KR20230053593A - 전열 개질 플랜트에서 오프가스 활용 - Google Patents

전열 개질 플랜트에서 오프가스 활용 Download PDF

Info

Publication number
KR20230053593A
KR20230053593A KR1020237004763A KR20237004763A KR20230053593A KR 20230053593 A KR20230053593 A KR 20230053593A KR 1020237004763 A KR1020237004763 A KR 1020237004763A KR 20237004763 A KR20237004763 A KR 20237004763A KR 20230053593 A KR20230053593 A KR 20230053593A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stream
plant
electricity
flow
section
Prior art date
Application number
KR1020237004763A
Other languages
English (en)
Inventor
피터 묄가르트 모르텐센
Original Assignee
토프쉐 에이/에스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 토프쉐 에이/에스 filed Critical 토프쉐 에이/에스
Publication of KR20230053593A publication Critical patent/KR20230053593A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/245—Stationary reactors without moving elements inside placed in series
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0006—Controlling or regulating processes
    • B01J19/0013—Controlling the temperature of the process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/48—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents followed by reaction of water vapour with carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/506—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification at low temperatures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
    • C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
    • C01C1/0417—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst characterised by the synthesis reactor, e.g. arrangement of catalyst beds and heat exchangers in the reactor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/02—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon
    • C07C1/04—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C07C1/0405—Apparatus
    • C07C1/041—Reactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/48—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by oxidation reactions with formation of hydroxy groups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00132—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
    • B01J2219/00135—Electric resistance heaters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0238—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a carbon dioxide reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0244—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being an autothermal reforming step, e.g. secondary reforming processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • C01B2203/0288—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step containing two CO-shift steps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0415—Purification by absorption in liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/042—Purification by adsorption on solids
    • C01B2203/043—Regenerative adsorption process in two or more beds, one for adsorption, the other for regeneration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/046—Purification by cryogenic separation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0475—Composition of the impurity the impurity being carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/061—Methanol production
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/062—Hydrocarbon production, e.g. Fischer-Tropsch process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/068—Ammonia synthesis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/085—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by electric heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1258—Pre-treatment of the feed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
    • C01B2203/84—Energy production
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

탄화수소를 포함하는 제1 원료가 전기 스팀 메탄 개질(e-SMR)을 거쳐서 제1 합성가스 스트림이 생성되는 플랜트 및 방법이 제공된다. 업그레이드 섹션은 합성가스 스트림을 수용하고, 합성가스 스트림으로부터 제1 생성물 스트림 및 오프가스 스트림을 생성한다. 파워 제너레이터는 업그레이드 섹션으로부터 적어도 오프가스 스트림의 일부 및/또는 상기 생성물 스트림의 일부 및/또는 상기 제1 원료의 일부를 수용하고, 제2 전기 흐름을 생성한다. 제2 전기 흐름의 적어도 일부는 제1 전기 흐름의 적어도 일부를 e-SMR 반응기에 제공하도록 배치된다.

Description

전열 개질 플랜트에서 오프가스 활용
탄화수소를 포함하는 제1 원료가 전기 스팀 메탄 개질(e-SMR)되어 제1 합성가스 스트림이 생성되는 플랜트 및 방법이 제공된다. 업그레이드 섹션은 합성가스 스트림을 수용하고, 합성가스 스트림으로부터 제1 생성물 스트림 및 오프가스 스트림을 생성한다. 파워 제너레이터는 업그레이드 섹션으로부터 적어도 오프가스 스트림의 일부 및/또는 상기 제1 생성물 스트림의 일부 및/또는 상기 제1 원료의 일부를 수용하고, 제2 전기 흐름을 생성한다. 제2 전기 흐름의 적어도 일부는 제1 전기 흐름의 적어도 일부를 e-SMR 반응기에 제공하도록 배치된다. 이 기술은 다양한 수준의 전기 수입이 있는 전기 동력 화학 플랜트를 가능하게 하며, 따라서 재생 전기의 공급에 있어서 변동을 다룰 수 있다.
합성 가스로부터 메탄올 및 수소와 같은 벌크 화학물질의 제조는 다량의 오프가스의 생성을 감안하여 주로 수행된다. 전형적인 개질 플랜트는 연소식 개질기를 사용하는데, 여기서 오프가스는 전형적으로 합성 가스 자체의 제공을 위해 필요한 스팀을 생성하기 위한 연료로 사용되었다. 또한, 오프가스는 연소식 개질기 버너의 연료로 사용된다.
전기 가열 스팀 개질기는, 예를 들어 Wismann et al, Science 2019: Vol. 364, Issue 6442, pp. 756-759, WO2019/228798, 및 WO2019/228795에 공지되었다. 연소식 스팀 개질 유닛이 전열 개질기로 대체된다면 개질 공정을 가열하기 위한 연료는 더 이상 필요하지 않다. 따라서, 가열 목적을 위해 필요한 오프가스의 부피가 상당히 감소되어 과잉의 오프가스 생성이 문제가 될 수 있다.
현재 기술은 전열 스팀 개질이 일어나는 플랜트에서 전체적인 질량 및 에너지 균형에 가까워지는 것을 목표로 한다. 특히, 본 기술은 이러한 플랜트에서 생성될 수 있는 과잉의 오프가스의 사용을 목표로 한다. 또한, 본 기술은 재생 전기의 공급에 있어서 변동을 취급하고, 전기 공급이 차단된 경우에도 화학 플랜트에서 합성가스의 독립적 공급을 확립하는 것을 목표로 한다.
이후, 본 발명의 실시형태가 참조된다. 그러나, 본 발명은 설명된 특정 실시형태에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 대신, 상이한 실시형태와 관련되든 아니든 하기 특징 및 요소들의 임의의 조합이 본 발명의 구현 및 실시에서 고려된다.
플랜트가 제공되며, 상기 플랜트는:
- 탄화수소를 포함하는 제1 원료,
- 하나 이상의 공-반응물 원료,
- 전기 스팀 메탄 개질(e-SMR) 반응기로서, 제1 전기 흐름에 의해 가열되도록 배치되고, 탄화수소를 포함하는 상기 제1 원료의 적어도 일부 및 상기 하나 이상의 공-반응물 원료의 적어도 일부를 수용하고 제1 합성가스 스트림을 생성하도록 배치된 e-SMR 반응기,
- 합성가스 스트림을 수용하고 상기 합성가스 스트림으로부터 적어도 제1 생성물 스트림 및 오프가스 스트림을 생성하도록 배치된 업그레이드 섹션,
- 업그레이드 섹션으로부터 적어도 상기 오프가스 스트림의 일부 및/또는 상기 제1 생성물 스트림의 일부를 수용하고 제2 전기 흐름을 생성하도록 배치된 파워 제너레이터
를 포함하며, 여기서 상기 제2 전기 흐름의 적어도 일부는 제1 전기 흐름의 적어도 일부를 e-SMR 반응기에 제공하도록 배치된다.
또한, 본원에 설명된 플랜트에 의해, 탄화수소를 포함하는 제1 원료로부터 생성물 스트림을 제공하기 위한 방법이 제공된다.
또한, 본원에 설명된 바와 같은 플랜트를 작동시키기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 본원에 더 설명된 대로 플랜트 작동 모드 A로부터 플랜트 작동 모드 B로 또는 반대로 전환하는 단계를 포함한다.
더 상세한 기술내용은 하기 설명 부분, 독립 청구범위 및 첨부된 도면에 제시된다.
도 1-7은 본 발명에 따른 다양한 플랜트 레이아웃을 도시하며, 이들은 모두 e-SMR 반응기, 업그레이드 섹션, 파워 제너레이터, 다양한 가스 원료/스트림 및 다양한 전기 흐름을 포함한다.
본 기술은 과잉의 오프가스를 전기로 전환하기 위한 가스엔진을 구현하는 것의 상승작용을 설명하며, 여기서 생성된 전기는 전기 개질기에 직접 사용될 수 있다. 이것은 플랜트에서 미사용 공정 스트림이 없고, 이로써 부산물 형성이 감소되는 균형잡힌 소규모 화학 플랜트에 대한 해결책을 제공한다.
본 기술의 범위 중 일부는 전기 수입이 거의 없거나 전혀 없는 전기 구동 화학 플랜트이며, 이것은 이용가능한 재생 전기 수준의 변동을 다룰 수 있다. 전기 구동 합성가스 제조 플랜트는 전열 스팀 메탄 개질기를 작동시키기 위해 매우 높은 전기 수요를 가진다. 이러한 플랜트의 안정적인 작동은 외부 공급원으로부터 전기 공급의 변동에, 특히 전기 공급 중단에 취약할 것이다. 본 발명은 플랜트 내부에서 생성된 전기의 사용에 의해서만 플랜트를 작동시킬 수 있는 가능성을 제공한다. 따라서, 본 발명은 먼저 플랜트에 파워 제너레이터를 추가하고, 둘째로 적어도 플랜트의 과잉의 오프가스 스트림의 일부 및/또는 탄화수소 원료의 일부 및/또는 생성물 스트림의 일부를 사용하여 거기서 전기를 생성함으로써, 플랜트 자체 내부에서 플랜트를 작동시키기 위해 필요한 높은 수준의 전기를 생성하는 것이 가능하다는 인식에 기초한다.
