KR20200062701A - Method for Preparing synthetic Natural Gas Having Improved Caloric Value and Systems for the Same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for preparing synthetic natural gas having improved caloric value, and more particularly, to a method for preparing synthetic natural gas, in which synthetic natural gas having a calorific value increased by more than 10,400 kcal/Nm^3 from coal, biomass, solid carbon fuel, and the like is provided without additional supplementation of hydrocarbons from the outside, thereby being economical and environmentally friendly, and the selectivity of lower-grade hydrocarbons of C4 or less for regulating the calorific value of synthetic natural gas in a synthetic natural gas production process is increased, thereby preparing the synthetic natural gas of a high calorific value without additional separation and purification and upgrading processes for hydrocarbons of C5 or higher.

Description

발열량이 증가된 합성천연가스의 제조방법 및 그 제조시스템{Method for Preparing synthetic Natural Gas Having Improved Caloric Value and Systems for the Same}Method for preparing synthetic natural gas and improved caloric value and systems for the same

본 발명은 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조방법 및 그 제조시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합성가스로부터 발열량이 증가된 합성천연가스를 효율적으로 제조할 수 있는 고발열량 합성천연가스의 제조방법 및 그 제조시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a synthetic natural gas having an increased calorific value and a manufacturing system thereof, and more particularly, to a method for producing a high calorific synthetic natural gas capable of efficiently producing synthetic natural gas with an increased calorific value from synthetic gas. And its manufacturing system.

화석연료들 중 석탄의 경우, 다른 자원에 비해 매장량이 풍부하고, 지역 편재성이 적어 최근에 전 세계적으로 석탄을 합성천연가스(Synthetic Natural Gas, SNG)로 전환하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 석탄가스화(Coal Gasification)는 석탄을 고열로 기체화하여 합성가스(H2, CO)를 만들어 발전 등에 사용하는 기술을 말한다. 석탄에 고열을 가하면 고체, 액체, 기체 순서로 변하는데 이렇게 만들어진 합성가스(syngas)는 발전에 필요한 연료인 천연가스의 일부를 대체할 수 있다.In the case of coal among fossil fuels, research has been actively conducted to convert coal to Synthetic Natural Gas (SNG) worldwide due to its rich reserves and less local ubiquity compared to other resources. Coal gasification (Coal Gasification) refers to a technology that gas is used to generate synthetic gas (H 2 , CO) by gasifying it with high heat. When coal is subjected to high heat, it changes in the order of solid, liquid and gas.

하지만 합성가스만으로는 천연가스의 열량에 미치지 못하기 때문에 합성가스를 메탄화 하여 합성천연가스를 생산 한다. 그러나 합성천연가스는 주로 메탄(90 % ~ 98 %)을 함유하기 때문에 정제를 하더라도 발열량이 약 9,400 kcal/m3로, 한국가스 공사가 지정한 천연가스의 표준 열량인 10,400 kcal/m3에 미치지 못해 합성천연가스의 활용이 어려운 상황이며, 이에 따라 발열량을 향상시키기 위한 방법이 필요하다.However, synthetic gas alone does not reach the heat of natural gas, so synthetic gas is methaneized to produce synthetic natural gas. However, since synthetic natural gas mainly contains methane (90% ~ 98%), even if purified, the calorific value is about 9,400 kcal/m 3 , which is less than 10,400 kcal/m 3 , the standard heat value of natural gas designated by the Korea Gas Corporation. It is difficult to utilize synthetic natural gas, and accordingly, a method for improving heat generation is required.

이와 관련하여 종래에는 합성천연가스에 발열량이 높은 탄화수소 C3, C4 등을 혼입시키는 열량조정 공정을 추가하였으나, 이와 같은 방법은 별도의 탄화수소를 구입하기 위한 비용이 소요되고, 구입한 탄화수소를 위한 저장 공간과 혼합 비율의 조절을 위한 설비가 추가로 필요하다는 문제점이 있었다.In this regard, conventionally, a calorific adjustment process in which hydrocarbons C3, C4, etc. having a high calorific value is added to the synthetic natural gas is added, but this method takes a cost to purchase a separate hydrocarbon, and a storage space for the purchased hydrocarbon. There was a problem that additional equipment for adjusting the mixing ratio was required.

구체적으로 합성천연가스의 발열량이 기준치 10,400 kcal/m3을 초과하기 위해서는 에탄의 경우 약 12.6 %, 프로판의 경우에는 약 6.35 %, 부탄의 경우에는 약 4.25 % 이상의 탄화수소를 첨가해야 한다. 상기와 같은 탄화수소(CnHm)의 구매 비용은 전체 합성천연가스 생산 비용의 약 20 %에 육박한다. 따라서 이러한 외부적인 고열량 가스의 외부 보충 없이 합성천연가스 생산 공정 중에 일부 가스를 고열량의 탄화수소로 전환시켜 발열량을 상승시킬 수 있다면 관련 분야에서 유용하게 사용될 수 있을 것이다.Specifically, in order to generate the calorific value of the synthetic natural gas to exceed the reference value of 10,400 kcal/m 3 , hydrocarbons of about 12.6% for ethane, about 6.35% for propane, and about 4.25% for butane must be added. The purchase cost of the hydrocarbon (C n H m ) as described above is close to about 20% of the total cost of syngas production. Therefore, if it is possible to increase the calorific value by converting some gases to hydrocarbons of high calorific value during the synthesis natural gas production process without external supplementation of such high calorific gas, it may be useful in related fields.

이에, 한국등록특허 제1420634호(특허문헌 0001)에서는 별도의 탄화수소를 보충할 필요 없이 충분한 열량의 합성천연가스를 생산하기 위해 합성천연가스의 생산 공정 내에 C1 내지 C4의 저급 탄화수소를 생성하는 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 공정을 포함하고, 상기 피셔-트롭쉬 공정에서 생산된 C1 내지 C4의 저급 탄화수소를 메탄 합성 공정에서 획득한 메탄 합성가스에 혼합시켜 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조방법 및 이를 위한 장치를 개시한 바 있고, 한국등록특허 제1875857호(특허문헌 0002)에서는 합성천연가스의 생산 공정 중, 제1 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응공정과 제2 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응공정을 포함하여 최종 산물의 수소 잔량과 에너지 효율성 측면에서 최적화된 고열량 합성천연가스 제조방법을 개시한 바 있다. Accordingly, in Korean Registered Patent No. 1420634 (Patent Document 0001), Fischer produces C1 to C4 lower hydrocarbons in the production process of synthetic natural gas in order to produce sufficient amount of synthetic natural gas without the need to supplement a separate hydrocarbon. A method of producing a synthetic natural gas comprising a Fischer-Tropsch process and mixing C1 to C4 lower hydrocarbons produced in the Fischer-Tropsch process with methane synthesis gas obtained in a methane synthesis process And there has been disclosed a device for this, in Korean Patent Registration No. 1875857 (Patent Document 0002), the first Fischer-Tropsch reaction process and the second Fischer-Tropsch process during the production of synthetic natural gas (Fischer-Tropsch) A method for producing a high-calorie synthetic natural gas optimized in terms of hydrogen balance and energy efficiency of a final product including a reaction process has been disclosed.

또한, 한국공개특허 제2018-0105823호(특허문헌 0003)에서는 합성천연가스에 외부로부터 공급된 액화석유가스(LPG) 등을 혼합하지 않아도 고발열량의 합성천연가스를 제조하기 위해 합성가스의 일부를 분리하여 발열량이 높은 탄화수소 화합물을 피셔-트룹쉬 반응으로 제조하고, 제조된 발열량이 높은 탄화수소 화합물과 합성천연가스를 혼합시켜 발열량 증가된 합성천연가스를 제조하는 방법 및 제조시스템을 개시한 바 있다.In addition, in Korean Patent Publication No. 2018-0105823 (Patent Document 0003), a portion of the synthetic gas is produced to produce a synthetic natural gas having a high calorific value without mixing liquefied petroleum gas (LPG) supplied from the outside to the synthetic natural gas. Disclosed is a method and a manufacturing system for producing a hydrocarbon compound having a high calorific value by separating a Fischer-Truffsch reaction, and preparing a synthetic natural gas having an increased calorific value by mixing a hydrocarbon compound having a high calorific value with a synthetic natural gas.

그러나 전술된 고열량의 합성천연가스를 제조하기 위한 방법 및 장치들은 모두 발열량이 높은 탄화수소(C3, C4 등)를 제조하기 위해 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 반응을 적용하고 있다. 이러한 피셔-트롭쉬 반응은 통상적으로 합성가스(H2와 CO 가스)를 원료로 사용하는 연쇄 사슬성장 반응을 통해 C5 이상의 탄화수소가 대부분 제조됨에 따라, 고열량의 합성천연가스를 제조하기 위해서는 피셔-트롭쉬 반응에서 제조된 탄화수소 화합물의 분리 정제공정과 더불어 수소첨가반응(Hydrocracking), 이성질화(Isomerization) 등과 같은 C5 이상의 탄화수소로부터 C1 내지 C4의 저급 탄화수소로의 전환을 위한 추가적인 업그레이딩 공정을 실시하여야 하는 문제점이 있었다.However, all of the above-described methods and apparatuses for producing a high-calorie synthetic natural gas employ a Fischer-Tropsch reaction to produce hydrocarbons (C3, C4, etc.) having a high calorific value. Since the Fischer-Tropsch reaction is mostly produced with hydrocarbons of C5 or higher through a chain-chain growth reaction using synthetic gas (H 2 and CO gas) as a raw material, Fischer-Treat is required to produce a high-calorie synthetic natural gas. In addition to the separation and purification process of the hydrocarbon compound produced in the Roppsch reaction, an additional upgrading process for conversion of C1 to C4 lower hydrocarbons from C5 or higher hydrocarbons such as hydrogenation and isomerization is required. There was a problem.

