KR20220148845A - 합성 가스 제조 과정 - Google Patents
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Abstract
a) 개질 섹션에서 탄화수소 원료를 개질하여 CH4, CO, CO2, H2 및 H2O를 포함하는 합성 가스 및 암모니아를 포함하는 불순물을 얻는 단계;
b) 직렬 방식의 하나 이상의 시프트 단계를 포함하는 시프트 섹션에서 합성 가스를 시프트된 합성 가스로 시프트하는 단계;
c) 시프트된 합성 가스로부터 냉각으로 인한 공정 응축물을 분리하고 선택적으로 시프트된 합성 가스를 세척하는 단계;
d) 공정 응축물의 일부를 응축물 스팀 스트리퍼로 보내고, 여기서 합성 가스의 시프트 동안 형성된 암모니아, 메탄올 및 아민을 포함하는 용해된 시프트 부산물을 스팀을 사용하여 공정 응축물로부터 스트립시켜 스트리퍼 스팀 스트림을 얻는 단계;
e) 공정 응축물 스팀 스트리퍼로부터의 스트리퍼 스팀 스트림을 탄화수소 원료 및/또는 마지막 시프트 단계 상류의 개질 섹션 하류의 합성 가스에 첨가하는 단계
를 포함하며, 공정 응축물의 나머지 부분은 퍼지되는, 합성 가스의 제조 방법.
b) 직렬 방식의 하나 이상의 시프트 단계를 포함하는 시프트 섹션에서 합성 가스를 시프트된 합성 가스로 시프트하는 단계;
c) 시프트된 합성 가스로부터 냉각으로 인한 공정 응축물을 분리하고 선택적으로 시프트된 합성 가스를 세척하는 단계;
d) 공정 응축물의 일부를 응축물 스팀 스트리퍼로 보내고, 여기서 합성 가스의 시프트 동안 형성된 암모니아, 메탄올 및 아민을 포함하는 용해된 시프트 부산물을 스팀을 사용하여 공정 응축물로부터 스트립시켜 스트리퍼 스팀 스트림을 얻는 단계;
e) 공정 응축물 스팀 스트리퍼로부터의 스트리퍼 스팀 스트림을 탄화수소 원료 및/또는 마지막 시프트 단계 상류의 개질 섹션 하류의 합성 가스에 첨가하는 단계
를 포함하며, 공정 응축물의 나머지 부분은 퍼지되는, 합성 가스의 제조 방법.
Description
본 발명은 합성 가스의 제조 과정에 관한 것이다.
합성 가스는 전형적으로 스팀 개질(SMR), 2차 개질, 예컨대 자열 개질(ATR) 및 직렬 방식의 SMR과 ATR을 사용한 2단계 개질을 통해 탄화수소 공급원료를 개질하여 생성된다.
개질 공정을 떠나는 합성 가스는 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소와 함께 미전환 탄화수소, 통상 메탄을 함유한다.
합성 가스는 탄화수소 원료로부터 또는 2차 개질기나 자열 개질기에 이용된 공기로부터 발생한 소량의 질소를 추가로 함유한다.
질소는 마지막 개질 단계의 조건에 해당하는 개질 섹션에서 암모니아의 형성을 야기할 것이다. 암모니아 형성은 평형 반응이다.
많은 공정에서 합성 가스가 공정에 도입되기 전에 개질 공정에서 합성 가스에 함유된 일산화탄소와 이산화탄소가 제거되어야 한다. 이것은 특히 암모니아와 수소의 제조시 적용된다.
이를 위해, 일산화탄소가 이산화탄소로 전환되며, 이산화탄소는 공지된 화학적 또는 물리적 이산화탄소 공정에 의해 제거될 수 있다.
일산화탄소는 수성 가스 시프트 과정에 의해 일산화탄소가 이산화탄소로 전환되는 시프트 섹션을 통해 합성 가스를 통과시킴으로써 이산화탄소로 전환된다.
시프트 반응은 부산물의 형성 없이는 수행될 수 없다는 것이 잘 알려져 있다. 대부분의 시프트 촉매는 Cu를 함유한다. 이들 촉매의 경우, 시프트 반응에서 형성된 중요한 부산물 중 하나는 메탄올이다. 메탄올은 상기 언급된 바와 같이 탄화수소 원료 및/또는 공기 중에 존재하는 질소로부터 개질 공정에서 형성된 암모니아와 반응하여 아민을 만든다.
시프트된 합성 가스는 냉각된 시프트 섹션과 응축기로 차례로 보내지고, 응축기에서 공정 응축물이 시프트된 합성 가스로부터 분리된다.
시프트된 합성 가스에 함유된 암모니아 및 아민은 시프트 섹션 후 공정 응축물과 함께 응축된다.
