KR20210133730A - 이산화탄소의 수소화반응을 이용한 고발열량 합성천연가스 제조장치 - Google Patents

이산화탄소의 수소화반응을 이용한 고발열량 합성천연가스 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이산화탄소의 수소화반응을 이용한 고발열량 합성천연가스 제조장치에 관한 것이다.
구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이산화탄소의 공급이 이루어지는 이산화탄소 공급부와, 수소의 공급이 이루어지는 수소 공급부와, 이산화탄소 및 수소가 포함된 혼합물을 1차 등온 반응시키는 1차 반응부와, 1차 반응부에서 등온 반응된 1차 반응물을 적어도 두번 이상 연속하여 단열 반응하는 2차 반응부와, 2차 반응부로부터 단열 반응된 2차 반응물을 적어도 두번 이상 연속하여 2차 등온 반응시키는 3차 반응부가 제공될 수 있다.

Description

이산화탄소의 수소화반응을 이용한 고발열량 합성천연가스 제조장치 {APPARATUS FOR PRODUCING HIGHER CALORIFIC SYNTHETIC NATURAL GAS USING HYDROGENATION REACTION OF CO2}
본 발명은 이산화탄소의 수소화반응을 이용한 고발열량 합성천연가스 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 메탄화공정 및 피셔-트롭쉬 반응을 하나의 반응 시스템에서 진행할 수 있는 고발열량 합성천연가스 제조장치에 대한 발명이다.
최근, 화석연료(석유, 석탄, 천연 가스 등)가 고갈되는 경우를 대비하여 대체 연료 역할이 가능한 합성천연가스(SNG)를 제조하는 공정에 대한 관심이 전 세계적으로 증가하고 있다.
그러나, 종래 공정에 따라 합성천연가스를 합성하는 경우, 발열량이 기존 연료인 천연가스보다 현저히 낮다는 문제점이 있다.
예를 들어, 아래의 표 [1]과 같이, 합성천연가스의 발열량을 비교해보면, 합성천연가스(SNG)의 경우, 메탄 함량이 가장 높으나, 발열량 값에서는 최대 1,800 ㎉/㎥ 까지 차이가 나는 것을 알 수 있다.
[표 1]
Figure pat00001
이러한 발열량 차이로 인하여 합성천연가스(SNG)는 종래에 사용되고 있는 가정 및 산업용 천연가스 배관망에 직접적으로 연결하여 사용하지 못하고 있다.
또한, 천연가스 배관망을 사용하기 위해서는 발열량을 높일 수 있는 추가 공정이 필요하다. 예를 들면, 발열량 9,700 ~ 10,800 kcal/m3에 맞추기 위해, 합성천연가스(SNG)에 천연가스를 혼합하는 공정이 추가될 수 있는데, 이 경우, 사용 가치가 더 떨어질 뿐만 아니라, 경제적 효과도 얻기 어렵다.
이에 따라, 안정적으로 고발열량의 합성천연가스(SNG)를 제조할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
특허문헌 : 국내 등록특허 10-1691817호 (2016. 12. 27. 등록)
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 배경에서 발명된 것으로서, 이산화탄소의 수소화반응을 통해 고발열량의 합성천연가스(SNG)를 안정적으로 제조할 수 있는 이산화탄소의 수소화반응을 이용한 고발열량 합성천연가스 제조장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 이산화탄소의 공급이 이루어지는 이산화탄소 공급부; 수소의 공급이 이루어지는 수소 공급부; 상기 이산화탄소 및 상기 수소가 포함된 혼합물을 1차 등온 반응시키는 1차 반응부; 상기 1차 반응부에서 등온 반응된 1차 반응물을 적어도 두번 이상 연속하여 단열 반응하는 2차 반응부; 및 상기 2차 반응부로부터 단열 반응된 2차 반응물을 적어도 두번 이상 연속하여 2차 등온 반응시키는 3차 반응부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이산화탄소 공급부는 상기 제 3 등온기로 유입되는 상기 2차 반응물에 이산화탄소를 공급하되, 상기 2차 반응물 내 "H2/(4CO2 + 3CO)"의 몰 비가 0.8 ~ 1.2를 만족하도록 상기 이산화탄소의 공급량을 조절할 수 있다.