이후 모든 백분율은 달리 특정되지 않는다면 부피%로 주어진다. 용어 "실질적으로 순수한"은 80% 이상 순수, 이상적으로 90% 이상, 예컨대 99% 이상 순수하다는 의미로 이해되어야 한다.
따라서, 도면에 도식적으로 예시된 것과 같은 플랜트가 제공된다. 일반적인 측면에서, 상기 플랜트는
- 탄화수소를 포함하는 제1 원료,
- 하나 이상의 공-반응물 원료,
- 전기 스팀 메탄 개질(e-SMR) 반응기,
- 업그레이드 섹션, 및
- 파워 제너레이터
를 포함한다.
제1 원료
제1 원료는 탄화수소를 포함한다. 이와 관련하여, "탄화수소를 포함하는 제1 원료"는 하나 이상의 탄화수소 및 아마도 다른 구성성분들을 갖는 가스를 의미한다. 따라서, 탄화수소를 포함하는 제1 원료 가스는 전형적으로 탄화수소 가스, 예컨대 CH4 및 선택적으로 또한 대체로 상대적으로 소량의 고급 탄화수소를 소량의 다른 가스와 함께 포함한다. 고급 탄화수소는 에탄 및 프로판과 같은 2개 이상의 탄소 원자를 갖는 성분이다. "탄화수소를 포함하는 제1 원료"의 예는 천연가스, 도시가스, 나프타 또는 메탄과 고급 탄화수소의 혼합물, 바이오가스 또는 LPG일 수 있다. 탄화수소는 또한 산소 또는 황과 같은 탄소 및 수소 이외의 다른 원자를 갖는 성분일 수 있다.
제1 원료는 하나 이상의 공-반응물 원료, 즉 스팀, 수소 및 아마도 다른 구성성분들, 예컨대 일산화탄소, 이산화탄소, 질소 및 아르곤을 추가로 포함할 수 있거나, 또는 혼합될 수 있다. 전형적으로, 제1 원료는 탄화수소, 스팀 및 수소, 및 잠재적으로 또한 이산화탄소의 정해진 비율을 가진다.
한 양태에서, 제1 원료는 바이오가스 원료이다. 바이오가스는 산소의 부재하에 유기물의 분해에 의해 생성된 가스들의 혼합물이다. 바이오가스는 농업 폐기물, 거름, 도시 폐기물, 식물 물질, 하수, 녹색 폐기물 또는 음식물 쓰레기와 같은 원료로부터 생성될 수 있다. 바이오가스는 주로 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)이고, 소량의 황화수소(H2S), 수분, 실록산, 및 아마도 다른 성분들을 가질 수 있다. 바이오가스의 최대 30% 또는 심지어 50%가 이산화탄소일 수 있다. CO2와 CH4의 고유한 혼합물은 본질적으로 모든 탄소 원자가 메탄올로 전환될 수 있는 e-SMR("e-SMR-MeOH")에 의한 메탄올 제조를 위한 좋은 공급원료가 된다.
탄화수소의 제1 원료가 e-SMR 반응기에 도달하면, 그것은 적어도 스팀 첨가(공-반응물 원료로서 존재함) 및 선택적으로 또한 전처리(하기 더 상세히 설명됨)를 거칠 것이다.
공-반응물 원료
플랜트는 하나 이상의 공-반응물 원료를 포함한다. 공-반응물 원료(들)는 스팀 원료, 수소 원료, 또는 CO2 원료로부터 적합하게 선택된다. 공-반응물 원료는 바람직하게 탄화수소를 포함하는 제1 원료와의 혼합물로서 e-SMR 반응기에 공급된다. 공-반응물 원료는 특히 열열학적 고려사항에 따라서 e-SMR을 떠나는 합성 가스의 조성을 조정하기 위해 사용된다.
플랜트가 e-SMR 반응기 상류에 전처리 섹션을 포함하는 경우, 공-반응물 원료는 전처리 섹션에서 상이한 장소들에 첨가될 수 있으며, 예를 들어 수소는 수소화 반응을 촉진하기 위해 수소화탈황 상류에 첨가될 수 있고, 및/또는 스팀은 개질 반응을 촉진하기 위해 예비개질기 상류에 첨가될 수 있고, 및/또는 CO2는 수성-가스 이동 반응에 따라서 원료 가스를 부분적으로 이동시키기 위해 가스 컨디셔닝 유닛에 첨가될 수 있다.
e-SMR 반응기
플랜트는 전기 스팀 메탄 개질(e-SMR) 반응기를 포함한다. e-SMR 반응기는 제1 원료 및 임의의 공-반응물 원료에 대해 스팀 메탄 개질 반응을 수행한다.
e-SMR 반응기는 탄화수소를 포함하는 상기 제1 원료의 적어도 일부 및 상기 하나 이상의 공-반응물 원료의 적어도 일부를 수용하고, 상기 제1 원료(공-반응물 원료(들)와 혼합된)로부터 제1 합성가스 스트림을 생성하도록 배치된다.
용어 "스팀 개질" 또는 "스팀 메탄 개질 반응"은 하기 반응 중 하나 이상에 따른 개질 반응을 의미한다:
CH4 + H2O <-> CO + 3H2 (i)
CH4 + 2H2O <-> CO2 + 4H2 (ii)
CH4 + CO2 <-> 2CO + 2H2 (iii)
반응 (i)과 (ii)는 스팀 메탄 개질 반응이고, 반응 (iii)은 건조 메탄 개질 반응이다.
고급 탄화수소, 즉 CnHm(n≥2, m≥4)의 경우, 식 (i)는 하기와 같이 일반화된다:
CnHm + n H2O <-> nCO + (n + m/2)H2 (iv)
(여기서 n≥2, m≥4)
전형적으로, 스팀 개질은 수성 가스 이동 반응 (v)을 수반한다:
CO + H2O <-> CO2 + H2 (v)
용어 "스팀 메탄 개질" 및 "스팀 메탄 개질 반응"은 반응 (i)과 (ii)를 아울러 의미하고, 용어 "스팀 개질"은 반응 (i), (ii) 및 (iv)를 아울러 의미하며, 용어 "메탄화"는 반응 (i)의 역반응을 의미한다. 대부분의 경우, 이들 반응 (i)-(v)은 모두 개질 반응기로부터의 출구에서 평형이거나 평형에 가깝다.
전열 개질 반응기는 전기적으로 가열되므로 연소식 스팀 메탄 개질 반응기에 비해 전체 에너지 소비가 적고, 개질 반응기의 고온 연도 가스가 회피된다. 또한, 전열 개질 반응기 및 합성 가스 플랜트의 아마도 다른 유닛들을 가열하기 위해 이용된 전기가 재생 에너지 자원으로부터 제공되는 경우, 합성 가스 플랜트에서 전체 탄화수소 소비가 최소화되고, 따라서 CO2 배출도 감소된다.
e-SMR 반응기는 제1 전기 흐름에 의해 가열되도록 배치된다.
한 실시형태에서, 합성 가스 플랜트의 전열 개질 반응기는:
- 원료 가스의 제1 부분의 스팀 개질을 촉매작용할 수 있는 촉매 활성 물질을 포함하는 제1 촉매를 가열하도록 배치된 전기 가열 유닛을 수납하고, 5 내지 50 bar의 설계 압력을 갖는 압력 쉘,
- 압력 쉘 내부의 적어도 일부에 인접한 단열층, 및 전기 가열 유닛과 압력 쉘의 외부에 위치된 전력 공급장치에 전기적으로 연결된 적어도 2개의 전도체
를 포함하고, 여기서 전력 공급장치는 전기 가열 유닛을 통해서 전기 전류를 통과시킴으로써 제1 촉매의 적어도 일부를 적어도 500℃의 온도로 가열할 수 있는 치수이다.
전열 개질 반응기의 중요한 특징은 에너지가 열 전도, 대류 및 복사를 통해, 예를 들어 촉매관을 통해 외부 열원으로부터 공급되는 대신 개질 반응기 내부에서 공급된다는 점이다. 전도체를 통해 전력 공급장치에 연결된 전기 가열 유닛을 갖는 전열 개질 반응기에서, 개질 반응을 위한 열은 저항 가열에 의해 제공된다. 전열 개질 반응기의 가장 고온인 부분은 전열 개질 반응기의 압력 쉘 내일 것이다. 바람직하게, 전력 공급장치 및 압력 쉘 내의 전기 가열 유닛은 전기 가열 유닛의 적어도 일부가 850℃, 바람직하게 900℃, 더 바람직하게 1000℃ 또는 심지어 더 바람직하게 1100℃의 온도에 도달하게 되는 치수이다.