따라서, 외부적인 고열량 가스의 보충이 없이 자체적인 생산 공정을 통하여 고열량의 탄화수소로 생산하되, 생산되는 탄화수소의 C4 이하의 저급 탄화수소의 선택도를 높여 별도의 C5 이상 탄화수소 화합물의 분리정제 공정이나 업그레이딩 공정 없이 자체적으로 열량 조절이 가능한 고발열량의 합성천연가스의 제조기술의 개발이 요구되고 있다.Therefore, it is produced with high-calorie hydrocarbons through its own production process without replenishment of external high-calorie gases, but it increases the selectivity of lower hydrocarbons of C4 or less of the produced hydrocarbons to separate or purify or upgrade separate C5 or higher hydrocarbon compounds. There is a need to develop a technology for producing synthetic natural gas having a high calorific value capable of controlling its own heat without a process.

한국등록특허 제1420634호(공고일 : 2014.07.21)Korean Registered Patent No. 1420634 (Notice: 2014.07.21) 한국등록특허 제1875857호(공개일 : 2014.10.16)Korean Registered Patent No. 1875857 (Publication date: 2014.10.16) 한국공개특허 제2018-0105823호(공개일 : 2018.10.01)Korean Patent Publication No. 2018-0105823 (Publication date: 2018.10.01)

본 발명의 주된 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 합성천연가스의 생산 공정 내에, C4 이하의 저급 탄화수소를 생산하는 공정을 포함함으로써, 외부로의 액화석유가스의 공급 없이 고발열량의 합성천연가스를 제조할 수 있는 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조방법 및 그 제조시스템을 제공하는데 있다.The main object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and by including a process of producing lower hydrocarbons of C4 or less in the process of producing synthetic natural gas, synthetic natural gas having high calorific value without supply of liquefied petroleum gas to the outside It is to provide a method for manufacturing a synthetic natural gas with an increased calorific value capable of producing gas and a system for manufacturing the same.

본 발명의 목적은 또한, 합성천연가스의 생산 공정 내에서 C4 이하, 특히 부탄과 프로판 등의 저급 탄화수소의 선택도를 높임으로써, C5 이상의 탄화수소에 대한 추가적인 분리정제 및 업그레이딩 공정 없이 충분한 열량의 합성천연가스를 생산할 수 있는, 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조방법 및 그 제조시스템을 제공하는데 있다.It is also an object of the present invention, by increasing the selectivity of lower hydrocarbons such as butane and propane, especially C4 or less, in the production process of synthetic natural gas, synthesis of sufficient calorific value without additional separation purification and upgrading process for C5 or higher hydrocarbons It is to provide a method for producing a synthetic natural gas with an increased calorific value capable of producing natural gas, and a manufacturing system thereof.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예는 (a) 연료를 가스화하여 합성가스를 수득하는 단계; (b) 상기 수득된 합성가스를 수성가스 전환반응시키는 제1 수성가스전환 단계; (c) 상기 제1 수성가스전환 단계에서 수득된 합성가스의 일부를 분리하여 수성가스 전환반응시키는 제2 수성가스전환 단계; (d) 상기 제1 수성가스전환 단계에서 수득된 합성가스의 일부를 분리하고, 분리된 합성가스 일부를 메탄올 합성촉매 및 탄화수소 합성촉매 존재하에 반응시켜 C1 내지 C4 저급 탄화수소를 제조하는 탄화수소 합성단계; (e) 상기 제2 수성가스전환 단계에서 수득된 합성가스를 메탄 합성반응시켜 메탄 함유 가스를 제조하는 메탄 합성단계; 및 (f) 상기 메탄 합성단계에서 제조된 메탄 함유 가스에 탄화수소 합성단계에서 제조된 C1 내지 C4 저급 탄화수소를 혼합하여 합성천연가스를 제조하는 단계;를 포함하는 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, an embodiment of the present invention comprises the steps of (a) gasifying the fuel to obtain a syngas; (b) a first aqueous gas conversion step of converting the obtained synthesis gas into an aqueous gas conversion reaction; (c) a second water gas conversion step of separating a part of the synthesis gas obtained in the first water gas conversion step to perform a water gas conversion reaction; (d) a hydrocarbon synthesis step of separating a part of the synthesis gas obtained in the first water gas conversion step, and reacting a part of the separated synthesis gas in the presence of a methanol synthesis catalyst and a hydrocarbon synthesis catalyst to produce C1 to C4 lower hydrocarbons; (e) a methane synthesis step of producing a methane-containing gas by methane synthesis reaction of the synthesis gas obtained in the second water gas conversion step; And (f) mixing C1 to C4 lower hydrocarbons produced in the hydrocarbon synthesis step with the methane-containing gas prepared in the methane synthesis step to produce a synthetic natural gas. Gives

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 연료는 석탄, 바이오매스 및 고체탄소로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.In one preferred embodiment of the present invention, the fuel may be characterized in that at least one selected from the group consisting of coal, biomass and solid carbon.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 (b) 단계에서 수득된 합성가스에 포함된 CO : H2의 부피비는 1 : 1 내지 3인 것을 특징으로 할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the volume ratio of CO:H 2 contained in the synthesis gas obtained in step (b) may be characterized in that it is 1: 1-3.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 (c) 단계에서 수득된 합성가스에 포함된 CO : H2의 부피비는 1 : 2 내지 4인 것을 특징으로 할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the volume ratio of CO:H 2 contained in the syngas obtained in step (c) may be characterized in that it is 1:2 to 4.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 (d) 단계는 (i) 상기 제1 수성가스전환 단계에서 수득된 합성가스 일부를 분리하고, 분리된 합성가스 일부를 메탄올 합성 촉매 존재하에서 반응시켜 메탄올 및/또는 디메틸에테르 함유 가스를 제조하는 단계; 및 (ii) 상기 제조된 메탄올 및/또는 디메틸에테르 함유 가스와 제1 수성가스전환 단계에서 수득된 합성가스 일부를 탄화수소 합성촉매 존재하에 반응시켜 C1 내지 C4 저급 탄화수소를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, step (d) comprises (i) separating a portion of the synthesis gas obtained in the first water gas conversion step, reacting the separated portion of the synthesis gas in the presence of a methanol synthesis catalyst to methanol and / Or preparing a dimethyl ether-containing gas; And (ii) producing C1 to C4 lower hydrocarbons by reacting the prepared methanol and/or dimethyl ether-containing gas and a part of the synthesis gas obtained in the first aqueous gas conversion step in the presence of a hydrocarbon synthesis catalyst. Can be done with

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 (d) 단계는 상기 제1 수성가스전환 단계에서 수득된 합성가스 일부를 분리하고, 분리된 합성가스 일부를 메탄올 합성촉매 및 탄화수소 합성촉매가 혼합된 혼합촉매 존재하에서 반응시켜 C1 내지 C4 저급 탄화수소를 제조하는 것을 특징으로 할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, step (d) separates a part of the synthesis gas obtained in the first water gas conversion step, and a part of the separated synthesis gas is a mixed catalyst in which methanol synthesis catalyst and hydrocarbon synthesis catalyst are mixed. It may be characterized by reacting in the presence to produce C1 to C4 lower hydrocarbons.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 메탄올 합성촉매는 Cu-Zn계 촉매, Pd-Z-Cr계 촉매, Zn-Cr계 촉매 및 Pd계 촉매로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the methanol synthesis catalyst is characterized in that at least one selected from the group consisting of Cu-Zn-based catalyst, Pd-Z-Cr-based catalyst, Zn-Cr-based catalyst and Pd-based catalyst Can be.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 탄화수소 합성촉매는 Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ru, Rh, Pd, Ir 및 Pr로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상이 담지된 제올라이트계 촉매인 것을 특징으로 할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the hydrocarbon synthesis catalyst is Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ru, Rh, Pd, Ir and Pr is one or more selected from the group consisting of a supported zeolite-based catalyst It can be characterized as.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 혼합촉매는 메탄올 합성촉매 및 탄화수소 합성촉매가 4 : 1 ~ 1 : 4 중량비로 혼합되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the mixed catalyst may be characterized in that the methanol synthesis catalyst and the hydrocarbon synthesis catalyst are mixed in a weight ratio of 4:1 to 1:4.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 (e) 단계 후, 제조되는 합성천연가스는 발열량이 10,400 kcal/Nm3 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, after the step (e), the synthetic natural gas produced may be characterized in that the calorific value is 10,400 kcal/Nm 3 or more.

본 발명의 다른 구현예는 연료를 가스화하여 합성가스를 수득하는 가스화유닛; 상기 수득된 합성가스를 수성가스 전환반응시키는 제1 수성가스전환 유닛; 상기 제1 수성가스전환 유닛에서 수성가스 전환된 합성가스 일부를 분리하여 수성가스 전환반응시키는 제2 수성가스전환 유닛; 상기 제1 수성가스전환 유닛에서 수성가스 전환된 합성가스의 일부를 분리하고, 분리된 합성가스 일부를 메탄올 합성촉매 및 탄화수소 합성촉매 존재하에 반응시켜 C1 내지 C4 저급 탄화수소를 제조하는 탄화수소 합성 유닛; 상기 제2 수성가스전환 유닛에서 수성가스 전환된 합성가스를 메탄화 반응시켜 메탄 함유 가스를 제조하는 메탄 합성 유닛; 및 상기 메탄 함유 가스에 탄화수소 합성 유닛에서 제조된 C1 내지 C4 저급 탄화수소를 혼합시켜 합성천연가스를 제조하는 혼합 유닛;을 포함하는 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조시스템을 제공한다. Another embodiment of the present invention is a gasification unit to obtain a synthesis gas by gasifying the fuel; A first aqueous gas conversion unit for converting the obtained synthesis gas into an aqueous gas conversion reaction; A second water gas conversion unit that separates a portion of the synthesis gas converted from water gas from the first water gas conversion unit to perform water gas conversion reaction; A hydrocarbon synthesis unit for separating a part of the synthesis gas converted into water gas from the first water gas conversion unit and reacting the separated synthesis gas in the presence of a methanol synthesis catalyst and a hydrocarbon synthesis catalyst to produce C1 to C4 lower hydrocarbons; A methane synthesis unit for producing a methane-containing gas by methanation reaction of the synthesis gas converted from the water gas in the second water gas conversion unit; And a mixing unit for producing a synthetic natural gas by mixing C1 to C4 lower hydrocarbons produced in a hydrocarbon synthesis unit with the methane-containing gas.