또한, 상기 1차 반응부는 상기 1차 반응물 중에서 미반응된 H2, CO, CO2를 분리하여 상기 2차 반응부의 제 1 단열기와 상기 1차 반응부의 제 1 등온기에 나누어 제공하는 제 1 응축기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 응축기는 상기 1차 반응물 중에서 미반응된 C1~C4 탄화수소를 분리하여 상기 3차 반응부의 제 4 응축기에 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 메탄화반응(Methanation), 피셔-트롭쉬 반응(Fischer-Tropsch)을 하나의 반응 시스템에서 합성천연가스(SNG)를 합성함으로써, 고발열량을 유발하는 C2 ~ C4의 탄화수소를 동시에 합성하여 합성천연가스(SNG)의 발열량을 안정적으로 증가시킬 수 있고, 산업 공정에서 포집한 CO2를 공급물질로 사용하므로, 사용 가치 및 경제성 향상을 도모할 수 있도록 액체천연가스(LNG) 수준(9,700 ~ 10,800 ㎉/㎥)의 고발열량 합성천연가스(SNG)를 생산할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 2개의 단열기와 2개의 등온기로 구성된 CO2 메탄화반응 공정과, 1개의 등온기로 구성된 고열량화 공정 등의 조합을 통해, 천연가스 배관망에 직접 연결할 수 있도록 LNG급의 발열량을 갖는 합성천연가스를 제조할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 고열량화 공정을 통해 생성되는 CO2와 미반응물인 H2, CO를 CO2 메탄화반응 공정의 제 1 단열기의 전단으로 공급하여 CO2를 이용한 메탄화반응에 사용하고, 이외의 생성물(C1~C4)은 고발열량을 위해 CO2 메탄화반응 공정의 가장 후단에 위치한 제 4 응축기에 공급되므로, 최종적으로 고발열량의 합성천연가스를 생산할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, CO2 메탄화반응 공정의 제 3 등온기 전단의 가스 농도(몰 비)가 “H2/(4CO2+3CO) = 0.8 ~ 1.2”의 조건에서 반응을 유발하기 위해, CO2를 추가로 공급함으로써, 최종적으로 CO2의 수소화반응을 통해 고발열량의 합성천연가스를 생산할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, C2~C4의 탄화수소가 메탄(CH4)과 함께 적정 비율로 합성되어 합성천연가스(SNG)의 발열량 한계를 극복하면서 근본적인 문제를 해결할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 산업공정에서 포집된 CO2를 사용하여 고발열량의 합성천연가스를 제조하는 공정으로써, LPG와 같은 가스연료와의 혼합이 필요 없어 직접 천연가스 배관망을 통해 공급이 가능하다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고발열량 합성천연가스 제조장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고발열량 합성천연가스 제조장치에서, 이산화탄소 및 수소를 공급하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고발열량 합성천연가스 제조장치에서, 1차 등온 반응시키는 과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고발열량 합성천연가스 제조장치에서, 단열 반응시키는 과정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고발열량 합성천연가스 제조장치에서, 2차 등온 반응시키는 과정을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고발열량 합성천연가스 제조방법을 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '지지', '접속', '공급', '전달', '접촉'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 지지, 접속, 공급, 전달, 접촉될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고발열량 합성천연가스 제조장치의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고발열량 합성천연가스 제조장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고발열량 합성천연가스 제조장치에서, 이산화탄소 및 수소를 공급하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고발열량 합성천연가스 제조장치에서, 1차 등온 반응시키는 과정을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고발열량 합성천연가스 제조장치에서, 단열 반응시키는 과정을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고발열량 합성천연가스 제조장치에서, 2차 등온 반응시키는 과정을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고발열량 합성천연가스 제조장치(10)는, 이산화탄소(CO2) 및 수소(H2)의 혼합물을 고열량화 공정과 CO2 메탄화반응 공정에 적용함으로써, 고발열량의 합성천연가스(SNG)를 제조할 수 있다.
이를 구현하기 위해, 고발열량 합성천연가스 제조장치(10)는, 이산화탄소 공급부(110), 수소 공급부(120), 1차 반응부(200), 2차 반응부(300) 및 3차 반응부(400)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 이산화탄소 공급부(110)는 산업 공정에서 포집한 이산화탄소를 1차 반응부(200) 및 3차 반응부(400)에 공급할 수 있다. 이산화탄소 공급부(110)는 이산화탄소를 1차 반응부(200) 및 3차 반응부(400)에 공급할 수 있는 공급 장치를 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
일 예로, 이산화탄소 공급부(110)는 이산화탄소의 임시 저장이 가능한 공급 탱크와, 공급탱크에서 토출되는 이산화탄소의 공급량을 조절하기 위한 조절밸브를 포함할 수 있다. 물론, 이에 한정되지는 아니하며, 이산화탄소 공급부(110)는 다양한 형태의 공급 장치로 변경될 수 있을 것이다.