한 실시형태에서, 전열 개질기는 촉매 입자, 예를 들어 펠릿의 층인 제1 촉매를 포함하며, 이것은 전형적으로 촉매 활성 물질이 촉매 입자의 층에 매립된 전기 전도성 구조를 갖는 고 표면적 담지체 상에 담지된 형태이다. 대안으로서, 촉매는 모노리스와 같은 거시적 구조 상에 담지된 촉매 활성 물질일 수 있다.
전열 개질 반응기가 압력 쉘의 내부의 적어도 일부에 인접한 단열층을 포함하는 경우, 전기 가열 유닛과 압력 쉘 사이에 적절한 열 및 전기 절연이 얻어진다. 전형적으로, 단열층은 압력 쉘 내부의 대부분에 존재하며, 이로써 압력 쉘과 전기 가열 유닛/제1 촉매 사이의 열적 절연을 제공한다; 그러나, 전기 가열 유닛과 전력 공급장치 사이에 전도체의 연결을 제공하고 전열 개질 반응기 내외로 가스가 오가는 입구/출구를 제공하기 위해 단열층에는 통로가 필요하다.
압력 쉘과 전기 가열 유닛 사이에 단열층의 존재는 압력 쉘의 과도한 가열의 방지에 도움이 되고, 전열 개질 반응기 주변으로의 열 손실을 줄이는데 도움이 된다. 전기 가열 유닛의 온도는 적어도 일부에서는 최대 약 1300℃에 이를 수 있지만, 전기 가열 유닛과 압력 쉘 사이에 단열층을 사용함으로써 압력 쉘의 온도가, 예를 들어 500℃ 또는 심지어 200℃의 상당히 더 낮은 온도로 유지될 수 있다. 이것은 유익한 점인데, 전형적인 구성 강 재료는 1000℃ 이상의 고온에서 압력을 견디는 용도에 부적합하기 때문이다. 그러나, 압력 쉘과 전기 가열 유닛 사이의 단열층은 전기 절연도 가능하므로 개질 반응기 내에서 전기 전류의 제어에도 도움이 된다. 단열층은 고체 물질, 예컨대 세라믹, 비활성 물질, 내화성 물질 또는 가스 장벽 또는 이들의 조합의 하나 이상의 층일 수 있다. 따라서, 퍼지 가스 또는 제한 가스가 단열층의 일부를 구성하거나 형성하는 것도 고려된다.
작동 동안 전열 개질 반응기의 가장 고온인 부분은 전기 가열 유닛이고, 이것은 단열층에 의해 둘러싸여 있으므로, 압력 쉘의 온도는 최대 공정 온도보다 상당히 낮게 유지될 수 있다. 이것은 800℃ 또는 900℃ 또는 심지어 1100℃ 또는 심지어 최대 1300℃의 최대 공정 온도에서 압력 쉘이 예를 들어 700℃ 또는 500℃ 또는 바람직하게 300℃ 또는 200℃의 비교적 낮은 설계 온도를 갖는 것을 허용한다.
다른 이점은 연소식 SMR과 비교하여 낮은 설계 온도에 의해 일부 경우 압력 쉘의 두께가 감소될 수 있고, 따라서 비용이 절감된다는 것이다.
용어 "단열 물질"은 약 10 W·m-1·K-1 이하의 열전도율을 갖는 물질을 의미한다. 단열 물질의 예는 세라믹, 내화성 물질, 알루미나-기반 물질, 지르코니아-기반 물질 등이다.
e-SMR에 대한 더 상세한 설명은 Wismann et al (2019) "Electrified methane reforming: A compact approach to greener industrial hydrogen production" Science Vol. 364, Issue 6442, pp. 756-759에 공개되며, 이것의 내용은 본원에 참고로 포함된다.
e-SMR은 SMR, 자열 개질기(ATR), 및/또는 열교환 개질기(HTER)에 대해 병렬로 또는 직렬로 위치되는 것이 고려된다. 이러한 배치는 본원에 참고로 포함된 동시 계류중인 출원 PCT/EP2020/055173, PCT/EP2020/055174 및 PCT/EP2020/055178에 설명된다. 한 실시형태에서, e-SMR은 ATR, SMR, 및/또는 HTER에 대해 병렬/직렬로 작동할 수 있고, 이로써 본 발명 대로 제1 합성가스 스트림이 생성된다.
업그레이드 섹션
플랜트는 합성가스 스트림을 수용하고 상기 합성가스 스트림으로부터 적어도 제1 생성물 스트림과 오프가스 스트림을 생성하도록 배치된 업그레이드 섹션을 포함한다. 제1 생성물 스트림은, 예를 들어 수소 가스, 일산화탄소 가스, 고급 탄화수소, 합성 연료, 메탄올, 또는 암모니아닐 수 있다.
업그레이드 섹션에 공급된 합성가스 스트림은 e-SMR에서 생성된 합성가스 스트림일 수 있다. 따라서, 업그레이드 섹션은 e-sMR 반응기에 의해 생성된 합성가스 스트림(및 적합하게는 전체 합성가스 스트림)을 수용하도록 배치될 수 있다.
수소 및 메탄올 업그레이드 섹션이 바람직한데, 이들은 고전적인 구성형태에서 상당한 오프가스 부산물을 갖기 때문이다.
한 바람직한 양태에서,
- 업그레이드 섹션은 수소 정제 섹션이고,
- 제1 생성물 스트림은 수소-부화 스트림이고, 및
- 오프가스 스트림은 수소 정제 섹션으로부터의 오프가스 스트림이다.
한 실시형태에서, 수소 정제 섹션은 스윙 흡착 유닛, 예컨대 압력 스윙 흡착(PSA) 유닛 또는 온도 스윙 흡착(TSA) 유닛일 수 있다. 수소 정제 섹션으로부터의 오프가스 스트림은 CH4, CO2, H2, N2, 및 CO를 포함할 수 있다.
스윙 흡착은 선택된 화합물을 흡착하기 위한 유닛을 의미한다. 이러한 종류의 장치에서는 흡착 물질 상에서 가스 분자의 흡착과 탈착 사이에 동적 균형이 확립된다. 가스 분자의 흡착은 입체적, 동력학적 또는 평형 효과에 의해 야기될 수 있다. 정확한 메커니즘은 사용된 흡착제에 의해 결정되며, 평형 포화도는 온도 및 압력에 의존할 것이다. 전형적으로, 흡착제 물질은 가장 무거운 화합물이 거의 포화될 때까지 혼합 가스로 처리되며, 이후 재생이 필요할 것이다. 재생은 압력 또는 온도를 변화시킴으로써 행해질 수 있다. 실제로 이것은 적어도 2개 유닛을 갖는 공정이 사용됨을 의미하는데, 처음에 하나의 유닛에서 고압 또는 저온에서 흡착제를 포화시키고, 다음에 유닛을 전환하고, 이제 압력을 감소시키거나 온도를 증가시킴으로써 동일한 유닛으로부터 흡착된 분자를 탈착시킨다. 압력 변화에 따라 유닛이 작동하면 압력 스윙 흡착 유닛이라 하고, 온도 변화에 따라 유닛이 작동하면 온도 스윙 흡착 유닛이라 한다. 압력 스윙 흡착은 순도 99.9% 이상의 수소를 생성할 수 있다.
추가의 양태에서, 하기 내용이 또한 바람직하다.
- 업그레이드 섹션은 메탄올 합성 섹션이고,
- 제1 생성물 스트림은 메탄올-부화 스트림이고, 및
- 오프가스 스트림은 메탄올 합성 섹션으로부터의 오프가스 스트림이다.
메탄올 합성 섹션은 J.B. Hansen, P.E.H. Nielsen, Methanol Synthesis, Handbook of heterogeneous catalysis, John Wiley & Sons, Inc., New York, 2008, pp. 2920-2949에 설명된 것일 수 있다. 메탄올 합성 섹션으로부터의 오프가스 스트림은 CO, H2, CO2, CH3OH, CH4, 및 N2를 포함할 수 있다.
다른 양태에서,
- 업그레이드 섹션은 CO 콜드 박스이고,
- 업그레이드 섹션은 합성가스 스트림을 수용하고, CO 콜드 박스로부터 실질적으로 순수한 CO 스트림인 제1 생성물 스트림, 실질적으로 순수한 H2 스트림인 제2 생성물 스트림 및 오프가스 스트림을 생성하도록 배치된다.
CO 콜드 박스는 Ronald Pierantozzi에 의한 "Carbon Monoxide", Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology ECT (online), 2000에 설명된 것일 수 있다. CO 콜드 박스로부터의 오프가스 스트림은 CH4, CO, H2, 및 N2를 포함할 수 있다.
추가의 양태에서,
- 업그레이드 섹션은 암모니아 루프이고,
- 생성물 스트림은 실질적으로 순수한 암모니아 스트림이고, 및
- 오프가스 스트림은 암모니아 루프로부터의 오프가스 스트림이다.