본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 연료는 석탄, 바이오매스 및 고체탄소로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.In another preferred embodiment of the present invention, the fuel may be characterized in that at least one selected from the group consisting of coal, biomass and solid carbon.

본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 제1 수성가스 전환된 합성가스에 포함된 CO : H2의 부피비는 1 : 1 내지 3인 것을 특징으로 할 수 있다.In another preferred embodiment of the present invention, the volume ratio of CO:H 2 contained in the first water gas-converted syngas may be 1: 1 to 3.

본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 제2 수성가스 전환된 합성가스에 포함된 CO : H2의 부피비는 1 : 2 내지 4인 것을 특징으로 할 수 있다.In another preferred embodiment of the present invention, the volume ratio of CO:H 2 contained in the second water gas-converted syngas may be 1:2 to 4.

본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 탄화수소 합성 유닛은 제1 수성가스 전환된 합성가스 일부를 분리하고, 분리된 합성가스 일부를 메탄올 합성 촉매 존재하에서 반응시켜 메탄올 및/또는 디메틸에테르 함유 가스를 제조하는 메탄올 합성 유닛; 및 상기 제조된 메탄올 및/또는 디메틸에테르 함유 가스와 제1 수성가스 전환된 합성가스 일부를 탄화수소 합성촉매 존재하에 반응시켜 C1 내지 C4 저급 탄화수소를 제조하는 탄화수소 합성 유닛을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In another preferred embodiment of the present invention, the hydrocarbon synthesis unit separates a portion of the first water gas converted syngas and reacts the separated syngas in the presence of a methanol synthesis catalyst to produce methanol and/or dimethyl ether-containing gas. Methanol synthesis unit; And a hydrocarbon synthesis unit for producing C1 to C4 lower hydrocarbons by reacting the prepared methanol and/or dimethyl ether-containing gas with a portion of the first aqueous gas converted synthesis gas in the presence of a hydrocarbon synthesis catalyst. .

본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 탄화수소 합성 유닛은 제1 수성가스 전환된 합성가스 일부를 분리하고, 분리된 합성가스 일부를 메탄올 합성촉매 및 탄화수소 합성촉매가 혼합된 혼합촉매 존재하에서 반응시켜 C1 내지 C4 저급 탄화수소를 제조하는 것을 특징으로 할 수 있다.In another preferred embodiment of the present invention, the hydrocarbon synthesis unit separates a portion of the first water gas converted synthesis gas, and reacts the separated synthesis gas in the presence of a mixed catalyst in which methanol synthesis catalyst and hydrocarbon synthesis catalyst are mixed to C1. To C4 lower hydrocarbons.

본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 메탄올 합성촉매는 Cu-Zn계 촉매, Pd-Zn-Cr계 촉매, Zn-Cr계 촉매 및 Pd계 촉매로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.In another preferred embodiment of the present invention, the methanol synthesis catalyst is characterized in that at least one selected from the group consisting of Cu-Zn-based catalyst, Pd-Zn-Cr-based catalyst, Zn-Cr-based catalyst and Pd-based catalyst Can be.

본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 탄화수소 합성촉매는 Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ru, Rh, Pd, Ir 및 Pr로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상이 담지된 제올라이트계 촉매인 것을 특징으로 할 수 있다.In another preferred embodiment of the present invention, the hydrocarbon synthesis catalyst is Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ru, Rh, Pd, Ir and Pr is one or more selected from the group consisting of a supported zeolite-based catalyst It can be characterized as.

본 발명의 바람직한 다른 구현예에서, 상기 혼합촉매는 메탄올 합성촉매 및 탄화수소 합성촉매가 4 : 1 ~ 1 : 4 중량비로 혼합되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.In another preferred embodiment of the present invention, the mixed catalyst may be characterized in that the methanol synthesis catalyst and the hydrocarbon synthesis catalyst are mixed in a weight ratio of 4:1 to 1:4.

본 발명에 따르면 석탄, 바이오매스, 고체탄소 연료 등으로부터 단위 부피당 열량이 10,400 kcal/N㎥ 이상으로 발열량이 증가된 합성천연가스를 외부로부터 별도의 탄화수소의 보충 없이 제공할 수 있어 경제적인 동시에 환경 친화적인 효과가 있다.According to the present invention, it is economical and environmentally friendly at the same time as it is possible to provide synthetic natural gas having an increased calorific value per unit volume of 10,400 kcal/Nm3 or more from coal, biomass, solid carbon fuel, etc. without supplementing hydrocarbons from the outside. It has a phosphorus effect.

또한, 본 발명에 따르면 합성천연가스의 생산 공정 내에서 합성천연가스의 열량조정을 위한 C4 이하의 저급 탄화수소의 선택도를 높임으로써, C5 이상의 탄화수소에 대한 추가적인 분리정제 및 업그레이딩 공정에 대한 부담을 낮추면서 고발열량의 합성천연가스를 제조할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, by increasing the selectivity of lower hydrocarbons of C4 or less for adjusting the amount of heat of the synthetic natural gas in the production process of synthetic natural gas, additional separation and purification for C5 or more hydrocarbons and the burden on the upgrade process While lowering, there is an effect that can produce a high-calorie synthetic natural gas.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조방법의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조방법의 개략도이다.
1 is a schematic diagram of a method of manufacturing a synthetic natural gas with increased calorific value according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of a method of manufacturing a synthetic natural gas with increased calorific value according to another embodiment of the present invention.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. In general, the nomenclature used herein is well known and commonly used in the art.

본원 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. When a certain part of the present specification “includes” a certain component, it means that the component may further include other components, not to exclude other components, unless otherwise stated.

본원 명세서 전체에서 알파벳 C 뒤의 숫자는 탄화수소 화합물 내의 탄소수를 의미하는 것으로, C2 탄화수소 화합물은 탄소수의 수가 2개인 탄화수소 화합물을 의미한다.Throughout the present specification, the number after the letter C refers to the number of carbon atoms in the hydrocarbon compound, and the C2 hydrocarbon compound refers to a hydrocarbon compound having two carbon atoms.

본 발명은 일 관점에서, (a) 연료를 가스화하여 합성가스를 수득하는 단계; (b) 상기 수득된 합성가스를 수성가스 전환반응시키는 제1 수성가스전환 단계; (c) 상기 제1 수성가스전환 단계에서 수득된 합성가스를 수성가스 전환반응시키는 제2 수성가스전환 단계; (d) 상기 제1 수성가스전환 단계에서 수득된 합성가스 일부를 분리하고, 분리된 합성가스 일부를 메탄올 합성촉매 및 탄화수소 합성촉매 존재하에 반응시켜 C1 내지 C4 저급 탄화수소를 제조하는 탄화수소 합성단계; (e) 상기 제2 수성가스전환 단계에서 수득된 합성가스를 메탄 합성반응시켜 메탄 함유 가스를 제조하는 메탄 합성단계; 및 (f) 상기 메탄 합성단계에서 제조된 메탄 함유 가스에 탄화수소 합성단계에서 제조된 C1 내지 C4 저급 탄화수소를 혼합하여 합성천연가스를 제조하는 단계;를 포함하는 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조방법에 관한 것이다.In one aspect, the present invention, (a) gasifying a fuel to obtain a synthesis gas; (b) a first aqueous gas conversion step of converting the obtained synthesis gas into an aqueous gas conversion reaction; (c) a second water gas conversion step of converting the synthesis gas obtained in the first water gas conversion step into a water gas conversion reaction; (d) a hydrocarbon synthesis step of separating a part of the synthesis gas obtained in the first water gas conversion step, and reacting a part of the separated synthesis gas in the presence of a methanol synthesis catalyst and a hydrocarbon synthesis catalyst to produce C1 to C4 lower hydrocarbons; (e) a methane synthesis step of producing a methane-containing gas by methane synthesis reaction of the synthesis gas obtained in the second water gas conversion step; And (f) mixing C1 to C4 lower hydrocarbons produced in the hydrocarbon synthesis step with the methane-containing gas prepared in the methane synthesis step to produce a synthetic natural gas. It is about.

보다 구체적으로 본 발명은 석탄, 바이오매스, 고체탄소 등의 연료로부터 얻어진 합성가스(syngas)를 사용하여 발열량이 증가된 합성천연가스(high caloric SNG)를 제조하는 방법에 관한 것으로, 수성가스 전환반응으로 일산화탄소와 수소의 비율이 조절된 합성가스의 일부를 분리하여 발열량이 높은 탄화수소를 합성하고, 이를 합성천연가스와 혼합시켜 액화 천연가스급의 발열량을 갖는 합성천연가스를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이때, 상기 발열량이 높은 탄화수소는 합성천연가스의 공정 내에서 메탄올 합성촉매와 탄화수소 합성촉매를 이용하여 C4 이하의 탄화수소, 특히 부탄과 프로판의 선택도를 높임으로써 효율적으로 발열량이 증가된 합성천연가스를 제조할 수 있다.More specifically, the present invention relates to a method for producing a synthetic natural gas (high caloric SNG) having an increased calorific value using syngas obtained from fuels such as coal, biomass, and solid carbon. The method relates to a method of synthesizing a hydrocarbon having a high calorific value by separating a portion of the synthetic gas in which the ratio of carbon monoxide and hydrogen is controlled, and mixing it with a synthetic natural gas to produce a synthetic natural gas having a calorific value of liquefied natural gas. At this time, the hydrocarbon having a high calorific value efficiently increases the selectivity of hydrocarbons of C4 or less, particularly butane and propane, by using a methanol synthetic catalyst and a hydrocarbon synthetic catalyst in the process of synthesizing natural gas. Can be produced.