특히, 이산화탄소 공급부(110)에서 3차 반응부(400)의 제 3 등온기(430)로 이산화탄소를 공급할 때, 이산화탄소 공급부(110)는 제 3 등온기(430)로 유입되는 2차 반응물 내 "H2/(4CO2 + 3CO)"의 몰 비가 0.8 ~ 1.2(일 예로, 1.0)를 만족하도록 이산화탄소의 공급량을 조절할 수 있다.
수소 공급부(120)는 이산화탄소를 1차 반응부(200) 및 2차 반응부(300)에 공급할 수 있다. 이 수소 공급부(120)는 수소를 1차 반응부(200) 및 2차 반응부(300)에 공급할 수 있는 공급 장치를 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
1차 반응부(200)는 이산화탄소 공급부(110) 및 수소 공급부(120)로부터 이산화탄소 및 수소가 포함된 혼합물을 공급받을 수 있다. 그리고 1차 반응부(200)는 이산화탄소 및 수소가 포함된 혼합물을 1차 등온 반응시킬 수 있다.
이를 위해, 1차 반응부(200)는 혼합물을 1차 등온 반응시키는 제 1 등온기(210)와, 1차 등온 반응된 1차 반응물을 응축시키는 제 1 응축기(220)를 포함할 수 있다. 제 1 등온기(210)는 챔버 내 온도를 동일한 온도로 유지시킬 수 있는 등온반응기로 이해될 수 있다. 이 제 1 등온기(210)는 외부 히터에 의해 챔버 내 온도를 일정하게 유지시킴으로써, 이산화탄소 및 수소가 포함된 혼합물을 1차 반응물로 등온 반응시킬 수 있다.
제 1 응축기(220)는 제 1 등온기(210)에서 배출된 1차 반응물을 응축함으로써, 1차 반응물 내 스팀(Steam)을 분리할 수 있다. 이 제 1 응축기(220)는 각 단위공정에서 생성되는 스팀을 제외한 반응물을 다음 공정에 제공할 수 있다.
제 1 응축기(220)는 1차 반응물로부터 스팀을 분류한 후, PSA 공정을 진행할 수 있다. 제 1 응축기(220)는 PSA 공정에서, 1차 반응물을 흡착제를 통과하면서 혼합기체가 분리되는 원리를 이용함으로써, 1차 반응물에서 C1 ~ C4, C5, H2, CO 및 CO2를 분리할 수 있다.
이때, C1 ~ C4 탄화수소는 최종생성물을 분리하는 3차 반응부(400)의 제 4 응축기(440)의 전단으로 이동될 수 있다. C5 이상의 탄화수소는 극소량이므로 별도로 저장되어 원료(가솔린 또는 디젤 등)로 활용될 수 있다. H2, CO, CO2는 공급물질로 재사용이 가능하므로, 단위 공정의 전단으로 공급될 수 있다. 예를 들어, 1차 반응물 중에서 미반응된 H2, CO, CO2는, 2차 반응부(300)의 제 1 단열기(310)와 1차 반응부(200)의 제 1 등온기(210)에 나누어(50% 씩 분할) 제공할 수 있다.
2차 반응부(300)는 1차 반응부(200)에서 등온 반응된 1차 반응물을 적어도 두번 이상(본 실시예에서는 2번) 연속하여 단열 반응할 수 있다. 이 2차 반응부(300)는 제 1 단열기(310), 제 2 단열기(320) 및 제 2 응축기(330)를 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 단열기(310)는 챔버의 외부 및 내부로 열흐름이 없는 형태의 단열반응기로 이해될 수 있다. 제 1 단열기(310)는 반응열로 인해 온도 상승 및 온도 유지될 수 있다. 제 1 단열기(310)는 1차 반응물을 1차 단열 반응시킬 수 있다. 제 2 단열기(320)는 제 1 단열기(310)와 대응되는 단열반응기로 이해될 수 있다. 제 2 단열기(320)는 1차 단열 반응된 2차 반응물을 2차 단열 반응시킬 수 있다. 제 2 응축기(330)는 제 1 응축기(220)와 대응되는 응축기로 이해될 수 있다. 제 2 응축기(330)는 2차 단열 반응된 2차 반응물을 2차 응축시킬 수 있다.