암모니아 루프는 I. Dybkjaer, Ammonia production processes: A. Nielsen (Ed.) Ammonia - catalysis and manufacture, Springer, Berlin, Germany, 1995, pp. 199-328에 설명된 것일 수 있다. 암모니아 루프로부터의 오프가스 스트림은 NH3, H2, CH4, 및 N2를 포함할 수 있다.
추가의 양태에서,
- 업그레이드 섹션은 피셔-트로프슈(Fischer-Tropsch) 섹션이고,
- 생성물 스트림은 고급 탄화수소의 스트림이고, 및
- 오프가스 스트림은 피셔-트로프슈 섹션으로부터의 오프가스 스트림이다.
피셔-트로프슈 섹션은 Dry, M.E.(2008). The Fischer-Tropsch(FT) Synthesis Processes. In Handbook of Heterogeneous Catalysis(eds. G. Ertl, H. Knozinger, F. Schuth and J. Weitkamp), 2008에 설명된 것일 수 있다. 피셔-트로프슈 섹션으로부터의 오프가스 스트림은 탄화수소(에탄, 에텐, 프로펜, 및 프로판), CH4, H2, CO, 및 N2를 포함할 수 있다. 이 양태에서, 용어 "고급 탄화수소"는 헥산, 헵탄, 헵텐, 옥탄 등과 같은 응축가능한 탄화수소를 의미하는 것으로 이해된다.
상기 플랜트의 한 양태에서, 업그레이드 섹션은 합성가스 조성의 변화 없이 바로 e-SMR 반응기에 의해 생성된 합성가스 스트림을 수용하도록 배치된다.
또한, e-SMR 반응기에 의해 생성된 합성가스 스트림은 업그레이드 섹션에 도달하기 전에 하나 이상의 추가의 반응기 또는 유닛을 통과하는 것도 가능할 수 있다(하기 참조).
파워 제너레이터
본 기술은 연료 부화 오프가스 스트림은 상업적 가치가 거의 없다는 인식에 기초한다. 그러나, 이들은 대체로 가연성이며, 따라서 플랜트 자체에서 사용될 수 있다.
따라서, 플랜트는 업그레이드 섹션으로부터 적어도 상기 오프가스 스트림의 일부(및 바람직하게 전부) 및/또는 상기 제1 생성물 스트림의 일부를 수용하고 제2 전기 흐름을 생성하도록 배치된 파워 제너레이터를 포함한다.
바람직하게, 파워 제너레이터는 업그레이드 섹션으로부터 오프가스 스트림의 적어도 일부를 수용하고 제2 전기 흐름을 생성하도록 배치된다. 이러한 배치는 플랜트에서 오프가스 스트림의 사용을 최적화한다.
오프가스 스트림 및 제1 생성물 스트림에 더하여, 파워 제너레이터를 구동시키기 위해 외부 연료, 즉 수입 연료가 또한 수입될 수 있다. 수입 연료는 다른 화학 플랜트의 부산물, 또는 천연가스, 바이오가스 등으로 얻어질 수 있다.
또한, 파워 제너레이터는 탄화수소를 포함하는 제1 원료의 일부를 수용하고 제2 전기 흐름을 생성하도록 배치될 수 있다. 증기 등과 혼합된 원료는 파워 제너레이터에 공급되지 않는다.
언급된 대로, 파워 제너레이터는 가연성 가스 스트림으로부터 전력을 제공한다. 파워 제너레이터의 다양한 배치가 당업자에게 알려져 있다. 적합한 파워 제너레이터는 제1 모듈(예를 들어, 내연 기관)이 가연성 가스를 기계적 에너지(예를 들어, 회전 에너지)로 전환하는 발전기 세트일 수 있다. 제2 모듈(예를 들어, 발전기)이 제1 모듈에 연결되어 기계적 에너지를 전력으로 전환한다. 또한, 수소 연료 전지와 같은 연료 전지도 파워 제너레이터로 사용될 수 있다. 파워 제너레이터의 특정 예는 열병합 발전(CHP) 유닛이다. 파워 제너레이터의 다른 예는 가스 터빈이다.
고 생산 기간 동안 오프가스를 수집할 수 있도록 플랜트에 가스 저장소가 포함되는 것이 고려될 수 있고, 이 방식으로 파워 제너레이터의 작동이 균등해지며, 때로는 이 유닛에 대해 정지-시동 시나리오도 있을 수 있다. 이것은 이 유닛의 실제 작동으로 귀결되며, 일부 경우 너무 적은 연료로 작동시 비효율적일 수 있다.
당업자는, 예를 들어 이용가능한 특정 가스 스트림 유입 및 원하는 전기 흐름 출력에 따라, 특정한 파워 제너레이터 및 그것의 작동 변수를 선택할 수 있을 것이다.
전기 흐름
제2 전기 흐름(파워 제너레이터로부터의)의 적어도 일부 및 바람직하게 전체는 제1 전기 흐름의 적어도 일부 및 바람직하게 전체를 e-SMR 반응기에 제공하도록 배치된다. 이 방식으로, 오프가스 스트림 및/또는 제1 생성물 스트림의 효과적인 사용이 가능하다. 추가로, 이 구성형태는 작동에 개선된 민첩성을 제공한다. 한 특정 양태에서, 화학적 제조에 재생 전기가 사용되는 경우, 주요 문제는 전기 공급의 보장이며, 본 발명은 정전시에도 지속적인 작동을 허용한다.
전기 공급 유닛은 파워 제너레이터로부터 제2 전기 흐름, 선택적으로 외부 전기 흐름을 수용하고, 제1 전기 흐름을 e-SMR 반응기에 제공하도록 배치될 수 있다. 전기 공급 유닛은 각 전기 흐름의 가용성에 따라, 특히 외부 전기 흐름이 재생 전기 공급원에 의해 제공되는 경우, 제2 전기 흐름과 외부 전기 흐름의 상대적인 비율이 균형을 이루도록 한다.
한 양태에서, 외부 전기 흐름은 제1 전기 흐름의 일부를 e-SMR 반응기에 제공하도록 배치될 수 있다. 따라서, 이러한 외부 전기 흐름은, 예를 들어 제2 전기 흐름에서 전기 발생이 e-SMR 반응기를 구동시키기에 불충분한 경우, e-SMR 반응기로의 제2 전기 흐름을 보충할 수 있다.
한 유용한 양태에서, 재생 전기 공급원은 상기 외부 전기 흐름을 제공하도록 배치된다. 이것은 본 발명의 환경적 영향을 감소시킬 뿐만 아니라 제2 전기 흐름(파워 제너레이터로부터의)을 사용하여 재생가능한 공급원으로부터 외부 전기 흐름의 변동을 상쇄하는 것을 허용한다.
제2 전기 흐름은 e-SMR 반응기를 가열하기 위해 필요한 전체 제1 전기 흐름을 구성할 수 있다. 따라서, 외부 전기 흐름이 회피될 수 있고, 이로써 플랜트의 전체적인 전기 필요가 감소한다.
선택적으로, 파워 제너레이터에 의해 생성된 제2 전기 흐름은 제1 전기 흐름보다 크다. 이 방식으로, 외부 전기 흐름이 회피될 수 있고, 더하여 플랜트는 다른 사용을 위해 플랜트 외부로 또는 압축기 및 펌프와 같은 플랜트 내의 다른 전기 구동 시설로 전기를 수출할 수 있다.
추가 반응기
주지된 대로, 플랜트는 e-SMR 반응기와 업그레이드 섹션 사이에 배치된 하나 이상의 추가 반응기 또는 유닛을 포함할 수 있다. 전형적으로, 이들 추가 반응기 또는 유닛은 사용될 예정인 특정 업그레이드 섹션에 가장 적합하게 합성가스의 함량을 조정하도록 배치된다.
한 양태에서, 플랜트는 e-SMR 반응기의 하류에 배치된 적어도 하나의 수성 가스 이동(WGS) 반응기를 더 포함한다. 적어도 하나의 WGS 반응기는 e-SMR 반응기로부터 제1 합성가스 스트림의 적어도 일부를 수용하고 상기 제1 합성가스 스트림으로부터 제2 합성가스 스트림을 생성하도록 배치된다. 다음에, 상기 제2 합성가스 스트림의 적어도 일부는 업그레이드 섹션에 공급된다. 2개의 WGS 반응기가 통상적으로 사용되며, 스테이지간 냉각과 함께 직렬 위치된다. 또한, 직렬 위치된 3개의 WGS 반응기도 고려될 수 있다.
플랜트는 e-SMR 반응기와 업그레이드 섹션 사이에 배치된 하나 이상의 가스 컨디셔닝 유닛을 더 포함할 수 있다. 이들 하나 이상의 가스 컨디셔닝 유닛은 플래시 분리 유닛, CO2 제거 섹션, 메탄화장치, 또는 이러한 유닛들의 조합으로부터 선택될 수 있다.