전형적으로, 공정 응축물은 중간 압력(MP) 스팀 스트리퍼로 보내지고, 여기서 암모니아와 아민을 포함한 용존 가스가 스팀에 의해 제거되며, 스트립된 응축물은 보일러 급수(BFW) 수처리 공정으로 보내질 수 있다.
중간 압력은 개질 섹션 입구 압력보다 높은, 0.5 bar, 바람직하게는 1 bar인 압력으로 정의된다.
스팀 스트리퍼를 빠져나오는 스팀은 용존 가스와 암모니아 및 아민 부산물을 함유한다. 이러한 소위 말하는 스트리퍼 스트림은 개질 구역으로 가는 원료 스팀의 일부 또는 전부로서 이용되고, 마지막 시프트 반응기 상류의 개질 섹션 하류의 공정에 유입되는 선택적 증기의 일부 또는 전부로서 이용된다.
아민은 개질 섹션에서 반응하여 N2, CO2, CO, H2 및 H2O를 만든다.
마지막 시프트 반응기 상류의 개질 섹션 하류에서 첨가된 암모니아 및 아민은 이 섹션에 축적될 것이고, 이로써 공정 응축물에서 암모니아 및 아민의 수준을 증가시킬 것이다. 새로 형성된 암모니아는 개질 섹션으로부터 시프트 섹션으로 지속적으로 유입된다. 형성된 아민 및 잔류 암모니아는 개질 섹션으로 유입된 스트리퍼 스팀에 의해서 제거될 것이다.
개질 섹션으로 가는 원료 스팀에서 아민 함량이 높을 때 문제가 발생하는데, 이것은 예열 장비 또는 촉매층에서 개질 섹션에서 탄소 형성을 초래하기 때문이다.
본 발명은 MP 스트리퍼 전 공정 응축물 중 필요한 부분을 퍼지하여 개질 섹션의 입구에서 아민 수준을 허용가능한 수준으로 감소시킴으로써 이 문제를 해결한다.
퍼지는 별도의 유닛, 예를 들어 용존 가스, 암모니아 및 아민이 오프가스로 방출될 수 있고 연료로 사용될 수 있는 저압 스트리퍼에서 취급될 수 있다.
저압은 개질 섹션 입구 압력보다 낮은 압력으로 정의되며, 예를 들어 0.5 bar g 내지 20.0 bar g 또는 1.5 bar g 내지 10 bar g 또는 바람직하게는 2.0 bar g 내지 7.0 bar g이다.
추가 실시형태에서, 모든 스트리퍼 스팀은 마지막 시프트 반응기 상류의 개질 섹션 하류에 유입될 수 있다. 이 경우, 시프트 섹션에서 암모니아 및 아민 축적은 공정 응축물 퍼지 흐름의 속도에 의해 제어될 것이다.
따라서, 본 발명은 합성 가스의 제조 방법이며, 이 방법은
a) 개질 섹션에서 탄화수소 원료를 개질하여 CH4, CO, CO2, H2 및 H2O를 포함하는 합성 가스 및 암모니아를 포함하는 불순물을 얻는 단계;
b) 직렬 방식의 하나 이상의 시프트 단계를 포함하는 시프트 섹션에서 합성 가스를 시프트된 합성 가스로 시프트하는 단계;
c) 시프트된 합성 가스로부터 냉각으로 인한 공정 응축물을 분리하고 선택적으로 시프트된 합성 가스를 세척하는 단계;
d) 공정 응축물의 일부를 응축물 스팀 스트리퍼로 보내고, 여기서 합성 가스의 시프트 동안 형성된 암모니아, 메탄올 및 아민을 포함하는 용해된 시프트 부산물을 스팀을 사용하여 공정 응축물로부터 스트립시켜 스트리퍼 스팀 스트림을 얻는 단계;
e) 공정 응축물 스팀 스트리퍼로부터의 스트리퍼 스팀 스트림을 탄화수소 원료 및/또는 마지막 시프트 단계 상류의 개질 섹션 하류의 합성 가스에 첨가하는 단계
를 포함하며, 공정 응축물의 나머지 부분은 퍼지되는 방법.
본 발명의 한 실시형태에서, 공정 응축물의 나머지 부분은 퍼지 라인을 통해 퍼지 응축물 스팀 스트리퍼로 보내진다.
퍼지된 응축물의 양은 단계 (e)에서 탄화수소 원료 및/또는 합성 가스에 첨가된 스트리퍼 스트림으로부터 아민의 전부 또는 일부를 제거하도록 설정될 수 있다. 부분적으로 제거된 경우, 응축물 스팀 스트리퍼를 통해 개질 섹션으로 허용가능한 수준의 아민을 유입함으로써 나머지 아민이 제거될 수 있다.
본 발명의 한 실시형태에서, 응축물 스팀 스트리퍼는 상기 언급된 바와 같이 전형적으로 MP 스트리퍼이다.