2차 반응부(300)를 통해 단열 반응이 진행된 2차 반응물은 3차 반응부(400)로 이동될 수 있다. 이때, 2차 반응물은 이산화탄소 분리기(510)를 통과할 수 있다. 이산화탄소 분리기(510)는 2차 반응물 내 포함한 이산화탄소를 분리할 수 있다.
3차 반응부(400)는 2차 반응물을 적어도 두번 이상(본 실시예에서 2번) 연속하여 2차 등온 반응할 수 있다. 이 3차 반응부(400)는 제 2 등온기(410), 제 3 응축기(420), 제 3 등온기(430) 및 제 4 응축기(440)를 포함할 수 있다.
제 2 등온기(410)는 제 1 등온기(210)와 대응되는 등온반응기로 이해될 수 있다. 제 2 등온기(410)는 2차 반응물을 2차 등온 반응시킬 수 있다.
제 3 응축기(420)는 제 1 응축기(220)와 대응되는 응축기로 이해될 수 있다. 제 3 응축기(420)는 2차 등온 반응된 2차 반응물을 3차 응축시킬 수 있다. 제 3 등온기(430)는 제 2 등온기(410)와 대응되는 등온반응기로 이해될 수 있다. 제 3 등온기(430)는 3차 응축된 2차 반응물을 3차 등온 반응시킬 수 있다. 제 4 응축기(440)는 제 1 응축기(220)와 대응되는 응축기로 이해될 수 있다. 제 4 응축기(440)는 3차 등온 반응된 상기 2차 반응물을 4차 응축시킬 수 있다.
각 단위공정에서의 온도는 공정 모사를 통해 적절한 조성을 갖는 반응물을 생성하도록 설정한 온도일 수 있다. 일 예로, 단열기의 경우 과열을 방지하기 위하여 스팀의 온도를 250℃ 유지하면, 발열반응을 통하여 약 675℃(단열 1차), 530℃(단열 2차)까지 온도가 상승할 수 있다. 등온기의 경우 약 300℃로 온도가 유지되어 최대 발열량을 갖는 합성천연가스를 생산할 수 있다.
실시예
본 실시예에서는, CO2 메탄화반응의 경우 공급물질의 비율이 H2/CO2 = 4, LPG급 고열량화 공정의 경우에는 공급물질의 비율이 H2/CO2 = 3으로 공급되었다. 각 공정에서 반응된 결과는 아래의 표 2에서 나타내었다.
이와 같이, CO2 메탄화반응 공정과 LPG급 고열량화 공정을 하나의 공정시스템으로 구성하면, 최종적으로 CH4 86.6% 기반으로 C2-C4 탄화수소가 12.5% 정도의 조성인 합성천연가스(SNG)가 생성되어 발열량을 높일 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
[표 2]
Figure pat00002
본 실시예에서는, 메탄화반응이 진행될 때 발생하는 발열반응으로 인해 반응기 내부 온도가 급격하게 올라가는 것을 방지하기 위하여, 모든 공정이 단열반응기로만 구성되는 것이 아니라, 등온반응기와 같이 구성함으로써 온도 상승으로 인한 반응 저해를 최소화하여 CO2 전환율을 최대로 끌어올릴 수 있다.
따라서, CO2 메탄화공정의 경우 단열2(제 1 단열기(310), 제 2 단열기(320)) + 등온2(제 2 등온기(410), 제 3 등온기(430)), 고열량화 공정의 경우 등온1(제 1 등온기(210))로 구성이 되었을 때, 가장 높은 CO2 전환율을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 예컨대, 적절한 조성의 생성물들로 최종적으로 10,400 kcal/m3 정도의 고발열량을 갖는 합성천연가스를 만들어낼 수 있었다.
본 실시예와 같이, 단열기와 등온기가 함께 구성되는 경우, 종래 단열반응기만으로 구성되는 메탄화 공정에 비하여, 재순환 공정이 불필요해지면서, 압축기 비용도 절감할 수 있고, 반응기 개수를 최소화할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고발열량 합성천연가스 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 고발열량 합성천연가스 제조방법은, 이산화탄소 및 수소를 공급하는 단계(S100)와, 1차 등온 반응시키는 단계(S200)와, 단열 반응시키는 단계(S300)와, 2차 등온 반응시키는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
이산화탄소 및 수소를 공급하는 단계(S100)는, 이산화탄소 메탄화반응 공정 및 고열량화 공정을 위해, 산업 공정에서 포집한 이산화탄소 및 수소를 제공한다.