또한, 온도 제어 및 에너지 최적화에 필요한 바와 같이, 열교환기가 플랜트 레이아웃에 포함될 수 있다. 또한, 스팀 발생기(보일러)가 상응하여 사용될 수 있다.
플랜트는 e-SMR 반응기의 상류에 전처리 섹션을 포함할 수 있다. 전처리 섹션은 e-SMR 반응기에 공급되기 전에 탄화수소의 제1 원료를 전처리하도록 배치된다. 전처리 섹션은 전형적으로 가스 조정 유닛, 가열 유닛, 수소화탈황(HDS) 및 예비개질 유닛으로부터 선택된 하나 이상의 전처리 유닛을 포함한다.
"가스 조정 유닛"은 가스 조성을 조정하기 위한 유닛 작동을 의미한다. 이러한 유닛의 예는 중합체 막, 세라믹 막, 압력 스윙 흡착(PSA) 유닛, 또는 온도 스윙 흡착(TSA) 유닛일 수 있다. 가스 조정 유닛은 원료 가스에서 바람직하지 않은 성분을 부분적으로 제거하기 위해 사용될 수 있다. 예로서, 막은 탄화수소 함유 가스로부터 CO2를 부분적으로 제거하기 위해 사용될 수 있고, PSA는 탄화수소 함유 가스로부터 고급 탄화수소를 제거하기 위해 사용될 수 있다.
전처리 섹션이 가열 유닛을 포함하는 경우, 업그레이드 섹션으로부터의 오프가스 스트림의 일부는 전처리 섹션으로 되돌아가서 상기 가열 유닛을 위한 연료로 사용되도록 배치될 수 있다. 이것은 가열에 사용된 외부 연료의 양을 감소시킬 수 있고, 오프가스 스트림의 사용을 최적화하는데 도움을 줄 수 있다.
방법
본 기술은 또한 상기 설명된 플랜트가 활용되는 방법을 제공한다.
따라서, 탄화수소를 포함하는 제1 원료로부터 생성물 스트림을 제공하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은:
- 선행 청구항 중 어느 하나에 따른 플랜트를 제공하는 단계,
- 탄화수소를 포함하는 제1 원료의 적어도 일부를 전기 스팀 메탄 개질(e-SMR) 반응기에 공급하고, 상기 e-SMR 반응기를 제1 전기 흐름에 의해 가열하여 상기 제1 원료로부터 합성가스 스트림을 생성하는 단계,
- 합성가스 스트림을 업그레이드 섹션에 공급하고, 상기 합성가스 스트림으로부터 적어도 생성물 스트림 및 오프가스 스트림을 생성하는 단계,
- 업그레이드 섹션으로부터의 적어도 상기 오프가스 스트림의 일부 및/또는 상기 제1 생성물 스트림의 일부 및/또는 상기 제1 원료의 일부를 파워 제너레이터에 공급하고, 제2 전기 흐름을 생성하는 단계,
- 제1 전기 흐름의 적어도 일부가 e-SMR 반응기에 제공되도록 상기 제2 전기 흐름의 적어도 일부를 공급하는 단계
를 포함한다.
상기 본 발명의 플랜트에 대한 모든 상세한 내용은 본 발명의 방법에도 동등하게 관련된다.
본 기술은 플랜트가 이용가능한 전기 수준의 변동을 다루는 것을 허용한다. 이것은 변동성이 높은 재생 전기 공급원으로부터 외부 전기가 제공되는 경우 특별히 중요한 측면이다. 따라서, 플랜트를 작동시키는 방법이 설명되며, 여기서
- 제1 플랜트 작동 모드 A에서, e-SMR 반응기로의 제1 전기 흐름은 제2 전기 흐름의 제1 비율(A1) 및 외부 전기 흐름의 제1 비율(A2)을 포함하고;
- 제2 플랜트 작동 모드 B에서, e-SMR 반응기로의 제1 전기 흐름은 제2 전기 흐름의 제2 비율(B1) 및 외부 전기 흐름의 제2 비율(B2)을 포함하고;
- 제1 플랜트 작동 모드 A에서 제2 전기 흐름의 제1 비율(A1)은 제2 플랜트 작동 모드 B에서 제2 전기 흐름의 제2 비율(B1)보다 작고; 및
- 제1 플랜트 작동 모드 A에서 외부 전기 흐름의 제1 비율(A2)은 제2 플랜트 작동 모드 B에서 외부 전기 흐름의 제2 비율(B2)보다 크며;
상기 방법은 플랜트 작동 모드 A에서 플랜트 작동 모드 B로 또는 반대로 전환하는 단계를 포함한다.
제2 플랜트 작동 모드 B에서, 제1 전기 흐름 중에서 제2 전기 흐름의 제2 비율(B1)은 75% 이상, 80% 이상, 90% 이상, 또는 100%일 수 있다. 제2 플랜트 작동 모드 B에서, e-SMR 반응기로의 제1 전기 흐름은 제2 전기 흐름으로 구성될 수 있고, 외부 전기 흐름의 제2 비율(B2)은 0이다.
다시 말하면, 이들 양태에서, 파워 제너레이터로부터의 제2 전기 흐름은 제1 전기 흐름의 대부분, 또는 심지어 전부를 구성한다.
상기 방법의 한 양태에서, 제2 플랜트 작동 모드 B에서 제1 전기 흐름은 제1 플랜트 작동 모드 A에서 제1 전기 흐름보다 낮다.
플랜트 작동 모드 A에서 플랜트 작동 모드 B로 전환하는 단계는 적어도 부분적으로 업그레이드 섹션에서 오프가스 생산을 증가시킴으로써 얻어질 수 있다. 증가된 오프가스 생산은 증가된 제2 전기 흐름을 가져오며, 이것은 필요한 외부 전기 흐름의 비율을 감소시킬 수 있다.
플랜트 작동 모드 A에서 플랜트 작동 모드 B로 전환하는 단계는 적어도 부분적으로 제1 원료의 일부를 파워 제너레이터에 직접 공급함으로써 얻어질 수 있다.
또한, 플랜트 작동 모드 A에서 플랜트 작동 모드 B로 전환하는 단계는 적어도 부분적으로 상기 제1 전기 흐름을 감소시킴으로써 얻어질 수 있다.
외부 전기 흐름이 전기의 재생가능한 공급원으로부터 제공되는 경우, 플랜트 작동 모드 A에서 플랜트 작동 모드 B로 전환하는 단계는 상기 재생 전기 공급원으로부터 이용가능한 외부 전기 흐름이 정해진 레벨 아래로 떨어졌을 때 일어날 수 있다. 또한, 외부 전기 흐름이 전기의 재생가능한 공급원으로부터 제공되는 경우, 플랜트 작동 모드 B에서 플랜트 작동 모드 A로 전환하는 단계는 상기 재생 전기 공급원으로부터 이용가능한 외부 전기 흐름이 정해진 레벨 이상으로 상승했을 때 일어날 수 있다. 이러한 배치는 플랜트가 이용가능한 재생 에너지 양의 변동에 대응하도록 할 수 있다.
작동 모드 A 및 B 사이의 전환 또는 반대의 전환은 선행 전환 후 전형적으로 2시간 이내, 더 바람직하게 1시간 이내, 및 가장 바람직하게 0.5시간 이내에 일어난다. 이것은 재생 에너지 공급원(예를 들어, 풍력 또는 태양열)의 변동이 정확히 예측될 수 있는 시간 기간에 해당한다.
도면의 상세한 설명
도 1은 플랜트(100)의 레이아웃이다. 탄화수소를 포함하는 제1 원료(1), 및 하나 이상의 공-반응물 원료(2)가 전기 스팀 메탄 개질(e-SMR) 반응기(10)에 공급된다. e-SMR 반응기(10)는 제1 전기 흐름(31)에 의해 가열되도록 배치된다. e-SMR 반응기는 제1 원료(1)의 적어도 일부 및 공-반응물 원료(2)의 적어도 일부를 수용하도록 배치된다. 이어서 제1 합성가스 스트림(11)이 제1 원료(1)와 공-반응물 원료(들)(2)로부터 e-SMR 반응기(10)에서 생성된다.
업그레이드 섹션(20)은 합성가스 스트림(11)을 수용하도록 배치된다. 업그레이드 섹션(20)은 합성가스 스트림(11, 13a)로부터 적어도 제1 생성물 스트림(21) 및 오프가스 스트림(22)을 생성한다.
파워 제너레이터(30)는 업그레이드 섹션(20)으로부터 오프가스 스트림(22)을 수용하고(이 실시형태에서는 오프가스 스트림의 전체) 제2 전기 흐름(31')을 생성하도록 배치된다.
제2 전기 흐름(31')은 파워 제너레이터(30)로부터 전기 공급 유닛(60)에 제공된다. 또한, (선택적인) 외부 전기 흐름(40)이 전기 공급 유닛(60)에 제공된다. 다음에, 전기 공급 유닛(60)은 제1 전기 흐름(31)을 e-SMR 반응기(10)에 제공한다.