추가의 실시형태에서, 퍼지 응축물 스팀 스트리퍼는 저압 스트리퍼이다.
퍼지 응축물 스팀 스트리퍼로부터 스트리퍼 스팀이 응축되며, 아민을 함유하는 결과의 비응축성 가스는 유리하게는 예를 들어 개질 섹션에서 연료로 이용되고, 액체 응축물은 저압 스트리퍼의 상부로 되돌아간다.
따라서, 한 실시형태에서, 퍼지 가스 스팀 스트리퍼로부터 스팀이 응축되고, 비응축성 가스는 연료로 사용된다.
스트립된 응축물과 스트립된 퍼지 응축물은 응축물 스팀 스트리퍼와 퍼지 응축물 스팀 스트리퍼의 바닥을 떠나 수처리 공정으로 보내진다.
퍼지 응축물의 양은 개질 및 시프트 섹션에서 형성된 아민 및 암모니아의 전부 또는 일부를 제거하도록 조정된다. 부분적으로 제거된는 경우, 나머지 아민 및 암모니아는 응축물 스팀 스트리퍼로부터의 스트리퍼 스팀을 통해 개질 섹션으로 허용가능한 수준의 아민과 암모니아를 유입함으로써 제거될 수 있다.
실시예
도 1을 참조한다.
하기 표의 스트림 번호는 도 1의 참조 번호를 말한다.
표 1은 스트립된 스팀 8.4%를 본 유닛에 첨가하여 개질 섹션에서 암모니아와 아민을 전환함으로써 이들을 제거한 경우를 나타낸다.
표 2는 공정 응축물의 8%를 퍼지함으로써 형성된 암모니아와 아민을 제거한 경우를 나타낸다.
두 경우 모두에 시프트 섹션에서 동일한 암모니아 및 아민 축적이 있다. 이러한 축적은 스트립된 모든 스팀을 개질 섹션 또는 공정 응축물 퍼지에 유입함으로써 감소 또는 제거될 수 있다.
| 스트림 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 유량 T/h | 92 | 100 | 168 | 255 | 255 | 125 | 0 | 125 | 95 | 87 | 8 |
| 암모니아 Kg/g |
0 | 40 | 42 | 482 | 480 | 480 | 0 | 480 | 480 | 440 | 40 |
| 아민 Kg/h |
0 | 3 | 0 | 33 | 36 | 36 | 0 | 36 | 36 | 33 | 3 |
| 스트림 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 유량 T/h |
100 | 100 | 168 | 255 | 255 | 125 | 10 | 115 | 87 | 87 | 0 |
| 암모니아 Kg/g |
0 | 0 | 42 | 480 | 478 | 478 | 40 | 438 | 438 | 438 | 0 |
| 아민 Kg/h |
0 | 0 | 0 | 33 | 36 | 36 | 3 | 33 | 33 | 33 | 0 |
Claims (7)
- a) 개질 섹션에서 탄화수소 원료를 개질하여 CH4, CO, CO2, H2 및 H2O를 포함하는 합성 가스 및 암모니아를 포함하는 불순물을 얻는 단계;
b) 직렬 방식의 하나 이상의 시프트 단계를 포함하는 시프트 섹션에서 합성 가스를 시프트된 합성 가스로 시프트하는 단계;
c) 시프트된 합성 가스로부터 냉각으로 인한 공정 응축물을 분리하고 선택적으로 시프트된 합성 가스를 세척하는 단계;
d) 공정 응축물의 일부를 응축물 스팀 스트리퍼로 보내고, 여기서 합성 가스의 시프트 동안 형성된 암모니아, 메탄올 및 아민을 포함하는 용해된 시프트 부산물을 스팀을 사용하여 공정 응축물로부터 스트립시켜 스트리퍼 스팀 스트림을 얻는 단계;
e) 공정 응축물 스팀 스트리퍼로부터의 스트리퍼 스팀 스트림을 탄화수소 원료 및/또는 마지막 시프트 단계 상류의 개질 섹션 하류의 합성 가스에 첨가하는 단계
를 포함하며, 공정 응축물의 나머지 부분은 퍼지되는, 합성 가스의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서, 응축물 스팀 스트리퍼는 중간 압력 스트리퍼인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 퍼지는 퍼지 응축물 스팀 스트리퍼로 보내지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 퍼지 응축물 스팀 스트리퍼는 저압 스트리퍼인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 퍼지 응축물 스팀 스트리퍼로부터 스팀이 응축되고, 비응축성 가스는 연료로 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (d)로부터의 스트립된 응축물은 수처리 공정으로 보내지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 퍼지 응축물 스팀 스트리퍼로부터의 스트립된 퍼지 응축물은 수처리 공정으로 보내지는 것을 특징으로 하는 방법.
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