 용접되나, 개질기가 현장에서 조립되고 촉매가 반응기 튜브 내부에 적재된 후에, 하부 벽은 거의 무게를 지지하지 않는다. 하부 구조는 합성 가스 수집관(79)을 포함하며, 이는 아래에서 상세히 논의될 것이다. 반응기 튜브는 무게를 지탱하기 위해 크기가 크다.
외부에서 제작된 반응기 섹션은 반응기 튜브, 하부 단부 플랜지, 및 상부 벽에있는 반응기 튜브용 가요성 커넥터를 포함한다. 수직 연장 부재(101), 지지 암(97), 및 스프링(107)은 설치 중에 현장에 부착될 수 있다.
반응기 튜브(59)의 상부 단부(60)는 공급 원료 매니폴드(미도시)에 의해 함께 연결된다. 공급 원료 매니폴드(61)는, 예를 들어, 튜브를 연속적으로 연결한다. 공급 원료 공급관(71)은 매니폴드(61)에 평행하게 연장되어 거기에 연결된다. 원료 공급관(71)은 종단 방향으로 연장되어 있다. 공급 원료 공급관(71)의 단부는 섹션(37)의 플랜지(57)와 동일 평면인 플랜지(65)를 갖는다. 대안으로, 공급 원료 공급관은 매니폴드 없이 반응기 튜브에 직접 연결될 수 있다.
상부 벽(27S)은 또한 내부 공동(35) 내부에 버너가 위치하는 버너(67)(도 8 참조)를 포함한다. 버너(67)는 일반적으로 하향 방향으로 배향되지만, 일정한 각도로 배향될 수 있다. 버너는 또한 열에 위치하며, 버너 열은 반응기 튜브의 열과 평행하고 그 사이에 이격되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 이러한 배치는 반응기 튜브의 열의 각각의 측면에 버너의 열을 제공하여, 튜브의 균일한 가열을 보장한다. 따라서, 하나의 측벽에서 시작하여 버너의 열, 튜브의 열, 버너의 열 등이 있고, 다른 측벽에 인접한 버너의 열이 있다.
각각의 버너에 대한 배관은 상부 벽을 통해 매니폴드(69)까지 연장되고, 매니폴드는 연료 공급관(63)에 차례로 연결된다. 연료 공급관은 반응기 공급관(71)에 평행하고 다른 플랜지(57, 65)와 동일 평면인 단부 플랜지(65)를 갖는다.
반응기 공급관(71)과 연료 공급관(63) 각각은 지지부에 의해 상부 벽 또는 상부 벽 프레임워크에 결합된다.
하부 벽(29S)은 연도 가스용 슬롯(73)을 갖는다. 슬롯(73)은 버너(67)의 수직 아래에 있다. 예를 들어, 한 열의 버너(67)가 반응기 섹션(37)에서 단부(43)에서 단부까지 연장되고, 또한 아래에 위치한 대응 슬롯은 단부에서 단부까지 연장된다. 버너 및 슬롯은 그 사이에 벽의 일부가 존재하기 때문에 단부(43) 보다 짧다.
연도 가스 수집 덕트(75)는 각각의 슬롯(73)의 길이를 연장시킨다. 덕트(75)는 하부 벽(29S)의 외부에 위치한다. 각각의 덕트는 반응기 섹션의 하부 벽(29S)에 의존하는 측벽을 갖는다. 하부 덕트 벽은 덕트의 하부를 폐쇄하여 측벽까지 연장된다. 각각의 덕트는 개방된 2개의 단부를 갖는다. 각각의 단부에는 플랜지(77)가 제공된다. 연도 가스 수집 덕트(75)는 측벽(31)에 평행하게 연장된다. 도 4에 도시된 실시예에서, 각각의 슬롯에 하나씩 3개의 연도 가스 수집 덕트(75)가 있다. 덕트들은 서로 이격되어 있다. 합성 가스 수집관(79)은 덕트(75)들 사이에 위치한다. 반응기 섹션(37)의 각각의 단부에서, 덕트의 플랜지(77)는 서로 동일 평면에 있고 단부(43)의 플랜지(57)와 동일 평면 상에 있다.