도 2의 레이아웃은 도 1과 유사하다. 도 2에서 제1 생성물 스트림(21)의 일부가 파워 제너레이터(30)에 제공되고 제2 전기 흐름(31')을 생성하는데 사용된다. 이 실시형태는 외부 전기 흐름이 e-SMR의 작동에 불충분할 때 유익하게 사용된다.
도 3의 레이아웃은 도 1과 유사하다. 도 3에서 수성 가스 이동 반응기(13)가 e-SMR 반응기(10)의 하류에 배치된다. WGS 반응기(13)는 e-SMR 반응기(10)로부터 제1 합성가스 스트림(11)을 수용하고 상기 제1 합성가스 스트림(11)으로부터 제2 합성가스 스트림(13a)을 생성하도록 배치되며, 제2 합성가스 스트림(13a)은 전형적으로 제1 합성가스 스트림(11)보다 수소로 더 부화된다. 도시된 대로, 제2 합성가스 스트림(13a)의 적어도 일부는 업그레이드 섹션(20)에 공급된다.
도 4의 레이아웃은 도 1과 유사하다. 도 4에서 가열 유닛 형태의 전처리 섹션(50)이 e-SMR 반응기(10)의 상류에 배치되고, 제1 원료(1)가 e-SMR 반응기(10)에 공급되기 전에 공-반응물 원료(2) 중 하나 이상과 함께 탄화수소의 제1 원료(1)를 전처리한다. 또한, 이 레이아웃에서 업그레이드 섹션(20)으로부터의 오프가스 스트림(22)의 일부(22a)가 전처리 섹션(50)에 공급되고, 상기 전처리 섹션(50)을 가열하기 위한 연료로 사용된다. 이 실시형태는 예열 목적을 위해 오프가스 스트림을 활용하고 밸런싱 유닛으로서 전기 공급 유닛을 구비함으로써 플랜트의 전체적인 에너지 효율을 최적화하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 구성형태에서, 예열의 공정 제어는 전기 공급 유닛으로 가는 연료의 양을 조절함으로써 달성될 수 있다.
도 5의 레이아웃은 도 1과 유사하다. 도 5에서 제1 원료(1)의 일부가 파워 제너레이터(30)에 제공되고 제2 전기 흐름(31')의 생성에 기여한다. 이 실시형태는 외부 전기 흐름이 e-SMR의 작동에 불충분할 때 유익하게 사용된다.
도 6은 수소 플랜트의 더 상세한 실시형태를 예시한다. 탄화수소와 또한 약간의 수소를 포함하는 제1 원료(1)는 먼저 예열되고, 수소화 및 황 흡착의 제1 전처리 단계(50')로 보내진다. 스팀을 주로 포함하는 공-반응물 원료(2)가 유출물과 혼합되고, 조합된 가스는 제2 전처리 단계(50'')로 들어가기 전에 가열됨으로써 가스 중 고급 탄화수소의 예비개질이 촉진된다. 유출물은 e-SMR 반응기(10)로 전달된다. 이것은 온도를 상승시키고, 그것을 스팀 개질 및 수성 가스 이동 평형에 따라서 CO, H2, CO2, H2O 및 CH4를 포함하는 합성 가스로 전환시킨다. 이 단계로부터의 출구 온도는 800℃, 바람직하게 950℃, 더 바람직하게 1100℃일 수 있다. 합성 가스는 약 300-500℃로 냉각되고 수성 가스 전환 반응기(13)로 보내지며, 여기서 CO가 H2O와 반응하여 더 많은 H2와 CO2가 생성된다. 유출물은 합성가스 스트림(13a)의 이슬점 아래로 냉각된다. 주로 액체 H2O인 응축물(14)이 분리기(20')에서 건조 합성가스로부터 분리된다. 건조 합성가스는 CO2의 대부분이 부산물(29)로서 제거되는 아민 세척과 같은 CO2 제거 유닛(20'')에서 더 업그레이드된다. 최종 업그레이드 단계는 PSA를 포함하고, 여기서 생성물은 수소 부화 생성물(21)과 오프가스(22)로 분리된다.
파워 제너레이터(30)는 PSA(20''')로부터 오프가스 스트림(22)을 수용하고(이 실시형태에서는 오프가스 스트림의 전체) 제2 전기 흐름(31')을 생성하도록 배치된다. 제2 전기 흐름(31')은 파워 제너레이터(30)로부터 전기 공급 유닛(60)에 제공된다. 또한, 외부 전기 흐름(40)이 전기 공급 유닛(60)에 제공된다. 다음에, 전기 공급 유닛(60)은 제1 전기 흐름(31)을 e-SMR 반응기(10)에 제공한다.
도 7은 메탄올 플랜트의 더 상세한 실시형태를 예시한다. 탄화수소와 또한 약간의 수소, 및 이상적으로는 또한 이산화탄소를 포함하는 제1 원료(1)가 먼저 예열되고, 수소화 및 황 흡착의 제1 전처리 단계(50')로 보내진다. 스팀을 주로 포함하는 공-반응물 원료(2)가 유출물과 혼합되고, 조합된 가스는 제2 전처리 단계(50'')로 들어가기 전에 가열됨으로써 가스 중 고급 탄화수소의 예비개질이 촉진된다. 유출물은 e-SMR 반응기(10)로 전달된다. 이것은 온도를 상승시키고, 그것을 스팀 개질 및 수성 가스 이동 평형에 따라서 CO, H2, CO2, H2O 및 CH4를 포함하는 합성 가스로 전환시킨다. 이 단계로부터의 출구 온도는 800℃, 바람직하게 950℃, 더 바람직하게 1100℃일 수 있다. 유출물은 합성가스 스트림(11)의 이슬점 아래로 냉각된다. 주로 액체 H2O인 응축물이 분리기(20')에서 건조 합성가스로부터 분리된다. 건조 합성가스는 메탄올 합성 유닛(20'')에서 더 업그레이드된다. 이 실시형태에서, 메탄올 루프는 메이크업 가스 압축기(60), 비등수 메탄올 반응기(61), 및 메탄올 플래시 분리기(62)와 미전환 가스(63)의 내부 재순환을 포함한다. 미전환 가스의 일부(63')는 전형적으로 재순환 압축기(미도시)에 의해 비등수 메탄올 반응기(61)로 재순환되고, 이 흐름의 다른 부분은 오프가스(22)로서 루프로부터 퍼지된다.
파워 제너레이터(30)는 메탄올 합성 유닛(20'')로부터 오프가스 스트림(22)을 수용하고(이 실시형태에서는 오프가스 스트림의 전체) 제2 전기 흐름(31')을 생성하도록 배치된다. 제2 전기 흐름(31')은 파워 제너레이터(30)로부터 전기 공급 유닛(60)에 제공된다. 또한, 외부 전기 흐름(40)이 전기 공급 유닛(60)에 제공된다. 다음에, 전기 공급 유닛(60)은 제1 전기 흐름(31)을 e-SMR 반응기(10)에 제공한다.
실시예 1
실시예 1은 주로 CH4와 CO2의 주어진 공급원료(1)로 작동하는 메탄올 플랜트를 예시한다. 이것은 공-반응물 스트림(2)인 스팀과 혼합된 다음 e-SMR에서 개질되어 합성 가스 생성물이 생성된다. 90%의 에너지 효율에서 작동할 때 e-SMR은 주어진 예에서 제1 전기 흐름(31)으로 2790 kW를 사용한다. 합성 가스는 업그레이드 섹션을 거치며, 이것은 온도 제어 및 e-SMR(10)의 합성 가스로부터 응축물 제거 단계를 포함한다. 업그레이드 섹션에서 합성 가스는 압축되고 재순환 스트림과 혼합된 후, 메탄올 반응기에서 반응하여 메탄올을 생성한다. 이 스트림으로부터 액체 메탄올이 응축되고, 잔류 가스는 메탄올 반응기로의 재순환 스트림을 구성하는 압축기로 보내지는 하나의 스트림으로 나눠진다. 잔류 스트림은 오프가스 스트림을 구성하며, 이것은 파워 제너레이터(30)로 전달되어 제2 전기 흐름(31')을 생성한다. 이 경우, 오프가스는 3482 kcal/Nm3의 LHV 값을 가진다. 48%의 전기 전환 효율을 갖는 파워 제너레이터를 사용하면 제2 전기 흐름(31')의 크기는 1088 kW이 될 것이다. 작동 동안 추가로 1702 kW의 외부 전기 흐름(40)이 e-SMR에 제공된다.
Figure pct00001
Figure pct00002
실시예 2
다른 예에서, 실시예 1에 제시된 것과 동일한 플랜트 및 공정이 동일한 공급원료 흐름 및 유사한 e-SMR 작동하에 관찰된다. 그러나, 이 경우 플랜트는 이용가능한 외부 전기 흐름(40)이 더 적은 제2 플랜트 작동 모드 B로 전환되었다. 이것은 표 2에 요약된다. 이 경우, 재순환과 오프가스 사이의 비가 전환되고, 실시예 1의 20% 대신 이제 가스의 60%가 파워 제너레이터(30)로 보내진다. 결과적으로 오프가스 스트림 측이 증가한다. 3090 kcal/Nm3의 가열값 및 48%의 동일한 전기 전환 효율에서 이것은 1553 kW를 생성한다. 이제 작동 동안 외부 전기 흐름(40)은 1237 kW로 23% 감소했다.