도 1은 본 발명의 일 구현예를 개략적으로 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 다른 구현예를 개략적으로 나타낸 것으로, 도 1 및 도 2를 참고하여 본 발명의 방법을 보다 상세히 살펴보면, 합성가스는 연료로써 석탄, 바이오매스 및 고체탄소 등을 가스화하는 합성가스화 단계[S10, (a) 단계]에서 제조될 수 있다. 이때 산소와 물 또는 수증기를 가스화재로 사용하여 연료를 하기 반응식 1과 같은 반응에 의해 일산화탄소와 수소로 변환시킨다. 합성가스화 단계에 필요한 산소는 공기로부터 얻을 수 있는데 질소를 분리하는 산소분리공정에서 얻을 수 있다. 이렇게 획득되는 합성가스는 CO : H2의 부피비가 1 : 1로 수득된다.1 schematically shows one embodiment of the present invention, and FIG. 2 schematically shows another embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 1 and 2, the method of the present invention will be described in more detail. It can be prepared in a synthesis gasification step [S10, (a) step] of gasifying coal, biomass, and solid carbon as fuel. At this time, oxygen and water or water vapor are used as gas fires to convert the fuel into carbon monoxide and hydrogen by a reaction as shown in the following reaction formula 1. The oxygen needed for the syngasification step can be obtained from the air, but can be obtained in an oxygen separation process that separates nitrogen. Thus the synthesis gas obtained is CO: are obtained as a 1: 1 volume ratio of H 2.

[반응식 1][Scheme 1]

CO + H2O → CO2 + H2 (-9.5 kcal/gmol)CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (-9.5 kcal/gmol)

이와 같이 생산되는 CO : H2의 부피비가 약 1 : 1인 합성가스는 합성가스 정제 단계(S20)을 추가로 거치게 되며, 합성가스 정제 단계(S20)에서는 집진 및 H2S, CO2 등의 산가스 분리 등이 이루어질 수 있다. 구체적으로 흡수제를 통한 분리방법, 아민법 등의 방법을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 관련 업계에서 동일한 용도로 사용될 수 있는 방법이라면 제한 없이 이용할 수 있다.Synthesis gas having a volume ratio of CO 1: H 2 produced in this way is about 1: 1 is additionally subjected to a synthesis gas purification step (S20), and in the synthesis gas purification step (S20), dust collection and H 2 S, CO 2, etc. Acid gas separation and the like may be performed. Specifically, a separation method through an absorbent, a method such as an amine method can be used, but is not limited thereto, and any method that can be used for the same purpose in the related industry can be used without limitation.

전술된 바와 같이 합성가스 정제 단계(S20)를 거친 합성가스는 후속적으로 메탄 합성단계 및 탄화수소 합성단계에 이용되기 위하여 CO : H2 의 부피비가 조정되어야 하며, 이러한 과정은 수성가스 전환반응으로 합성가스의 일산화탄소와 수소 비율을 조정하는 제1 수성가스 전환(Water-gas shift) 단계[S30, (b) 단계]에서 수행된다.As described above, the synthesis gas that has undergone the synthesis gas refining step (S20) must be adjusted in volume ratio of CO:H 2 to be subsequently used in the methane synthesis step and the hydrocarbon synthesis step, and this process is synthesized by a water gas conversion reaction. It is performed in the first water-gas shift step [S30, (b) step] of adjusting the ratio of carbon monoxide and hydrogen in the gas.

상기 수성가스 전환반응은 하기 반응식 2과 같이 합성가스의 일산화탄소와 물과 반응하여 수소와 이산화탄소로 전환시킨다. The water gas conversion reaction is converted to hydrogen and carbon dioxide by reacting with carbon monoxide and water of the synthesis gas as shown in the following reaction formula 2.

[반응식 2][Scheme 2]

CO + H2O → CO2 + H2 CO + H 2 O → CO 2 + H 2

상기 수성가스 전환반응을 통해 합성가스의 일부 일산화탄소를 소비함으로써, 상기 합성가스의 CO : H2의 부피비는 1 : 1 ~ 3, 바람직하게는 1 : 1.5 ~ 2.5, 더욱 바람직하게는 1 : 2로 조정할 수 있다.By consuming some carbon monoxide of the synthesis gas through the water gas conversion reaction, the volume ratio of CO:H 2 of the synthesis gas is 1: 1 to 3, preferably 1: 1.5 to 2.5, and more preferably 1: 2 I can adjust it.

상기 제1 수성가스전환 단계에 의해 수득된 합성가스에 포함된 H2의 양이 상기 범위 미만인 경우에는 상압 상태에서 액상인 C5 이상의 탄화수소가 다량 생산되는 문제가 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 C1 내지 C4의 저급 탄화수소 등의 합성이 저해되는 문제가 있을 수 있다. 특히, 상기와 같이 제1 수성가스전환 단계에 의해 수득된 합성가스는 H2/CO의 부피비가 약 2로 조절되어야 하는 탄화수소 합성 단계(S50)에 직접 공급됨으로써, 탄화수소 합성 단계(S50)의 C1 내지 C4의 저급 탄화수소 제조에 유리하다. When the amount of H 2 contained in the synthesis gas obtained by the first water gas conversion step is less than the above range, there is a problem in that a large amount of hydrocarbons having a liquid C5 or higher under normal pressure is produced, and if it exceeds the above range, C1 There may be a problem that synthesis of lower hydrocarbons such as C4 is inhibited. In particular, the synthesis gas obtained by the first water gas conversion step as described above is directly supplied to the hydrocarbon synthesis step (S50) in which the volume ratio of H 2 /CO should be adjusted to about 2, C1 of the hydrocarbon synthesis step (S50). It is advantageous for the production of lower C4 hydrocarbons.

상기 제1 수성가스전환 단계에 의해 CO : H2의 부피비가 조절된 합성가스는 두 개의 스트림(stream)으로 분리되고, 분리된 스트림 중 일부는 탄화수소 합성단계[S50, (d) 단계]로 공급되며, 나머지 합성가스 일부는 메탄화 합성에 유리하도록 H2/CO를 조절하기 위해 제2 수성가스전환 단계[S35, (c)단계]에 공급되어 수성가스 전환반응을 수행한다.The synthesis gas whose volume ratio of CO:H 2 is adjusted by the first water gas conversion step is separated into two streams, and some of the separated streams are supplied to a hydrocarbon synthesis step [S50, (d) steps]. And some of the remaining synthesis gas is supplied to the second water gas conversion step [S35, (c) step] to control the H 2 /CO so as to favor methanation synthesis, thereby performing the water gas conversion reaction.

상기 제2 수성가스 전환 단계에 의해 획득된 가스에 포함된 CO : H2의 부피비는 1 : 2 ~ 4, 바람직하게는 1 : 2.5 ~ 3.5, 더욱 바람직하게는 1 : 3일 수 있다. 상기 제2 수성가스전환 단계에 의해 획득된 가스에 포함된 H2의 양이 상기 범위 미만인 경우에는 후술되는 메탄 합성 단계의 메탄 전환율이 저조하며, 상압 상태에서 액상인 C5 이상의 탄화수소가 다량 생산되는 문제가 있고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 C2 내지 C4의 탄화수소 합성이 저해되는 문제가 있다.The volume ratio of CO:H 2 contained in the gas obtained by the second water gas conversion step may be 1:2 to 4, preferably 1:2.5 to 3.5, and more preferably 1:3. When the amount of H 2 contained in the gas obtained by the second aqueous gas conversion step is less than the above range, the methane conversion rate of the methane synthesis step described later is low, and a problem of producing a large amount of C5 hydrocarbons or more in a liquid state at atmospheric pressure is produced. There is, there is a problem that the hydrocarbon synthesis of C2 to C4 is inhibited when it exceeds the above range.

상기 제2 수성가스전환 단계에 의해 CO : H2의 부피비가 조절된 합성가스는 메탄화(methanation reaction)시키는 메탄 합성 단계[S40, (e) 단계]를 거치게 되며, 이때 일어나는 메탄화 반응은 반응식 3과 같다.The synthesis gas whose volume ratio of CO:H 2 is controlled by the second water gas conversion step is subjected to a methane synthesis step [S40, (e) step] of methanation reaction. Same as 3.

[반응식 3][Scheme 3]

CO + 3H2 → CH4 + H2O CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O

그 결과 획득되는 메탄 함유 가스는 주성분이 메탄으로 구성되며, 메탄이 주성분인 천연가스와 성분이 유사하나, 그 발열량이 9,500 Kcal/Nm3으로, 한국가스공사가 공급하는 액화천연가스의 표준 열량인 10,400 Kcal/Nm3에 미치지 않기 때문에, 본 발명에서는 수성가스전환 단계에서 수득된 합성가스 일부를 사용하여 발열량이 높은 C4 이하의 저급 탄화수소 화합물을 합성하고, 상기 C4 이하의 저급 탄화수소 화합물을 메탄 함유 가스에 혼합하여 LNG급의 발열량을 갖는 합성천연가스를 제조한다. 이하 구체적으로 설명한다.As a result, the methane-containing gas obtained is composed of methane as its main component, and has similar components to natural gas, the main component of which is methane, but its calorific value is 9,500 Kcal/Nm 3 , which is the standard amount of liquefied natural gas supplied by the Korea Gas Corporation. Since it does not reach 10,400 Kcal/Nm 3 , in the present invention, a lower hydrocarbon compound having a high calorific value is synthesized using a part of the synthetic gas obtained in the water gas conversion step, and the lower hydrocarbon compound having a C4 or lower methane-containing gas To produce a synthetic natural gas having a calorific value of LNG. It will be described in detail below.

본 발명은 전술한 바와 같이 제1 수성가스전환 단계[(b) 단계, S30]에서 생성된 합성가스 일부를 분리하고, 분리된 합성가스 일부를 메탄올 합성촉매 및 탄화수소 합성촉매 존재하에 반응시켜 C4 이하의 저급 탄화수소를 제조한다[(d) 단계, S50].The present invention separates a part of the synthesis gas produced in the first water gas conversion step [(b) step, S30] as described above, and reacts a part of the separated synthesis gas in the presence of a methanol synthesis catalyst and a hydrocarbon synthesis catalyst to C4 or less. To produce a lower hydrocarbon (step (d), S50).

이때, 상기 C4 이하의 저급 탄화수소는 일 실시예로 합성가스로부터 메탄올을 수득한 다음, 수득된 메탄올로부터 C4 이하의 탄화수소를 제조하는 방법과, 다른 실시예로는 메탄올 합성촉매와 탄화수소 합성촉매를 물리적으로 혼합시킨 혼합촉매 존재하에서 합성가스로부터 C4 이하의 탄화수소를 제조하는 단일 단계의 방법으로 제조할 수 있다. In this case, the lower hydrocarbon of C4 or less is obtained as a methanol from the synthesis gas in one embodiment, and then a method for producing a hydrocarbon of C4 or less from the obtained methanol, and in another embodiment, the methanol synthesis catalyst and the hydrocarbon synthesis catalyst are physically It can be prepared by a single-step method for producing C4 or less hydrocarbons from the synthesis gas in the presence of a mixed catalyst.