각각의 덕트(75)의 내부는 설치 중에 내화 슬래브 또는 벽돌로 라이닝(lined) 된다. 슬롯(73)은 설치 중에 내화성 슬래브(81)에 의해 부분적으로 덮여있다. 이러한 편평한 슬래브(81)는 일반적으로 주조되고 대체로 직사각형이다. 설치 중에, 슬래브(81)는 슬롯(73) 위에 위치한다. 슬래브는 하부 벽(29S)의 내부를 지지한다. 슬래브는 갭(83)에 의해 서로 이격되어 있다. 인접한 슬래브들 사이의 갭 크기는 다를 수 있다. 예를 들어, 반응기의 중심에서의 갭은 작을 수 있으나, 단부(43) 근처의 갭은 더 클 수 있다. 갭은 내부를 통해 흐르는 연도 가스의 균일 한 분포를 제공하도록 크기가 정해져 있고 위치가 정해져 있다.
도 2, 3, 및 8을 참조하면, 단부 섹션(39)이 도시되어 있다. 단부 섹션은 각각 단부 벽(33)을 갖는다. 단부 섹션 각각은 플랜지(57)를 갖는다. 단부 벽 및 플랜지는 개방 단부(43) 및 반응기 섹션(37)의 대응 플랜지와 맞는 크기로 되어 있다. 단부 섹션 각각은 지지를 위한 단부 프레임(89)을 갖는다. 하나의 실시예에서, 단부는 평평한 판 또는 벽이고, 플랜지(57)는 단부 벽과 동일 평면 상에 있다. 또다른 실시예에서, 플랜지가 있는 평면과 벽 사이에 오프셋(offset)이 있으며, 오프셋은 상부 벽, 하부 벽, 및 측벽이다. 이들 벽은 폭이 좁다.
모든 반응기 및 단부 섹션(37, 39)에서, 벽(27, 29, 31, 33)의 내부는 미네랄 울(wool)과 같은 단열재(85)로 라이닝 된다(예시로서 도 5 참조). 따라서, 각각의 벽에는 내부에 단열재가 있는 금속판이 있다. 단열재는 종래의 기술을 사용하여 벽에 고정된다. 벽의 외부에는 적절한 프레임워크가 있다.
반응기 섹션(37) 각각은 지면의 각각의 섹션을 지지하기 위해 각각의 하부 벽(29S)으로부터 아래로 연장되는 다리(87)를 갖는다. 덕트(75)는 또한 지면으로부터 지지된다.
섹션(37, 39)은 제작 샵에서 제작되며, 샵은 공장(11) 부지에 있는 것은 아니나, 전형적으로 인구 센터(13)에 근접하여 위치한다. 각각의 섹션은 벽, 단열재, 배관이 모두 조립되어 설치되어 완전하게 제작된다. 내화 슬래브는 공장 부지에서 설치하기 위해 남겨둔다. 일단 제작되면, 각각의 섹션이 공장 부지로 운반된다. 운반은 트럭(91)(트랙터-트레일러 장비, 도 9 및 도 10 참조), 바지선, 철도 차량 등으로 할 수 있다. 예를 들어, 반응기 섹션(37)은 개방 단부 중 하나가 트레일러(93) 상에 놓이고, 다른 단부는 위로 향하게 된다. 위를 향한 단부는 플라스틱 시트로 덮여 먼지와 비가 들어가는 것이 방지될 수 있다. 필요한 경우, 완충 장치는 수송 중에 소구경 관 또는 튜브와 같은 물체를 지지하는 데 사용될 수 있다. 섹션은 표준 적재량(또는 그 이하)이 될 수도 있고, 특별 운송 규약이 요구되는 대형 적재량일 수도 있다. 트럭은 공공 도로로 이동하며, 필요한 경우, 공장 부지까지 사설 도로를 이동한다.
섹션이 공장 부지로 운반되면 조립이 시작된다. 크레인은 각각의 섹션을 트럭에서 들어올리고 섹션을 수평 위치에서 수직 위치로 기울인다. 섹션은 다리(87)가 지면과 접촉하는 준비된 사이트에 있다.
반응기를 조립하기 위해, 반응기 섹션(37)은 개방 단부(43)가 서로 인접하게 배치되고 연관된 플랜지가 접촉한다. 하나의 반응기 섹션(37)의 개방 단부(43)는 다른 반응기 섹션(37)의 개방 단부(43)에 인접하게 배치된다. 인접한 플랜지(57)는 서로 볼트 결합되고, 플랜지에는 볼트 구멍이 제공된다. 원하는 경우, 플랜지 사이에 밀봉부가 제공될 수 있다. 복수의 반응기 섹션(37)이 개질기(15)에 대한 필요에 따라 함께 조립된다.