Figure pct00003
Figure pct00004
실시예 3
다른 예에서, 실시예 1에 제시된 것과 동일한 플랜트 및 공정이 동일한 공급원료 흐름 및 유사한 e-SMR 작동하에 관찰된다. 그러나, 이 경우 플랜트는 이용가능한 외부 전기 흐름(40)이 더 적은 다른 플랜트 작동 모드 B로 전환되었다. 이것은 표 3에 요약된다. 이 경우, 플랜트로의 탄화수소 공급원료는 원료(1)와 연료 가스로 나눠지며, 각각 실시예 1에서 사용된 것과 같은 전체 공급원료의 73%와 27%를 구성한다. 플랜트에 대한 감소된 로드하에 90%의 에너지 효율에서 작동하는 경우, e-SMR은 주어진 예에서 제1 전기 흐름(31)으로 2037 kW를 사용한다. 또한, 재순환과 오프가스 사이의 비가 전환되고, 실시예 1의 20% 대신 이제 가스의 60%가 파워 제너레이터(30)로 보내진다. 결과적으로, 실시예 1과 비교하여 오프가스 스트림의 크기가 증가한다. 연료 가스는 6388 kcal/Nm3의 가열값을 갖고, 오프가스는 3090 kcal/Nm3의 가열값을 가지며, 48%의 동일한 전기 전환 효율을 사용하면, 이것은 합쳐서 2111 kW를 생성한다. 결과적으로, 제1 전기 흐름은 연료 스트림으로부터의 전기 생성에 의해 충분히 커버된다.
Figure pct00005
Figure pct00006

Claims (31)

  1. - 탄화수소를 포함하는 제1 원료(1),
    - 하나 이상의 공-반응물 원료(2),
    - 전기 스팀 메탄 개질(e-SMR) 반응기(10)로서, 제1 전기 흐름(31)에 의해 가열되도록 배치되고, 탄화수소를 포함하는 상기 제1 원료(1)의 적어도 일부 및 상기 하나 이상의 공-반응물 원료(2)의 적어도 일부를 수용하고 제1 합성가스 스트림(11)을 생성하도록 배치된 e-SMR 반응기(10),
    - 합성가스 스트림(11, 13a)을 수용하고 상기 합성가스 스트림(11, 13a)으로부터 적어도 제1 생성물 스트림(21) 및 오프가스 스트림(22)을 생성하도록 배치된 업그레이드 섹션(20),
    - 업그레이드 섹션(20)으로부터 적어도 상기 오프가스 스트림(22)의 일부 및/또는 상기 제1 원료(1)의 일부 및/또는 상기 제1 생성물 스트림(21)의 일부를 수용하고 제2 전기 흐름(31')을 생성하도록 배치된 파워 제너레이터(30)
    를 포함하는 플랜트(100)로서, 상기 제2 전기 흐름(31')의 적어도 일부는 제1 전기 흐름(31)의 적어도 일부를 e-SMR 반응기(10)에 제공하도록 배치된 플랜트.
  2. 제 1 항에 있어서, 제1 전기 흐름(31)의 일부를 e-SMR 반응기(10)에 제공하도록 배치된 외부 전기 흐름(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 외부 전기 흐름(40)을 제공하기 위해 재생 전기 공급원이 배치되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  4. 제 1 항에 있어서, 제2 전기 흐름(31')은 e-SMR 반응기(10)를 가열하는데 필요한 전체 제1 전기 흐름(31)을 구성하는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 파워 제너레이터에 의해 생성된 제2 전기 흐름(31')은 제1 전기 흐름(31)보다 큰 것을 특징으로 하는 플랜트.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 파워 제너레이터(30)는 적어도 상기 오프가스 스트림(22)의 일부 및 상기 제1 원료(1)의 일부를 수용하고 제2 전기 흐름(31')을 생성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플랜트(100)는 상기 e-SMR 반응기(10)의 하류에 배치된 적어도 하나의 수성 가스 이동(WGS) 반응기(13)를 더 포함하며, 적어도 하나의 WGS 반응기(13)는 e-SMR 반응기(10)로부터 제1 합성가스 스트림(11)의 적어도 일부를 수용하고 상기 제1 합성가스 스트림(11)으로부터 제2 합성가스 스트림(13a)을 생성하도록 배치되며, 상기 제2 합성가스 스트림(13a)의 적어도 일부는 상기 업그레이드 섹션(20)에 공급되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플랜트(100)는 상기 e-SMR 반응기(10)와 상기 업그레이드 섹션(20) 사이에 배치된 하나 이상의 가스 컨디셔닝 유닛을 더 포함하며, 상기 하나 이상의 가스 컨디셔닝 유닛은 플래시 분리 유닛, CO2 제거 섹션, 메탄화장치, 또는 이러한 유닛들의 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, e-SMR 반응기(10)에 공급되기 전에 공-반응물 원료(2) 중 하나 이상과 함께 탄화수소의 제1 원료(1)를 전처리하도록 배치된 e-SMR 반응기(10) 상류의 전처리 섹션(50)을 포함하며, 상기 전처리 섹션(50)은 가스 조정 유닛, 가열 유닛, 수소화탈황(HDS) 유닛 및 예비개질 유닛으로부터 선택된 하나 이상의 전처리 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  10. 제 9 항에 있어서, 업그레이드 섹션(20)으로부터의 오프가스 스트림(22)의 일부(22a)는 전처리 섹션(50)으로 되돌아가서 상기 가열 유닛을 위한 연료로 사용되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 탄화수소를 포함하는 제1 원료(1) 및 상기 하나 이상의 공-반응물 원료(2)의 적어도 일부는 혼합되도록 배치되며, e-SMR 반응기(10)는 탄화수소를 포함하는 제1 원료(1)와 하나 이상의 공-반응물 원료(2)의 혼합된 원료를 수용하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 공-반응물 원료(2)는 스팀 원료, 수소 원료, 또는 CO2 원료로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 파워 제너레이터(30)로부터의 제2 전기 흐름(31'), 및 선택적으로 외부 전기 흐름(40)을 수용하고, 제1 전기 흐름(31)을 e-SMR 반응기(10)에 제공하도록 배치된 전기 공급 유닛(60)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 업그레이드 섹션(20)은 수소 정제 섹션, 메탄올 합성 섹션, CO 콜드 박스, 암모니아 루프, 또는 피셔-트로프슈 섹션인 것을 특징으로 하는 플랜트.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 업그레이드 섹션(20)은 수소 정제 섹션이고,
    - 제1 생성물 스트림(21)은 수소-부화 스트림이고, 및
    - 오프가스 스트림(22)은 수소 정제 섹션으로부터의 오프가스 스트림
    인 것을 특징으로 하는 플랜트.
  16. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 업그레이드 섹션(20)은 메탄올 합성 섹션이고,
    - 제1 생성물 스트림(21)은 메탄올-부화 스트림이고, 및
    - 오프가스 스트림(22)은 메탄올 합성 섹션으로부터의 오프가스 스트림
    인 것을 특징으로 하는 플랜트.
  17. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 업그레이드 섹션(20)은 CO 콜드 박스이고,
    - 업그레이드 섹션(20)은 합성가스 스트림(11, 13a)을 수용하고, CO 콜드 박스로부터 실질적으로 순수한 CO 스트림인 제1 생성물 스트림(21), 실질적으로 순수한 H2 스트림인 제2 생성물 스트림(21a) 및 오프가스 스트림(22)을 생성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  18. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 업그레이드 섹션(20)은 암모니아 루프이고,
    - 제1 생성물 스트림(21)은 실질적으로 순수한 암모니아 스트림이고, 및
    - 오프가스 스트림(22)은 암모니아 루프로부터의 오프가스 스트림
    인 것을 특징으로 하는 플랜트.
  19. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 업그레이드 섹션(20)은 피셔-트로프슈 섹션이고,
    - 생성물 스트림(21)은 고급 탄화수소의 스트림이고, 및
    - 오프가스 스트림(22)은 피셔-트로프슈 섹션으로부터의 오프가스 스트림
    인 것을 특징으로 하는 플랜트.