1차 등온 반응시키는 단계(S200)는, 공급받은 이산화탄소 및 수소의 혼합물을 1차 등온 반응시킨다. 예를 들어, 혼합물 1차 등온 반응시키고, 1차 등온 반응된 1차 반응물을 응축시킬 수 있다.
그리고 1차 반응물을 응축시킨 후, 1차 반응물 중에서 미반응된 H2, CO, CO2를 분리하여 2차 반응부의 제 1 단열기와 1차 반응부의 제 1 등온기에 나누어 제공할 수 있다. 그리고 1차 반응물 중에서 미반응된 C1~C4 탄화수소를 분리하여 3차 반응부의 제 4 응축기에 제공할 수 있다.
단열 반응시키는 단계(S300)는, 혼합물이 1차 등온 반응된 1차 반응물을 적어도 두번 이상 연속하여 단열 반응시킨다. 예컨대, 1차 반응물을 1차 단열 반응시키고, 1차 단열 반응된 2차 반응물을 2차 단열 반응시킨 후, 2차 단열 반응된 상기 2차 반응물을 2차 응축시킨다.
2차 등온 반응시키는 단계(S400)는, 1차 반응물이 단열 반응된 2차 반응물을 적어도 두번 이상 연속하여 2차 등온 반응시킨다.
이 2차 등온 반응시키는 단계(S400)에서는, 2차 반응물을 2차 등온 반응시키고, 2차 등온 반응된 상기 2차 반응물을 3차 응축시키고, 3차 응축된 2차 반응물을 3차 등온 반응시킨 후, 3차 등온 반응된 2차 반응물을 4차 응축시킨다.
2차 반응물을 2차 응축시킨 후에는, 2차 반응물 내 "H2/(4CO2 + 3CO)"의 몰 비가 0.8 ~ 1.2를 만족하도록 이산화탄소의 공급량을 조절하여, 2차 반응물에 이산화탄소를 공급한다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
110 :이산화탄소 공급부 120 :수소 공급부
200 :1차 반응부 210 :제 1 등온기
220 :제 1 응축기 300 :2차 반응부
310 :제 1 단열기 320 :제 2 단열기
330 :제 2 응축기 400 :3차 반응부
410 :제 2 등온기 420 :제 3 응축기
430 :제 3 등온기 440 :제 4 응축기

Claims (4)

  1. 이산화탄소의 공급이 이루어지는 이산화탄소 공급부;
    수소의 공급이 이루어지는 수소 공급부;
    상기 이산화탄소 및 상기 수소가 포함된 혼합물을 1차 등온 반응시키는 1차 반응부;
    상기 1차 반응부에서 등온 반응된 1차 반응물을 적어도 두번 이상 연속하여 단열 반응하는 2차 반응부; 및
    상기 2차 반응부로부터 단열 반응된 2차 반응물을 적어도 두번 이상 연속하여 2차 등온 반응시키는 3차 반응부를 포함하는,
    이산화탄소의 수소화반응을 이용한 고발열량 합성천연가스 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 공급부는
    상기 3차 반응부의 제 3 등온기로 유입되는 2차 반응물에 이산화탄소를 공급하되, 상기 2차 반응물 내 "H2/(4CO2 + 3CO)"의 몰 비가 0.8 ~ 1.2를 만족하도록 상기 이산화탄소의 공급량을 조절하는,
    이산화탄소의 수소화반응을 이용한 고발열량 합성천연가스 제조장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 반응부는
    상기 1차 반응물 중에서 미반응된 H2, CO, CO2를 분리하여 상기 2차 반응부의 제 1 단열기와 상기 1차 반응부의 제 1 등온기에 나누어 제공하는 제 1 응축기를 포함하는,
    이산화탄소의 수소화반응을 이용한 고발열량 합성천연가스 제조장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 응축기는
    상기 1차 반응물 중에서 미반응된 C1~C4 탄화수소를 분리하여 상기 3차 반응부의 제 4 응축기에 제공하는,
    이산화탄소의 수소화반응을 이용한 고발열량 합성천연가스 제조장치.
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