보다 구체적으로 본 발명의 일 실시예로, 합성가스로부터 메탄올을 경유하여 C4 이하의 저급 탄화수소를 제조할 경우에는 도 2에 나타난 바와 같이, 상기 제1 수성가스전환 단계에서 획득된 합성가스 일부를 분리하고, 분리된 합성가스 일부를 메탄올 합성 촉매 존재하에서 반응식 4 및 5와 같은 반응으로 메탄올 및/또는 디메틸에테르 함유 가스를 제조한다[(i) 단계, S51]. 이때, 상기 생성된 메탄올은 반응식 6과 같이 탈수 이량화 반응에 의해 디메틸에테르를 생성할 수 있다.More specifically, as an embodiment of the present invention, when producing a lower hydrocarbon of C4 or less via methanol from the synthesis gas, as shown in Figure 2, separating a portion of the synthesis gas obtained in the first water gas conversion step Then, methanol and/or dimethyl ether-containing gas are prepared by reacting a part of the separated synthesis gas in the presence of a methanol synthesis catalyst in the same manner as in Schemes 4 and 5 ((i) step, S51). At this time, the produced methanol may generate dimethyl ether by a dehydration dimerization reaction as shown in Scheme 6.

[반응식 4][Reaction Scheme 4]

CO + 2H2 → CH3OHCO + 2H 2 → CH 3 OH

[반응식 5][Scheme 5]

3CO + 3H2 → CH3OCH3 + CO2 3CO + 3H 2 → CH 3 OCH 3 + CO 2

[반응식 6][Scheme 6]

CH3OH → CH3OCH3 + H2OCH 3 OH → CH 3 OCH 3 + H 2 O

이와 같이 제조된 메탄올 및/또는 디메틸에테르 함유 가스는 제1 수성가스전환 단계에서 획득된 합성가스와 함께 탄화수소 합성촉매 존재하에 반응식 7의 반응으로 C4 이하의 저급 탄화수소를 제조할 수 있다[(ii) 단계, S52]. 이때, 탄화수소 합성 촉매에서는 메탄올 및/또는 디메틸에테르 함유 가스의 탈수에 의해 카르벤(H2C:)이 생성되고, 생성된 카르벤의 중합에 의해 주성분이 프로필렌 또는 부테인인 올레핀이 생성되며, 생성된 올레핀이 합성가스의 수소에 의해 수소화되어 주성분이 프로판 또는 부탄인 탄화수소를 제조할 수 있다. The methanol and/or dimethyl ether-containing gas thus produced can produce lower hydrocarbons of C4 or lower by the reaction of Reaction Scheme 7 in the presence of a hydrocarbon synthesis catalyst together with the synthesis gas obtained in the first aqueous gas conversion step [(ii) Step S52]. At this time, in the hydrocarbon synthesis catalyst, carbene (H 2 C:) is generated by dehydration of methanol and/or dimethyl ether-containing gas, and polymerization of the resulting carbene produces olefins whose main component is propylene or butane, The resulting olefin is hydrogenated with hydrogen in the synthesis gas to produce a hydrocarbon whose main component is propane or butane.

[반응식 7][Scheme 7]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 반응에서는 물이 생성되는데, 생성되는 물은 합성가스의 일산화탄소와 수성가스전환 반응을 일으켜 수소를 생성시킬 수 있고, 생성된 수소는 전술된 탄화수소 합성의 수소원으로 사용할 수 있어 더욱 경제적으로 저급 탄화수소를 제조할 수 있다. In the reaction, water is generated, and the generated water may generate hydrogen by converting carbon monoxide and water gas of the synthesis gas, and the generated hydrogen can be used as a hydrogen source for the above-described hydrocarbon synthesis, making it more economical to lower hydrocarbons. Can be produced.

상기 (i) 단계에서의 반응은 메탄올 합성촉매의 종류 등에 따라 반응온도, 반응압력 등의 반응 조건을 적절히 결정할 수 있고, 바람직하게는 반응온도 150 ℃ ~ 500 ℃ 및 반응 압력 0.1 Mpa ~ 100 Mpa에서 수행할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 반응온도 200 ℃ ~ 400 ℃ 및 반응 압력 1 Mpa ~ 60 Mpa에서 수행할 수 있다. 상기 (i) 단계에서 반응온도가 150 ℃ 이상이거나, 반응압력이 0.1 Mpa 이상일 경우에는 일산화탄소의 전환율을 높일 수 있고, 반응온도가 500 ℃ 이하이거나 또는 반응압력이 100 Mpa 이하일 경우에는 부반응을 방지하여 메탄올 및/또는 디메틸에테르 수율을 향상시킬 수 있다.The reaction in step (i) can be appropriately determined reaction conditions such as reaction temperature and reaction pressure according to the type of the methanol synthesis catalyst, and preferably at a reaction temperature of 150°C to 500°C and a reaction pressure of 0.1 Mpa to 100 Mpa. It can be carried out, more preferably, the reaction temperature can be carried out at 200 ℃ ~ 400 ℃ and the reaction pressure 1 Mpa ~ 60 Mpa. In step (i), when the reaction temperature is 150°C or higher, or when the reaction pressure is 0.1 Mpa or higher, the conversion rate of carbon monoxide can be increased, and when the reaction temperature is 500 °C or lower or the reaction pressure is 100 Mpa or lower, side reaction is prevented. The yield of methanol and/or dimethyl ether can be improved.

상기 메탄올 합성촉매는 합성가스로부터 메탄올 및/또는 디메틸에테르를 제조하는 촉매이면 제한 없이 사용할 수 있으며, 일예로, 산화구리-산화아연, 산화구리-산화아연-산화알루미늄(알루미나), 산화구리-산화아연-산화크롬 등의 Cu-Zn계 촉매, 산화아연-산화크롬, 산화아연-산화크롬-알루미나 등의 Zn-Cr계 촉매, Cu-ZnO계 촉매, Pd계 촉매 등을 들 수 있다. 또한, Cu, Zn, Al, Ga 및 M(알칼리토금속류 및 희토류 원소에서 선택되는 적어도 하나의 원소)를 함유하는 산화물일 수 있다. 또한, 메탄올 합성촉매는 그 원하는 효과 및 목적을 손상시키지 않는 범위내에서 필요에 따라 다른 첨가 성분을 함유할 수 있다.The methanol synthesis catalyst may be used without limitation as long as it is a catalyst for producing methanol and/or dimethyl ether from synthesis gas, and for example, copper oxide-zinc oxide, copper oxide-zinc oxide-aluminum oxide (alumina), copper oxide-oxidation And Cu-Zn catalysts such as zinc-chromium oxide, Zn-Cr catalysts such as zinc oxide-chromium oxide, zinc oxide-chromium oxide-alumina, Cu-ZnO catalysts, and Pd catalysts. In addition, it may be an oxide containing Cu, Zn, Al, Ga, and M (at least one element selected from alkaline earth metals and rare earth elements). In addition, the methanol synthesis catalyst may contain other additive components as necessary within a range that does not impair its desired effect and purpose.

상기 (i) 단계의 메탄올 및/또는 디메틸에테르 합성은 공지 방법에 따라 메탄올, 디메틸에테르 및 이들의 혼합물을 합성할 수 있으며, 기상반응 또는 메탄 합성촉매를 불활성 용매 중에 분산시킨 액상 반응 등으로 수행할 수 있다. 액상 반응의 경우, 용매로서는 석유계 용매 등을 들 수 있어 메탄올 합성 촉매의 함량은 25 중량% ~ 50 중량%일 수 있다.The synthesis of methanol and/or dimethyl ether in the step (i) may be performed by synthesizing methanol, dimethyl ether and mixtures thereof according to a known method, and may be performed by a gas phase reaction or a liquid phase reaction in which a methane synthesis catalyst is dispersed in an inert solvent. Can be. In the case of a liquid phase reaction, a petroleum-based solvent may be mentioned as a solvent, and the content of the methanol synthesis catalyst may be 25% by weight to 50% by weight.

한편 (ii) 단계에서의 반응 역시 탄화수소 합성촉매의 종류 등에 따라 반응온도, 반응압력 등의 반응 조건을 적절히 결정할 수 있고, 바람직하게는 반응온도 150 ℃ ~ 500 ℃ 및 반응 압력 0.1 Mpa ~ 100 Mpa에서 수행할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 반응온도 300 ℃ ~ 500 ℃ 및 반응 압력 0.1 Mpa ~ 10 Mpa에서 수행할 수 있다. (ii) 단계에서 반응온도가 150 ℃ 이상이거나, 반응압력이 0.1 Mpa 이상일 경우에는 보다 높은 프로판 및 부탄의 선택성을 얻을 수 있고, 반응온도가 500 ℃ 이하이거나 또는 반응압력이 100 Mpa 이하일 경우에는 촉매 수명을 연장하면서 부반응을 방지하여 저급 탄화수소 화합물의 수율을 높일 수 있다.On the other hand, the reaction in step (ii) can also appropriately determine reaction conditions such as reaction temperature and reaction pressure depending on the type of the hydrocarbon synthesis catalyst, and preferably at a reaction temperature of 150°C to 500°C and a reaction pressure of 0.1 Mpa to 100 Mpa. It can be carried out, more preferably at a reaction temperature of 300 °C to 500 °C and a reaction pressure of 0.1 Mpa to 10 Mpa. In the step (ii), when the reaction temperature is 150°C or higher, or when the reaction pressure is 0.1 Mpa or higher, higher selectivity of propane and butane can be obtained, and when the reaction temperature is 500 °C or lower or the reaction pressure is 100 Mpa or lower, the catalyst It is possible to increase the yield of the lower hydrocarbon compound by preventing side reactions while extending the life.