공급관(63, 71)은 서로 연결된다. 관의 각각의 플랜지(65)는 내부의 밀봉재와 함께 볼트로 고정된다. 수평 빔(105)은 반응기 섹션 위에 설치되고 지지 암(97) 및 스프링(107)은 빔으로부터 매달려 있다. 지지 암의 단부는 연장 부재(101)에 부착되고, 연장 부재(101)는 차례로 반응기 튜브(59)에 부착된다.
일단 섹션이 위치되면, 내화 슬래브(81)가 하부 벽 슬롯(73)을 따라 설치된다. 또한, 내화 물질은 덕트의 내부를 따라갈 수 있다. 내부에 대한 액세스는 개방 단부를 통해 이루어진다. 대안적으로, 액세스 해치가 벽에 제공될 수 있다.
반응기 섹션들 사이의 덕트(75)는 함께 연결된다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 세 개의 덕트, 좌측 덕트, 중앙 덕트, 및 우측 덕트가 있다. 좌측 덕트가 함께 연결되고, 중앙 덕트가 함께 연결되며, 우측 덕트가 함께 연결된다. 덕트는 플랜지(77)에서 함께 연결되며, 플랜지에는 봉인이 있을 수 있다.
반응기 튜브 하부 단부(62)는 합성 가스 수집관(79)에 연결된다. 합성 가스 수집관(79)은 반응기 섹션의 단부에서 단부까지와 동일한 길이를 갖는 섹션으로 이루어진다. 각각의 합성 가스 수집관은 맞대기 용접 조인트에 적합한 단부를 갖는다. 합성 가스 수집관(79)은 제작 공장 외부의 부지에서 관 연결 피팅(84)으로 제작된다. 일반적인 관 연결 피팅은 맞대기 용접 피팅과 같은 분기 연결 피팅이다. 연결 피팅은 반응기 튜브를 수용할 각각의 위치에서 합성 가스 수집관에 용접된다. 합성 가스 수집관은 또한 관을 지면으로부터 지지하는 다리(82)를 구비한다. 합성 가스 수집관(79)은 반응기 섹션 아래 및 반응기 튜브의 하부 단부(62) 아래에 위치한다. 각각의 반응기 튜브(59)는 각각의 합성 가스 수집관(79) 상의 각각의 피팅(84)에 용접된다. 반응기 튜브의 하부 단부는 내화 재료(110)로 라이닝된다(도 8 참조). 합성 가스 수집관(79)에는 또한 내화 재료(109)가 제공된다. 바람직한 실시예에서, 내화 재료는 튜브(59) 및 관(79)의 내부에 라인을 형성한다.
단부 섹션(39)은 반응기 섹션의 단부(43) 상의 위치 내에서 볼트로 체결된다. 일단 조립되면, 개별적인 섹션의 상부 벽(27S)은 개질기의 상부 벽(27)을 형성하도록 서로 합쳐진다. 마찬가지로, 섹션의 하부 벽(29S)은 개질기의 하부 벽(29)을 형성하기 위해 합쳐지고, 섹션의 측벽(31S)은 개질기의 2개의 측벽(31)을 형성하도록 합쳐진다. 섹션의 개별적인 공동(35S)은 합쳐져서 개질기의 내부 공동(35)을 형성한다. 반응기 튜브(59)는 개질기의 길이를 따라 열로 연장된다. 마찬가지로, 버너(67)는 반응기 튜브열의 각각의 측면에 인접하여 반응기 튜브열의 각각의 측면을 따르는 열을 따라 연장된다. 공급관, 즉 공급 원료 공급관(71) 및 연료관(63)은 또한 개질기의 길이를 따라 연장된다. 덕트(75) 및 합성 가스 수집관(79)은 또한 개질기의 길이를 따라 연장된다.
촉매는 공장 현장에서 반응기 튜브(59)의 상부 단부에 적재된다. 공급관과 수집관 및 덕트는 각각의 장비에 연결된다. 또한, 관 및 덕트의 사용하지 않는 단부가 막히거나 닫힌다.