  20. 탄화수소를 포함하는 제1 원료(1)로부터 생성물 스트림(21)을 제공하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    - 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 플랜트를 제공하는 단계,
    - 탄화수소를 포함하는 제1 원료(1)의 적어도 일부 및 하나 이상의 공-반응물 원료(2)를 전기 스팀 메탄 개질(e-SMR) 반응기(10)에 공급하고, 상기 e-SMR 반응기(10)를 제1 전기 흐름(31)에 의해 가열하여 상기 제1 원료(1)로부터 합성가스 스트림(11)을 생성하는 단계,
    - 합성가스 스트림(11, 13a)을 업그레이드 섹션(20)에 공급하고, 상기 합성가스 스트림(11, 13a)으로부터 적어도 생성물 스트림(21) 및 오프가스 스트림(22)을 생성하는 단계,
    - 업그레이드 섹션(20)으로부터의 적어도 상기 오프가스 스트림(22)의 일부 및/또는 상기 제1 생성물 스트림(21)의 일부 및/또는 상기 제1 원료(1)의 일부를 파워 제너레이터(30)에 공급하고, 제2 전기 흐름(31')을 생성하는 단계,
    - 상기 제2 전기 흐름(31')의 적어도 일부를 제1 전기 흐름(31)의 적어도 일부로서 e-SMR 반응기(10)에 공급하는 단계
    를 포함하는 방법.
  21. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 플랜트를 작동시키는 방법으로서, 여기서
    - 제1 플랜트 작동 모드 A에서, e-SMR 반응기(10)로의 제1 전기 흐름(31)은 제2 전기 흐름(31')의 제1 비율(A1) 및 외부 전기 흐름의 제1 비율(A2)을 포함하고;
    - 제2 플랜트 작동 모드 B에서, e-SMR 반응기(10)로의 제1 전기 흐름(31)은 제2 전기 흐름(31')의 제2 비율(B1) 및 외부 전기 흐름의 제2 비율(B2)을 포함하고;
    - 제1 플랜트 작동 모드 A에서 제2 전기 흐름(31')의 제1 비율(A1)은 제2 플랜트 작동 모드 B에서 제2 전기 흐름(31')의 제2 비율(B1)보다 작고; 및
    - 제1 플랜트 작동 모드 A에서 외부 전기 흐름의 제1 비율(A2)은 제2 플랜트 작동 모드 B에서 외부 전기 흐름의 제2 비율(B2)보다 크며;
    상기 방법은 플랜트 작동 모드 A에서 플랜트 작동 모드 B로 또는 반대로 전환하는 단계를 포함하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 제2 플랜트 작동 모드 B에서 제1 전기 흐름(31)은 제1 플랜트 작동 모드 A에서 제1 전기 흐름(31)보다 낮은 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서, 제1 플랜트 작동 모드 A에서, 제1 전기 흐름(31) 중 제2 전기 흐름(31')의 제1 비율(A1)은 50% 이하, 30% 이하, 10% 이하, 또는 0%인 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 21 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 플랜트 작동 모드 B에서, 제1 전기 흐름(31) 중 제2 전기 흐름(31')의 제2 비율(B1)은 75% 이상, 80% 이상, 90% 이상, 또는 100%인 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 21 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 플랜트 작동 모드 B에서, e-SMR 반응기(10)로의 제1 전기 흐름(31)은 제2 전기 흐름(31')으로 구성되며; 외부 전기 흐름의 제2 비율(B2)은 0인 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 21 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 플랜트 작동 모드 A에서 플랜트 작동 모드 B로 전환하는 단계는 적어도 부분적으로 업그레이드 섹션(20)에서 오프가스 생산을 증가시킴으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 21 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 플랜트 작동 모드 A에서 플랜트 작동 모드 B로 전환하는 단계는 적어도 부분적으로 상기 제1 원료(1)의 일부를 상기 파워 제너레이터(30)에 직접 공급함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 21 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 플랜트 작동 모드 A에서 플랜트 작동 모드 B로 전환하는 단계는 적어도 부분적으로 상기 제1 전기 흐름을 감소시킴으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 21 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 전기 흐름은 재생 전기 공급원으로부터 제공되며, 플랜트 작동 모드 A에서 플랜트 작동 모드 B로 전환하는 상기 단계는 상기 재생 전기 공급원으로부터 이용가능한 외부 전기 흐름이 정해진 레벨 아래로 떨어졌을 때 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 21 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 전기 흐름은 재생 전기 공급원으로부터 제공되며, 플랜트 작동 모드 B에서 플랜트 작동 모드 A로 전환하는 상기 단계는 상기 재생 전기 공급원으로부터 이용가능한 외부 전기 흐름이 정해진 레벨 이상으로 상승했을 때 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 21 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 작동 모드 A와 B 사이의 상기 전환 또는 반대의 전환은 선행 전환 후 2시간의 시간 기간 이내에, 더 바람직하게 1시간 이내에, 및 가장 바람직하게 0.5시간 이내에 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020237004763A 2020-08-21 2021-08-19 전열 개질 플랜트에서 오프가스 활용 KR20230053593A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20192075.8 2020-08-21
EP20192075 2020-08-21
PCT/EP2021/073057 WO2022038230A1 (en) 2020-08-21 2021-08-19 Off-gas utilization in electrically heated reforming plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230053593A true KR20230053593A (ko) 2023-04-21

Family

ID=72193286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237004763A KR20230053593A (ko) 2020-08-21 2021-08-19 전열 개질 플랜트에서 오프가스 활용

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20230330620A1 (ko)
EP (1) EP4200251A1 (ko)
KR (1) KR20230053593A (ko)
CN (1) CN115956061A (ko)
AU (1) AU2021327166A1 (ko)
CA (1) CA3186898A1 (ko)
CL (1) CL2023000350A1 (ko)
WO (1) WO2022038230A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023242360A1 (en) * 2022-06-17 2023-12-21 Topsoe A/S Combination of methanol loop and biogas producing unit

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0405786D0 (en) * 2004-03-16 2004-04-21 Accentus Plc Processing natural gas to form longer-chain hydrocarbons
US8375725B2 (en) * 2008-03-14 2013-02-19 Phillips 66 Company Integrated pressurized steam hydrocarbon reformer and combined cycle process
US8901178B2 (en) * 2010-02-02 2014-12-02 Gas Technology Institute Co-production of fuels, chemicals and electric power using turbochargers
US20160060537A1 (en) * 2011-05-04 2016-03-03 Ztek Corporation Renewable energy storage and zero emission power system
EA202092761A1 (ru) 2018-05-31 2021-04-23 Хальдор Топсёэ А/С Эндотермические реакции с нагревом сопротивлением
EP3801900A1 (en) 2018-05-31 2021-04-14 Haldor Topsøe A/S Catalyst and system for methane steam reforming by resistance heating; said catalyst's preparation
US20220119328A1 (en) * 2019-01-15 2022-04-21 Sabic Global Technologies B.V. Use of renewable energy in methanol synthesis

Also Published As

Publication number Publication date
CL2023000350A1 (es) 2023-09-29
CN115956061A (zh) 2023-04-11
AU2021327166A1 (en) 2023-02-23
WO2022038230A1 (en) 2022-02-24
US20230330620A1 (en) 2023-10-19
CA3186898A1 (en) 2022-02-24
EP4200251A1 (en) 2023-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA3127978A1 (en) Chemical synthesis plant
KR20210086015A (ko) 블루수소 생산공정 및 시스템
US20230356177A1 (en) Conversion of co2 and h2 to synfuels
US20220081291A1 (en) Parallel reforming in chemical plant
CN104937078A (zh) 用于液体燃料生产的混合装置以及当所述混合装置中的气化单元在小于它的设计生产能力下运行或不运行时运行所述混合装置的方法
CN104254942A (zh) 用于燃料电池的可调节气体组合物的制造方法
WO2022100899A1 (en) A process for producing a hydrogen-comprising product gas from a hydrocarbon
CN113474282A (zh) 通过蒸汽甲烷重整来生产合成气
JP5000412B2 (ja) 固体酸化物形燃料電池システムの運転温度制御法
US20230339747A1 (en) Syngas stage for chemical synthesis plant
KR20210151776A (ko) 화학 합성 플랜트
KR20230053593A (ko) 전열 개질 플랜트에서 오프가스 활용
EP3399580B1 (en) Fuel cell system and method for operating a fuel cell system
US20240025818A1 (en) Synthesis gas production from co2 and steam for synthesis of fuels
Gaudernack Hydrogen Production from Fossil Fuels: A Review
Gallucci et al. Conventional Processes for Hydrogen Production
TW202319334A (zh) 氫製造結合co2捕捉的方法
WO2023139258A1 (en) Conversion of co2 and h2 to syngas
WO2023187147A1 (en) Conversion of carbon dioxide to gasoline using e-smr
AU2022286649A1 (en) Heat exchange reactor for co2 shift
WO2023247316A1 (en) Conversion of carbon oxides to sustainable aviation fuel (saf)
WO2023174861A1 (en) Conversion of methanol to a hydrocarbon product stream
WO2024094818A1 (en) Conversion of unsaturated hydrocarbon containing off-gases for more efficient hydrocarbon production plant
WO2024110379A1 (en) Conversion of h2 and off-gas containing co2 to synfuels
Salemme et al. Energy efficiency of Fuel Processor–PEM Fuel Cell systems