상기 탄화수소 합성촉매는 올레핀 수소화 촉매 성분을 제올라이트에 담지한 촉매일 수 있으며, 상기 올레핀 수소화 촉매 성분이란 올레핀의 파라핀으로의 수소화 반응에 촉매 작용을 나타내는 것을 의미하고, 제올라이트는 메탄올의 탄화수소로의 축합반응 및/또는 디메틸에테르의 탄화수소로의 축합반응에 촉매 작용을 나타내는 것이다. 또한, 상기 탄화수소 합성촉매에는 전술된 메탄올 합성촉매를 더 포함할 수 있다.The hydrocarbon synthesis catalyst may be a catalyst carrying an olefin hydrogenation catalyst component on zeolite, and the olefin hydrogenation catalyst component means to exhibit a catalytic action on the hydrogenation reaction of olefin to paraffin, and the zeolite is a condensation reaction of methanol to hydrocarbon. And/or catalyzes the condensation reaction of dimethyl ether with hydrocarbons. In addition, the hydrocarbon synthesis catalyst may further include the methanol synthesis catalyst described above.

상기 올레핀 수소화 촉매 성분으로는 올레핀의 파리핀으로의 수소화 반응에 촉매 작용을 나타내는 것이면 제한 없이 사용할 수 있고, 일예로, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ru, Rh, Pd, Ir, Pr 등의 일종 또는 이종 이상일 수 있으며, 높은 프로판 및 부탄의 수율을 유지하면서 일산화탄소 및 이산화탄소의 부생성을 더욱 충분히 억제하는 측면에서 바람직하게는 Pd, Pt, 더욱 바람직하게는 Pd일 수 있다. The olefin hydrogenation catalyst component may be used without limitation as long as it exhibits a catalytic action in the hydrogenation reaction of olefin to parffin, and for example, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ru, Rh, Pd, Ir, Pr, etc. It may be a kind or heterogeneous, and may be preferably Pd, Pt, and more preferably Pd in terms of more sufficiently suppressing byproducts of carbon monoxide and carbon dioxide while maintaining high propane and butane yields.

상기 제올라이트에 담지된 올레핀 수소화 촉매 성분의 함량은 촉매 총 중량에 대하여 0.005 중량% 이상, 바람직하게는 0.05 중량% ~ 5 중량%로, 상기 범위의 올레핀 수소화 촉매 성분의 함량은 고전환율, 고선택율, 고수율로 프로판, 부탄 등을 제조할 수 있다.The content of the olefin hydrogenation catalyst component supported on the zeolite is 0.005% by weight or more, preferably 0.05% by weight to 5% by weight relative to the total weight of the catalyst, and the content of the olefin hydrogenation catalyst component in the above range is high conversion rate, high selectivity, Propane, butane, etc. can be produced with high yield.

상기 제올라이트는 메탄올 및/또는 디메틸에테르의 탄화수소로의 축합반응에 촉매 작용을 나타내는 제올라이트면 특별히 제한 없이 사용될 수 있고, 일예로는 ZSM-5, β-제올라이트, USY형 제올라이트 등의 1종 이상을 병용해도 좋다. 또한, 높은 프로판 및 부탄의 수율을 유지하면서 일산화탄소 및 이산화탄소의 부생성을 더욱 충분히 억제하는 측면에서 바람직하게는 ZSM-5, 더욱 바람직하게는 Si/Al비가 20 ~ 100인 ZSM-5를 사용할 수 있다.The zeolite may be used without particular limitation as long as it is a zeolite showing a catalytic action in the condensation reaction of methanol and/or dimethyl ether with hydrocarbons. For example, one or more of ZSM-5, β-zeolite, USY zeolite, etc. may be used in combination. You may do it. In addition, ZSM-5, preferably ZSM-5 having a Si/Al ratio of 20 to 100, can be used in terms of more sufficiently suppressing byproducts of carbon monoxide and carbon dioxide while maintaining high propane and butane yields. .

이와 같은 탄화수소 합성촉매는 이온교환법, 함침법 등의 공지 방법으로 제조되거나 상용화된 촉매를 사용할 수 있으며, 탄화수소 합성촉매는 그 원하는 효과 및 목적을 손상시키지 않는 범위 내에서 올레핀 수소화 촉매 성분 이외의 성분을 제올라이트에 담지한 것일 수도 있다.The hydrocarbon synthesis catalyst may be prepared by a known method such as an ion exchange method or impregnation method, or a commercially available catalyst, and the hydrocarbon synthesis catalyst may contain components other than the olefin hydrogenation catalyst component within a range that does not impair its desired effect and purpose. It may be supported on zeolite.

상기 (ii) 단계에서는 반응원료로 (i) 단계에서 수득된 메탄올 또는 디메틸에테르를 단독으로 이용할 수 있고, 또한 메탄올과 디메틸에테르와의 혼합물을 이용할 수 있다. 상기 반응원료로서 메탄올과 디메틸에테르의 혼합물을 이용할 경우, 메탄올과 디메틸에테르와의 함유 비율은 특별히 제한되지 않으며 적절히 결정할 수 있다.In step (ii), methanol or dimethyl ether obtained in step (i) can be used alone as a reaction raw material, and a mixture of methanol and dimethyl ether can also be used. When a mixture of methanol and dimethyl ether is used as the reaction raw material, the content ratio of methanol and dimethyl ether is not particularly limited and can be appropriately determined.

또한, 상기 (ii) 단계에서 부생성된 물을 추가로 분리하고(S60), 필요에 따라 기타 성분도 분리하여 프로판 또는 부탄을 주성분으로 하는 저급 탄화수소를 제조한다. 상기 물 분리는 액액 분리, 냉각 기액 분리 등의 공지 방법에 의해 수행할 수 있으며, 분리된 물은 제1 수성가스전환 단계 및 제2 수성가스전환 단계로 공급되어 수성가스전환 반응에 재활용될 수 있다.In addition, in the step (ii), the by-product water is further separated (S60), and other components are separated as necessary to prepare a lower hydrocarbon containing propane or butane as a main component. The water separation may be performed by a known method such as liquid-liquid separation, cooling gas-liquid separation, and the separated water may be supplied to the first water gas conversion step and the second water gas conversion step and recycled in the water gas conversion reaction. .

전술된 합성가스로부터 메탄올을 경유한 C4 이하의 저급 탄화수소 제조는 자세한 설명을 위해 두 단계로 나누어 기재하였으나, 본 발명의 기술적 특징은 합성가스를 이용하여 메탄올 합성촉매 및 탄화수소 합성촉매 존재하에 C4 이하의 저급 탄화수소를 제조하고, 이를 메탄 합성 단계에서 제조된 메탄 함유 가스에 혼합시켜 발열량이 증가된 합성천연가스를 제조한다는데 있으므로, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.Preparation of lower hydrocarbons of C4 or less via methanol from the above-described syngas was described in two steps for detailed description, but the technical feature of the present invention is C4 or less in the presence of methanol synthesis catalyst and hydrocarbon synthesis catalyst using synthesis gas. Since a low-grade hydrocarbon is produced and mixed with methane-containing gas prepared in the methane synthesis step to produce a synthetic natural gas with an increased calorific value, various modifications and variations are possible without departing from the technical spirit of the present invention. .

일예로, 하나의 반응기내에서 메탄올 합성촉매 및 탄화수소 합성촉매를 적층시켜 반응을 수행하거나, 또는 하나의 반응기내에서 메탄올 합성촉매 및 탄화수소 합성촉매를 일정 간격으로 이격시켜 단일 공정 내에서도 반응을 수행할 수도 있다.For example, the reaction may be performed by laminating the methanol synthesis catalyst and the hydrocarbon synthesis catalyst in one reactor, or the reaction may be performed within a single process by separating the methanol synthesis catalyst and the hydrocarbon synthesis catalyst at regular intervals in one reactor. have.

한편, 본 발명의 다른 실시예로, C1 내지 C4 저급 탄화수소는 도 1에 나타난 바와 같이 메탄올 합성촉매와 탄화수소 합성촉매를 물리적으로 혼합시킨 혼합촉매에서 하기 반응식 8과 같은 반응으로 제조할 수 있다.On the other hand, in another embodiment of the present invention, C1 to C4 lower hydrocarbons may be prepared by a reaction as shown in Reaction Scheme 8 in a mixed catalyst in which a methanol synthesis catalyst and a hydrocarbon synthesis catalyst are physically mixed as shown in FIG. 1.

[반응식 8][Scheme 8]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 혼합촉매는 전술된 메탄올 합성촉매와 탄화수소 합성촉매를 물리적으로 혼합시킨 촉매로서, 상기 혼합촉매에 제1 수성가스전환 단계[S30, (b) 단계]에서 획득된 합성가스 일부를 접촉시키면 메탄올 합성 촉매에서 일산화탄소와 수소로부터 메탄올이 합성된다. 이때, 상기 메탄올의 탈수 이량화에 의해 디메틸에테르도 생성된다. 이어서 합성된 메탄올은 상기의 두 단계에서 진행되었던 협주 반응 과정으로 동일하게 탄화수소 합성촉매의 세공 내의 활성점에서 주성분이 프로필렌 또는 부텐인 저급 올레핀 탄화수소로 전환되고, 상기 전환된 저급 올레핀은 수소화에 의해 주성분이 프로판 또는 부탄인 저급 탄화수소로 제조된다.The mixed catalyst is a catalyst in which the above-described methanol synthesis catalyst and a hydrocarbon synthesis catalyst are physically mixed, and when a part of the synthesis gas obtained in the first water gas conversion step [S30, (b) step] is brought into contact with the mixed catalyst, methanol is synthesized. In the catalyst, methanol is synthesized from carbon monoxide and hydrogen. At this time, dimethyl ether is also produced by dehydration dimerization of the methanol. Subsequently, the synthesized methanol is converted into a lower olefin hydrocarbon whose main component is propylene or butene at the active point in the pores of the hydrocarbon synthesis catalyst in the same process as the co-reaction process conducted in the above two steps, and the converted lower olefin is the main component by hydrogenation. It is made of lower hydrocarbons, propane or butane.