개질기가 조립되어 공장의 나머지 부분에 연결되면 표준 절차에 따라 작동 될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 버너(67)는 연료를 연소시켜(68) 내부 공동(35)에 열(heat)을 제공한다. 열은 개질기의 상부로부터 아래로 이동하여 반응기 튜브(59)를 가열한다. 반응기 튜브(59)의 각각의 열(row)은 각각의 측면에 버너를 갖는다. 따라서, 튜브의 각각의 열(row)은 두 개의 반대면에서 가열된다. 연도 가스는 캐비티에서 덕트(75)로 배출된다. 연도 가스는 보일러에서 증기를 발생시키는 데 사용될 수 있다.
반응기 튜브 및 그 내용물의 중량의 대부분은, 차례대로 지면에 지지되는, 합성 가스 수집관(79)에 의해 지지된다. 반응기 튜브 및 그 내용물의 나머지 중량은 지지 암(97) 및 스프링(107)에 의해 지지된다. 개질기가 가열됨에 따라, 반응기 튜브는 상향으로 팽창한다. 지지 암(97) 및 스프링 장치(107)는 이러한 팽창을 허용한다. 하나의 열에 있는 튜브가 인접한 열의 튜브와 다른 비율로 팽창하면 수평으로 기울어짐으로써 지지 암이 이를 보정한다. 반대로, 개질기가 오프라인 상태가 되어 냉각될 수 있을 경우, 반응기 튜브는 아래쪽으로 수축된다.
공급 원료는 반응기 튜브(59) 내로 흐르고 원하는 온도 및 압력에서 촉매를 관통한다. 합성 가스는 반응기 튜브에서 생성되어 수집관(79)으로 배출된다.
개질기는 더 적은 비용으로 섹션에서 제작될 수 있으며, 섹션은 공장의 현장에서 조립된다.
섹션의 다른 구성이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 반응기 튜브 및 버너의 열은, 단부에서 단부가 아닌, 측면에서 측면으로 연장된다. 공급관(63, 71) 및 수집 덕트(75) 및 관(79)은 단부에서 단부, 또는 반응기 튜브 및 버너의 열에 수직으로 연장된다. 반응기 섹션의 각각의 개방 단부는 인접한 버너의 열을 갖는다.
바람직한 실시예가 상자형 스팀 메탄 개질기로 서술되었으나, 본 발명은 다른 유형의 상자형 개질기에 사용될 수 있다.
도면에서 이루어진 전술한 개시 및 도시는 단지 본 발명의 원리를 서술하기 위한 것이며 제한적인 의미로 해석되어서는 안된다.

Claims (22)

  1. 상자형 스팀 메탄 개질기 섹션(reformer section)으로서, 상기 상자형 스팀 메탄 개질기 섹션은,
    a) 내부 공동을 형성하는 상부 벽, 하부 벽, 및 측벽;
    b) 상기 내부 공동 외부의 상기 상부 벽을 따라 위치되는 적어도 하나의 공급 원료 공급관;
    c) 상기 내부 공동 외부의 상기 상부 벽을 따라 위치되는 적어도 하나의 연료 공급관;
    d) 상기 하부 벽의 외부에 위치되는 적어도 하나의 합성 가스 수집관;
    e) 상기 하부 벽의 외부에 위치되는 적어도 하나의 연도 가스 수집 덕트;
    f) 상기 내부 공동 내에 위치하고 상기 하부 벽으로부터 상기 상부 벽까지 연장되는 반응기 튜브;
    g) 상기 상부 벽에 인접한 상기 내부 공동 내에 위치하며 상기 연료 공급관에 연결되는 버너;를 포함하고,
    상기 섹션은 상기 내부 공동과 연통하는 개방 단부를 가지고,
    상기 공급 원료 공급관은 상기 공급 원료 공급관 단부를 가지며,
    상기 연료 공급관은 연료 공급관 단부를 가지고,
    상기 합성 가스 수집관은 합성 가스 수집관 단부를 가지며,
    상기 연도 가스 수집 덕트는 연도 가스 수집 덕트 단부를 가지고,
    상기 반응기 튜브는 상기 공급 원료 공급관에 연결된 상부 단부 및 상기 합성 가스 수집관에 연결된 하부 단부를 가지며,
    상기 버너는 상기 반응기 튜브의 복사열을 제공하며,
    h) 상기 스팀 메탄 개질기 섹션이 제2 스팀 메탄 개질기 섹션에 조립될 경우, 상기 스팀 메탄 개질기 섹션의 상기 섹션 단부, 상기 공급 원료 공급관 단부, 상기 연료 공급관 단부, 상기 합성 가스 수집관 단부, 및 상기 연도 가스 수집 덕트 단부가 상기 제2 스팀 메탄 개질기 섹션의 상기 섹션 단부, 상기 공급 원료 공급관 단부, 상기 연료 수집관 단부, 상기 합성 가스 수집관 단부, 및 상기 연도 가스 수집 덕트 단부에 연결되도록, 상기 공급 원료 공급관 단부, 상기 연료 공급관 단부, 상기 합성 가스 수집관 단부, 및 상기 연도 가스 수집 덕트 단부는 서로에 대해 그리고 상기 섹션 단부에 대해 정렬되는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기 섹션.