상기 반응 또한, 혼합 촉매의 종류 등에 따라 반응온도, 반응압력 등의 반응 조건을 적절히 결정할 수 있고, 바람직하게는 반응온도 150℃ ~ 500℃ 및 반응 압력 0.1Mpa ~ 100Mpa에서 수행할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 반응온도 200℃ ~ 400 ℃ 및 반응 압력 0.1Mpa ~ 10 Mpa에서 수행할 수 있다. 반응온도가 150℃ 이상이거나, 반응압력이 0.1Mpa 이상일 경우에는 보다 높은 프로판 및 부탄의 선택성을 얻을 수 있고, 반응온도가 500℃ 이하이거나 또는 반응압력이 100Mpa 이하일 경우에는 촉매 수명을 연장시키면서 부반응을 방지하여 저급 탄화수소 화합물의 수율을 높일 수 있다.The reaction may also appropriately determine reaction conditions, such as reaction temperature and reaction pressure, depending on the type of the mixed catalyst, and preferably, can be performed at a reaction temperature of 150°C to 500°C and a reaction pressure of 0.1Mpa to 100Mpa, more preferably It can be carried out at a reaction temperature of 200 ℃ ~ 400 ℃ and a reaction pressure of 0.1Mpa ~ 10 Mpa. When the reaction temperature is 150°C or higher, or when the reaction pressure is 0.1 Mpa or higher, higher selectivity of propane and butane can be obtained. When the reaction temperature is 500 °C or lower, or when the reaction pressure is 100 Mpa or lower, the side reaction is extended while extending the catalyst life. It can prevent and increase the yield of a lower hydrocarbon compound.

본 발명의 혼합촉매에 있어서, 메탄올 합성촉매와 탄화수소 합성촉매 비율은 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 메탄올 합성촉매 및 탄화수소 합성촉매의 중량비가 4 : 1 ~ 1 : 4, 더욱 바람직하게는 2 : 1 ~ 1 : 2일 수 있다.In the mixed catalyst of the present invention, the ratio of the methanol synthesis catalyst and the hydrocarbon synthesis catalyst is not particularly limited, but preferably, the weight ratio of the methanol synthesis catalyst and the hydrocarbon synthesis catalyst is 4:1 to 1:4, more preferably 2:1. ~ 1: May be 2.

상기 혼합촉매는 메탄올 합성 촉매와 탄화수소 합성촉매를 별도로 조제하고, 이들을 혼합하는 것이 바람직하다. 메탄올 합성촉매와 탄화수소 합성촉매를 별도로 조제함으로써, 각각의 기능에 대해서 각각의 기능에 대해서 각각의 조성, 구조, 물성 등을 최적으로 설계하는 것이 용이하게 할 수 있다.The mixed catalyst is preferably prepared separately from a methanol synthesis catalyst and a hydrocarbon synthesis catalyst, and mixed. By separately preparing a methanol synthesis catalyst and a hydrocarbon synthesis catalyst, it is possible to easily design each composition, structure, physical properties, etc. optimally for each function.

상기 메탄올 합성 촉매와 탄화수소 합성촉매는 평균 입경이 100 ㎛ 이상, 바람직하게는 200 ㎛ ~ 5 mm 범위 내에서 입자크기가 동일하거나, 상이할 수 있으나, 균일하게 혼합되어야 하는 측면에서 입자크기가 동일한 것이 바람직하다. 상기의 범위 내의 평균 입경을 갖는 촉매들은 수명이 길고 열화가 적은 촉매를 얻을 수 있다.The methanol synthesis catalyst and the hydrocarbon synthesis catalyst have an average particle diameter of 100 μm or more, preferably 200 μm to 5 mm, which may have the same particle size or different particles, but have the same particle size in terms of uniform mixing. desirable. Catalysts having an average particle diameter in the above range can obtain a catalyst having a long life and little deterioration.

또한, 상기 메탄올 합성 촉매와 탄화수소 합성촉매는 각각 별개로 성형한 후에 혼합하여 이용할 수 있고, 상기 혼합에 의해 얻어진 혼합물 또한 성형시켜 이용할 수 있다.In addition, the methanol synthesis catalyst and the hydrocarbon synthesis catalyst can be used separately after being separately molded, and the mixture obtained by the above mixing can also be used by molding.

전술된 바와 같이 합성된 C1 내지 C4의 저급 탄화수소는 메탄 합성단계[(e) 단계, S40]에서 수득된 메탄 합성가스에 혼합되어 최종적으로 발열량이 증가된 합성천연가스를 제조할 수 있다[(f) 단계, S70]. 이때, 최종적으로 획득되는 합성천연가스의 발열량은 10,400 kcal/Nm3 이상인 것이 바람직하다. The lower hydrocarbons of C1 to C4 synthesized as described above may be mixed with the methane syngas obtained in the methane synthesis step [(e) step, S40] to finally produce a synthetic natural gas with increased calorific value [(f ) Step, S70]. At this time, the calorific value of the finally obtained synthetic natural gas is preferably 10,400 kcal/Nm 3 or more.

한편, 상기 수성가스전환 하는 단계에 의해 획득된 가스 중 탄화수소 합성 단계로 투입되는 가스의 양은 최종적으로 획득되는 합성천연가스의 발열량에 따라 조절되는 것이 바람직하다.On the other hand, the amount of gas input to the hydrocarbon synthesis step of the gas obtained by the water gas conversion step is preferably adjusted according to the calorific value of the synthetic natural gas finally obtained.

보다 상세하게는 최종적으로 획득되는 합성천연가스의 발열량이 10,400 kcal/Nm3 미만인 경우, 상기 수성가스전환 단계에 의해 획득된 가스 중 탄화수소 합성단계로 투입되는 가스의 양을 증가시키는 것이 바람직하며, 최종적으로 획득되는 합성천연가스(SNG)의 발열량이 10,400 kcal/Nm3 이상인 경우에는 상기 수성가스전환 단계에 의해 획득된 가스 중 탄화수소 합성단계로 투입되는 가스의 양을 감소시키는 것이 바람직하다.More specifically, the calorific value of the synthetic natural gas finally obtained is 10,400 kcal/Nm 3 If less than, it is preferable to increase the amount of gas inputted into the hydrocarbon synthesis step among the gases obtained by the water gas conversion step, and the calorific value of the finally obtained synthetic natural gas (SNG) is 10,400 kcal/Nm 3 or more It is preferable to reduce the amount of gas input to the hydrocarbon synthesis step among the gases obtained by the water gas conversion step.

본 발명에 따른 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조방법은 석탄, 바이오매스, 페트로 코크 등의 고체 탄소로부터 단위 부피당 열량이 10,400 kcal/N㎥ 이상으로 발열량이 증가된 합성천연가스를 외부로부터 별도의 탄화수소의 보충 없이 제공할 수 있고, 합성천연가스의 생산 공정 내에서 합성천연가스의 열량조정을 위한 C4 이하의 저급 탄화수소의 선택도를 높임으로써, C5 이상의 탄화수소에 대한 추가적인 분리정제 및 업그레이딩 공정을 최소화하여 고발열량의 합성천연가스를 제조를 경제적이게 할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, a method for manufacturing a synthetic natural gas having an increased calorific value is obtained from a solid carbon such as coal, biomass, petroleum coke, and the like. It can be provided without replenishment of hydrocarbons, and by increasing the selectivity of lower hydrocarbons of C4 or lower for adjusting the calorific value of synthetic natural gas in the production process of synthetic natural gas, additional separation purification and upgrading process for hydrocarbons of C5 or higher can be provided. It has the effect of minimizing the production of high-heat synthetic natural gas.

본 발명은 다른 관점에서, 연료를 가스화하여 합성가스를 수득하는 가스화유닛; 상기 수득된 합성가스를 수성가스 전환반응시키는 제1 수성가스전환 유닛; 상기 제1 수성가스 전환된 합성가스를 수성가스 전환반응시키는 제2 수성가스전환 유닛; 상기 제1 수성가스 전환된 합성가스의 일부를 분리하고, 분리된 합성가스 일부를 메탄올 합성촉매 및 탄화수소 합성촉매 존재하에 반응시켜 C1 내지 C4 저급 탄화수소를 제조하는 탄화수소 합성 유닛; 상기 제2 수성가스 전환된 합성가스를 메탄화 반응시켜 메탄 함유 가스를 제조하는 메탄 합성 유닛; 및 상기 메탄 함유 가스에 탄화수소 합성 유닛에서 제조된 C1 내지 C4 저급 탄화수소를 혼합시켜 합성천연가스를 제조하는 혼합 유닛;을 포함하는 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조시스템에 관한 것이다.In another aspect, the present invention is a gasification unit for gasifying fuel to obtain a synthesis gas; A first aqueous gas conversion unit for converting the obtained synthesis gas into an aqueous gas conversion reaction; A second water gas conversion unit that converts the first water gas converted synthesis gas into a water gas conversion reaction; A hydrocarbon synthesis unit for separating a part of the first water gas converted synthesis gas and reacting the separated synthesis gas in the presence of a methanol synthesis catalyst and a hydrocarbon synthesis catalyst to produce C1 to C4 lower hydrocarbons; A methane synthesis unit for producing a methane-containing gas by methanation reaction of the second water gas converted synthesis gas; And a mixing unit for producing a synthetic natural gas by mixing C1 to C4 lower hydrocarbons produced in a hydrocarbon synthesizing unit with the methane-containing gas.

본 발명에 따른 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조시스템의 각 유닛에서 일어나는 반응은 이와 대응하는 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조방법에서 언급한 바와 같으므로 통상의 기술자는 상기 제조시스템을 명확하게 이해할 수 있을 것인바, 이하 설명의 중복을 피하기 위해 생략하기로 한다. The reaction occurring in each unit of the system for producing synthetic natural gas with increased calorific value according to the present invention is the same as mentioned in the method for producing synthetic natural gas with increased calorific value, so that those skilled in the art can clearly understand the manufacturing system. As will be understood, the following description will be omitted to avoid duplication.