  2. 제1항에 있어서, 상기 섹션 단부 둘레에 플랜지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기 섹션.
  3. 제1항에 있어서, 상기 공급 원료 공급관 단부, 상기 연료 공급관 단부, 상기 합성 가스 수집관 단부, 및 상기 연도 가스 수집 덕트 단부 둘레에 플랜지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기 섹션.
  4. 제1항에 있어서, 상기 상부 벽, 상기 하부 벽, 및 상기 측벽 내에 단열재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기 섹션.
  5. 제1항에 있어서,
    a) 상기 하부 벽 내에 적어도 하나의 슬롯;
    b) 상기 내부 공동 내에서 상기 슬롯을 가로질러 위치되는 복수의 내화 부재;를 더 포함하고,
    상기 슬롯은 상기 연도 가스 수집 덕트와 정렬되며,
    상기 내화 부재는 상기 내부 공동이 상기 연도 가스 수집 덕트와 연통할 수 있게 하는 갭(gap)에 의해 서로 분리되는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기 섹션.
  6. 제5항에 있어서, 상기 갭의 크기는 섹션 단부로부터 섹션 단부까지의 상기 슬롯의 길이를 따라 가변하는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기 섹션.
  7. 제1항에 있어서, 지면으로부터 떨어진 상기 하부 벽을 지지하는 다리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기 섹션.
  8. 제1항에 있어서,
    a) 상기 섹션 단부 둘레의 플랜지;
    b) 상기 공급 원료 공급관 단부, 상기 연료 공급관 단부, 상기 합성 가스 수집관 단부, 및 상기 연도 가스 수집 덕트 단부 둘레의 플랜지;
    c) 상기 상부 벽, 상기 하부 벽, 및 상기 측벽 내의 단열재;
    d) 상기 하부 벽 내의 적어도 하나의 슬롯;
    e) 상기 내부 공동 내에서 상기 슬롯을 가로질러 위치되는 복수의 내화 부재;
    f) 섹션 단부로부터 섹션 단부까지 상기 슬롯의 길이를 따라 가변하는 크기를 갖는 갭(gaps);
    g) 상기 지면에서 떨어져 있는 상기 하부 벽을 지지하는 다리;를 더 포함하고,
    상기 슬롯은 상기 연도 가스 수집 덕트와 정렬되며,
    상기 내화 부재는 상기 내부 공동이 상기 연도 가스 수집 덕트와 연통할 수 있게 하는 상기 갭에 의해 서로 분리되는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기 섹션.
  9. 상자형 스팀 메탄 개질기로서, 상기 상자형 스팀 메탄 개질기는,
    a) 복수의 섹션 각각이:
    i) 내부 공동을 형성하는 상부 벽, 하부 벽, 및 측벽;
    ii) 상기 내부 공동 외부의 상부 벽을 따라 위치되는 적어도 하나의 공급 원료 공급관;
    iii) 상기 내부 공동 외부의 상기 상부 벽을 따라 위치되는 적어도 하나의 연료 공급관;
    iv) 상기 하부 벽 외부에 위치되는 적어도 하나의 합성 가스 수집관;
    v) 상기 하부 벽 외부에 위치되는 적어도 하나의 연도 가스 수집 덕트;
    vi) 상기 내부 공동 내부에 위치하여 상기 하부 벽으로부터 상기 상부 벽으로 연장되는 반응기 튜브;
    vii) 상기 상부 벽 인접한 상기 내부 공동 내에 위치하며 상기 연료 공급관에 연결되는 버너;를 포함하는 복수의 섹션,
    상기 각각의 섹션은 상기 내부 공동과 연통하는 개방 단부 가지고,
    상기 공급 원료 공급관은 공급 원료 공급관 단부를 가지며,
    상기 연료 공급관은 연료 공급관 단부를 가지고,
    상기 합성 가스 수집관은 합성 가스 수집관 단부를 가지며,
    상기 연도 가스 수집 덕트는 연도 가스 수집 덕트 단부를 가지고,
    상기 반응기 튜브는 상기 공급 원료 공급관에 연결된 상부 단부 및 상기 합성 가스 수집관에 연결된 하부 단부를 가지며,
    상기 버너는 상기 반응기 튜브의 복사열을 제공하고,
    b) 제1 섹션의 단부 중 하나는 상기 제1 섹션 및 제2 섹션 사이에서 연속적인 내부 공동을 형성하도록 상기 제2 섹션의 단부 중 하나에 연결되며, 상기 제1 섹션의 상기 공급 원료 공급관 단부 중 하나는 상기 제2 섹션의 상기 공급 원료 공급관 단부 중 하나에 연결되고, 상기 제1 섹션의 상기 연료 공급관 단부 중 하나는 상기 제2 섹션의 상기 연료 공급관 단부 중 하나에 연결되며, 상기 제1 섹션의 상기 합성 가스 수집관 단부 중 하나는 상기 제2 섹션의 상기 합성 가스 수집관 단부 중 하나에 연결되고, 상기 제1 섹션의 상기 연도 가스 수집 덕트 단부 중 하나는 상기 제2 섹션의 상기 연도 가스 수집 덕트 단부 중 하나에 연결되는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 섹션의 단부와 상기 제2 섹션의 단부 각각의 둘레에 플랜지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1 섹션과 상기 제2 섹션 각각의 상기 원료 공급관 단부, 상기 제1 섹션과 상기 제2 섹션 각각의 상기 연료 공급관 단부, 상기 제1 섹션과 상기 제2 섹션 각각의 상기 합성 가스 수집관 단부, 및 상기 제1 섹션과 상기 제2 섹션 각각의 연도 가스 수집 덕트 단부 둘레에 플랜지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제1 섹션과 상기 제2 섹션 각각의 상기 상부 벽, 상기 하부 벽, 및 상기 측벽 내에 단열재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기.
  13. 제9항에 있어서, 상기 제1 섹션과 상기 제2 섹션 각각은:
    a) 상기 하부 벽 내의 적어도 하나의 슬롯;
    b) 상기 내부 공동 내에 상기 슬롯을 가로질러 위치되는 복수의 내화 부재;를 더 포함하고,
    상기 슬롯은 상기 연도 가스 수집 덕트와 정렬되며,
    상기 내화 부재는 상기 내부 공동이 상기 연도 가스 수집 덕트와 연통할 수 있게 하는 갭에 의해 서로 분리되는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기.
  14. 제13항에 있어서, 상기 갭의 크기는 섹션 단부로부터 섹션 단부까지 상기 슬롯의 길이를 따라 가변하는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기.
  15. 제9항에 있어서, 상기 제1 섹션과 상기 제2 섹션 각각은 상기 지면으로부터 떨어진 상기 하부 벽을 지지하는 다리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기.
  16. 제9항에 있어서, 상기 섹션 중 2개는 상기 개질기의 단부를 형성하고 상기 개질기의 단부에 연결된 단부 섹션을 더 포함하며, 상기 단부 섹션은 상기 섹션의 상기 내부 공동을 폐쇄하는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기.
  17. 제9항에 있어서,
    a) 상기 제1 섹션의 단부 각각 및 상기 제2 섹션 단부 각각의 둘레의 플랜지;
    b) 상기 제1 섹션 및 상기 제2 섹션 각각의 상기 공급 원료 공급관 단부, 상기 제1 섹션 및 상기 제2 섹션 각각의 상기 연료 공급관 단부, 상기 제1 섹션 및 상기 제2 섹션 각각의 상기 합성 가스 수집관 단부, 및 상기 제1 섹션 및 상기 제2 섹션 각각의 상기 연도 가수 수집 덕트 단부 둘레의 플랜지;
    c) 상기 제1 섹션 및 상기 제2 섹션 각각의 상기 상부 벽, 상기 하부 벽, 및 상기 측벽 내의 단열재;
    d) 상기 제1 섹션 및 상기 제2 섹션 각각에 대한, 상기 하부 벽 내의 적어도 하나의 슬롯;
    e) 상기 제1 섹션 및 상기 제2 섹션 각각에 대한, 상기 내부 공동 내에서 상기 슬롯을 가로질러 위치되는 복수의 내화 부재;
    f) 상기 제1 섹션 및 상기 제2 섹션 각각에 대한, 섹션 단부로부터 섹션 단부까지의 상기 슬롯의 길이에 따라 크기가 가변하는 갭;
    g) 상기 제1 섹션 및 상기 제2 섹션 각각에 대한, 지면으로부터 떨어진 상기 하부 벽을 지지하는 다리;를 더 포함하고,
    상기 슬롯은 상기 연도 가스 수집 덕트와 정렬되며,
    상기 내화 부재는 상기 내부 공동이 상기 연도 가스 수집 덕트와 연통할 수 있게 하는 상기 갭에 의해 서로 분리되는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기.