이상에서 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.Although the present invention has been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and it is common in the art that various modifications and variations are possible without departing from the technical spirit of the present invention as set forth in the claims. It will be obvious to those who have the knowledge of

Claims (13)

(a) 연료를 가스화하여 합성가스를 수득하는 단계;
(b) 상기 수득된 합성가스를 수성가스 전환반응시키는 제1 수성가스전환 단계;
(c) 상기 제1 수성가스전환 단계에서 수득된 합성가스의 일부를 분리하여 수성가스 전환반응시키는 제2 수성가스전환 단계;
(d) 상기 제1 수성가스전환 단계에서 수득된 합성가스의 일부를 분리하고, 분리된 합성가스 일부를 메탄올 합성촉매 및 탄화수소 합성촉매 존재하에 반응시켜 C1 내지 C4 저급 탄화수소를 제조하는 탄화수소 합성단계;
(e) 상기 제2 수성가스전환 단계에서 수득된 합성가스를 메탄 합성반응시켜 메탄 함유 가스를 제조하는 메탄합성단계; 및
(f) 상기 메탄 합성단계에서 제조된 메탄 함유 가스에 탄화수소 합성단계에서 제조된 C1 내지 C4 저급 탄화수소를 혼합하여 합성천연가스를 제조하는 단계;를 포함하는 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조방법.
(a) gasifying the fuel to obtain a syngas;
(b) a first aqueous gas conversion step of converting the obtained synthesis gas into an aqueous gas conversion reaction;
(c) a second water gas conversion step of separating a part of the synthesis gas obtained in the first water gas conversion step to perform a water gas conversion reaction;
(d) a hydrocarbon synthesis step of separating a part of the synthesis gas obtained in the first water gas conversion step, and reacting a part of the separated synthesis gas in the presence of a methanol synthesis catalyst and a hydrocarbon synthesis catalyst to produce C1 to C4 lower hydrocarbons;
(e) a methane synthesis step of producing a methane-containing gas by methane synthesis reaction of the synthesis gas obtained in the second water gas conversion step; And
(f) mixing the C1 to C4 lower hydrocarbons produced in the hydrocarbon synthesis step with the methane-containing gas produced in the methane synthesis step to produce a synthetic natural gas; a method for producing a synthetic natural gas with an increased calorific value.
제1항에 있어서,
상기 연료는 석탄, 바이오매스 및 고체탄소로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조방법.
According to claim 1,
The fuel is a method for producing a synthetic natural gas with an increased calorific value, characterized in that at least one selected from the group consisting of coal, biomass and solid carbon.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서 수득된 합성가스에 포함된 CO : H2의 부피비는 1 : 1 내지 3인 것을 특징으로 하는 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조방법.
According to claim 1,
The method for producing a synthetic natural gas with an increased calorific value, characterized in that the volume ratio of CO:H 2 contained in the synthetic gas obtained in the step (b) is 1:1 to 3.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서 수득된 합성가스에 포함된 CO : H2의 부피비는 1 : 2 내지 4인 것을 특징으로 하는 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조방법.
According to claim 1,
The method of manufacturing a synthetic natural gas with an increased calorific value, characterized in that the volume ratio of CO:H 2 contained in the synthetic gas obtained in the step (c) is 1:2 to 4.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계는 (i) 상기 제1 수성가스전환 단계에서 수득된 합성가스 일부를 분리하고, 분리된 합성가스 일부를 메탄올 합성 촉매 존재하에서 반응시켜 메탄올 및/또는 디메틸에테르 함유 가스를 제조하는 단계; 및 (ii) 상기 제조된 메탄올 및/또는 디메틸에테르 함유 가스와 제1 수성가스전환 단계에서 수득된 합성가스 일부를 탄화수소 합성촉매 존재하에 반응시켜 C1 내지 C4 저급 탄화수소를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조방법.
According to claim 1,
In step (d), (i) a part of the synthesis gas obtained in the first water gas conversion step is separated, and a part of the separated synthesis gas is reacted in the presence of a methanol synthesis catalyst to produce methanol and/or dimethyl ether-containing gas. step; And (ii) producing C1 to C4 lower hydrocarbons by reacting the prepared methanol and/or dimethyl ether-containing gas and a part of the synthesis gas obtained in the first aqueous gas conversion step in the presence of a hydrocarbon synthesis catalyst. Method for producing synthetic natural gas with increased calorific value.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계는 상기 제1 수성가스전환 단계에서 수득된 합성가스 일부를 분리하고, 분리된 합성가스 일부를 메탄올 합성촉매 및 탄화수소 합성촉매가 혼합된 혼합촉매 존재하에서 반응시켜 C1 내지 C4 저급 탄화수소를 제조하는 것을 특징으로 하는 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조방법.
According to claim 1,
In the step (d), a part of the synthesis gas obtained in the first water gas conversion step is separated, and a part of the separated synthesis gas is reacted in the presence of a mixed catalyst in which a methanol synthesis catalyst and a hydrocarbon synthesis catalyst are mixed to form C1 to C4 lower hydrocarbons. Method for producing a synthetic natural gas is increased heat generation, characterized in that to manufacture.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 메탄올 합성촉매는 Cu-Zn계 촉매, Pd-Zn-Cr계 촉매, Zn-Cr계 촉매 및 Pd계 촉매로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조방법.
The method of claim 5 or 6,
The methanol synthesis catalyst is a Cu-Zn-based catalyst, Pd-Zn-Cr-based catalyst, Zn-Cr-based catalyst and the production of synthetic natural gas with increased calorific value, characterized in that at least one member selected from the group consisting of Pd-based catalyst Way.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 탄화수소 합성촉매는 Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ru, Rh, Pd, Ir 및 Pr로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상이 담지된 제올라이트계 촉매인 것을 특징으로 하는 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조방법.
The method of claim 5 or 6,
The hydrocarbon synthesis catalyst is Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ru, Rh, Pd, Ir and Pr is a synthetic natural gas with increased calorific value, characterized in that it is a zeolite-based catalyst supported by at least one member selected from the group consisting of Gas production method.
제6항에 있어서,
상기 혼합촉매는 메탄올 합성촉매 및 탄화수소 합성촉매가 4 : 1 ~ 1 : 4 중량비로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조방법.
The method of claim 6,
The mixed catalyst is a method for producing a synthetic natural gas with an increased calorific value, characterized in that the methanol synthesis catalyst and the hydrocarbon synthesis catalyst are mixed in a weight ratio of 4:1 to 1:4.
연료를 가스화하여 합성가스를 수득하는 가스화유닛;
상기 수득된 합성가스를 수성가스 전환반응시키는 제1 수성가스전환 유닛;
상기 제1 수성가스전환 유닛에서 수성가스 전환된 합성가스 일부를 분리하여 수성가스 전환반응시키는 제2 수성가스전환 유닛;
상기 제1 수성가스전환 유닛에서 수성가스 전환된 합성가스의 일부를 분리하고, 분리된 합성가스 일부를 메탄올 합성촉매 및 탄화수소 합성촉매 존재하에 반응시켜 C1 내지 C4 저급 탄화수소를 제조하는 탄화수소 합성 유닛;
상기 제2 수성가스전환 유닛에서 수성가스 전환된 합성가스를 메탄화 반응시켜 메탄 함유 가스를 제조하는 메탄 합성 유닛; 및
상기 메탄 함유 가스에 탄화수소 합성 유닛에서 제조된 C1 내지 C4 저급 탄화수소를 혼합시켜 합성천연가스를 제조하는 혼합 유닛;을 포함하는 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조시스템.
A gasification unit for gasifying fuel to obtain a synthesis gas;
A first aqueous gas conversion unit for converting the obtained synthesis gas into an aqueous gas conversion reaction;
A second water gas conversion unit that separates a portion of the synthesis gas converted from water gas from the first water gas conversion unit to perform water gas conversion reaction;
A hydrocarbon synthesis unit for separating a part of the synthesis gas converted into water gas from the first water gas conversion unit and reacting the separated synthesis gas in the presence of a methanol synthesis catalyst and a hydrocarbon synthesis catalyst to produce C1 to C4 lower hydrocarbons;
A methane synthesis unit for producing a methane-containing gas by methanation reaction of the synthesis gas converted from the water gas in the second water gas conversion unit; And
Mixing unit for producing a synthetic natural gas by mixing the C1 to C4 lower hydrocarbons produced by the hydrocarbon synthesis unit to the methane-containing gas; Synthetic natural gas production system comprising an increased heat generation.
제10항에 있어서,
상기 연료는 석탄, 바이오매스 및 고체탄소로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조시스템.
The method of claim 10,
The fuel is a system for producing synthetic natural gas with increased calorific value, characterized in that at least one selected from the group consisting of coal, biomass and solid carbon.
제10항에 있어서,
상기 탄화수소 합성 유닛은 제1 수성가스 전환된 합성가스 일부를 분리하고, 분리된 합성가스 일부를 메탄올 합성 촉매 존재하에서 반응시켜 메탄올 및/또는 디메틸에테르 함유 가스를 제조하는 메탄올 합성 유닛; 및 상기 제조된 메탄올 및/또는 디메틸에테르 함유 가스와 제1 수성가스 전환된 합성가스 일부를 탄화수소 합성촉매 존재하에 반응시켜 C1 내지 C4 저급 탄화수소를 제조하는 탄화수소 합성 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조시스템.
The method of claim 10,
The hydrocarbon synthesis unit comprises a methanol synthesis unit for separating a portion of the first water gas converted synthesis gas and reacting the separated synthesis gas in the presence of a methanol synthesis catalyst to produce methanol and/or dimethyl ether-containing gas; And a hydrocarbon synthesis unit that reacts a portion of the prepared methanol and/or dimethyl ether-containing gas and the first aqueous gas-converted synthesis gas in the presence of a hydrocarbon synthesis catalyst to produce C1 to C4 lower hydrocarbons. Increased synthetic natural gas production system.
제10항에 있어서,
상기 탄화수소 합성 유닛은 제1 수성가스 전환된 합성가스 일부를 분리하고, 분리된 합성가스 일부를 메탄올 합성촉매 및 탄화수소 합성촉매가 혼합된 혼합촉매 존재하에서 반응시켜 C1 내지 C4 저급 탄화수소를 제조하는 것을 특징으로 하는 발열량이 증가된 합성천연가스의 제조시스템.
The method of claim 10,
The hydrocarbon synthesizing unit is characterized by producing a C1 to C4 lower hydrocarbon by separating a part of the first gas converted gas conversion and reacting a part of the separated syngas in the presence of a mixed catalyst in which methanol synthesis catalyst and hydrocarbon synthesis catalyst are mixed. Synthetic natural gas production system with increased calorific value.
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