  18. 상자형 스팀 메탄 개질기로서, 상기 개질기는:
    a) 내부 공동을 형성하는 상부 벽, 하부 벽, 및 측벽;
    b) 상기 내부 공동 외부의 상기 상부 벽을 따라 위치되는 적어도 하나의 공급 원료 공급관;
    c) 상기 내부 공동 외부의 상기 상부 벽을 따라 위치되는 적어도 하나의 연료 공급관;
    d) 상기 하부 벽 외부에 위치되는 적어도 하나의 합성 가스 수집관;
    e) 상기 하부 벽 외부에 위치되는 적어도 하나의 연도 가스 수집 덕트;
    f) 상기 상부 벽에 인접하고 상기 연료 공급관에 연결되어 상기 내부 공동 내에 위치한 버너;
    g) 상기 내부 공동 내에 위치한 반응기 튜브;를 포함하고,
    상기 버너는 상기 반응기 튜브의 복사열을 제공하며,
    상기 반응기 튜브는 상기 공급 원료 공급관에 연결되고, 상기 반응기 튜브 각각은 상기 합성 가스 수집관에 연결된 하부 단부를 가지며, 상기 반응기 튜브의 상기 하부 단부는 상기 합성 가스 수집관에 의해 지지되고, 상기 반응기 튜브는 상기 상부 벽을 관통하여 상기 상부 벽에 대해 팽창 및 수축되는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기.
  19. 제18항에 있어서, 상기 반응기 튜브 각각은 오버헤드 구조에 매달려 있는 스프링에 의해 지지되는 상부 단부를 가지는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기.
  20. 제19항에 있어서, 상기 반응기 튜브 중 2개의 상기 상부 단부는 상기 2개의 반응기 튜브 사이에서 차등 팽창 및 수축을 할 수 있는 오버헤드 지지대에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기.
  21. 상자형 스팀 메탄 개질기로서, 상기 개질기는:
    a) 내부 공동을 형성하는 상부 벽, 하부 벽, 및 측벽;
    b) 상기 내부 공동 외부의 상기 상부 벽을 따라 위치되는 적어도 하나의 공급 원료 공급관;
    c) 상기 내부 공동 외부의 상기 상부 벽을 따라 위치되는 적어도 하나의 연료 공급관;
    d) 상기 하부 벽 외부에 위치되는 적어도 하나의 합성 가스 수집관;
    e) 상기 하부 벽 외부에 위치되는 적어도 하나의 연도 가스 수집 덕트;
    f) 상기 상부 벽에 인접하고 상기 연료 공급관에 연결되어 상기 내부 공동 내에 위치한 버너;
    g) 상기 내부 공동 내에 위치한 반응기 튜브;
    h) 상기 하부 벽 내에 위치한 적어도 하나의 슬롯;
    i) 상기 내부 공동 내의 상기 슬롯을 가로질러 위치되는 복수의 내화 부재;를 포함하고,
    상기 버너는 상기 반응기 튜브의 복사열을 제공하며,
    상기 반응기 튜브는 상기 공급 원료 공급관에 연결되고,
    상기 반응기 튜브 각각은 상기 합성 가스 수집관에 연결된 하부 단부를 가지며,
    상기 슬롯은 상기 연도 가스 수집 덕트와 정렬되고,
    상기 내화 부재는 상기 내부 공동이 상기 연도 가스 수집 덕트와 연통할 수 있게 하는 갭에 의해 서로 분리되는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기.
  22. 제21항에 있어서, 상기 갭의 크기는 섹션 단부로부터 섹션 단부까지 상기 슬롯의 길이를 따라 가변하는 것을 특징으로 하는, 상자형 스팀 메탄 개질기.
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