KR20240012459A - 합성 가스의 생성 및 공정 응축수의 발생을 위한 방법 및 플랜트 - Google Patents
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Abstract
제1 및 제2 시프트 전환 유닛을 더 포함하는, 스팀 개질 유닛에서 탄화수소 공급원료의 촉매 스팀 개질에 의해 합성 가스를 생성하는 방법 및 플랜트로서, 물이 공정 응축수로서 합성 가스로부터 제거되고, 보일러 급수가 공정에 도입되며, 상기 방법 또는 플랜트는 적어도 2개의 분리된 스팀 스트림, 즉 합성 가스의 냉각에 의해 상기 보일러 급수의 적어도 일부로부터 생성된 순수 스팀, 및 선택적으로 순수 스팀 및/또는 스팀 개질 유닛으로부터의 연도 가스와 함께, 합성 가스를 사용하여 공정 응축수 보일러(PC 보일러)에서 공정 응축수의 적어도 일부를 증발시킴으로써 생성된 공정 스팀을 생성한다. 공정 스팀, 및 PC 보일러로부터의 것을 제외한 순수 스팀이 제1 시프트 전환 유닛에, 선택적으로 또한 제2 시프트 전환 유닛에 첨가된다.
Description
본 발명은 공정 또는 플랜트에서 내부적으로 소비될 수 있는, 공정 동안 형성된 공정 응축수로부터 기원하는 공정 스팀, 뿐만 아니라 합성 가스의 냉각에 의해 보일러 급수로부터 생성되는 배출 스팀인 순수 스팀이 생성되는, 합성 가스 및/또는 수소 생성물의 생성을 위한 방법 및 플랜트에 관한 것이다. 이러한 방법/플랜트는 스팀 개질 유닛과 제1 및 제2 시프트 전환(shift conversion) 유닛을 포함하며, 공정 스팀 및 순수 스팀이 제1 시프트 전환 유닛에, 선택적으로 또한 제2 시프트 전환 유닛에 첨가된다. 공정 스팀 및 순수 스팀은 적합하게 혼합되어 제1 시프트에 첨가되며, 이로써 제1 시프트 전환 유닛으로 들어가는 가스의 스팀/건조 가스 몰비를 조정한다.
합성 가스, 즉 수소와 일산화탄소가 풍부한 가스를 생성하는 공정 및 플랜트에서, 합성 가스는 수소와 같은 가치있는 중간체나 최종 생성물의 생성에도 사용될 수 있다. 합성 가스는 통상 소위 말하는 촉매 스팀 메탄 개질 및/또는 자열 개질에 의해 생성된다. 스팀 메탄 개질의 결과로서, 합성 가스는 물을 함유하며, 이것은 일반적으로 제거되어야 한다. 물의 제거는 통상 분리기에서 수행되며, 공정 응축수(PC) 스트림과 물 고갈 합성 가스 스트림이 생성된다. 또한, 공정의 일부로서 보일러 급수(BFW)가 소위 말하는 BFW 예열 유닛에서 생성된 합성 가스를 간접적으로 냉각하는데 사용된다.
이로써, BFW는 순수 스팀이라고 칭해지는 포화 스팀으로 변화된다. 이러한 순수 스팀은 통상 이산화탄소, 메탄올, 암모니아 및 아세트산과 같은 공정 동안 발생한 불순물, 즉 오염물질을 함유하지 않으므로 일반적으로 높은 증기 품질이 요구되는 배출 스팀으로 사용하기에 적합하다. 한편, 이러한 오염물질은 비록 소량이지만 공정 응축수에 존재하므로, 이 스트림으로부터 생성된 스팀은 배출 스팀으로 사용하기에 부적합하다.
일반적으로, 공정 응축수는 PC 스트리퍼에서 스팀으로 스트리핑된다. 스트리핑된 공정 응축수는 BFW와 혼합되어 스팀 생성 및 배출 스팀으로 사용된다. 스트리핑된 공정 응축수는 여전히 소량의 불순물을 함유하며, 이것은 생성된 순수 증기를 오염시킬 수 있다.
US 2005/0288381 A1은 스팀 개질 시스템으로부터의 공정 스트림 응축수를 재순환하는 방법을 개시한다. 공정 스팀은 별도의 스팀 생성 시스템에서 생성된 순수 스팀의 일부와의 열교환에 의해 PC 보일러에서 생성된다. 다음에, 공정 스팀과 순수 스팀의 나머지 부분이 조합되어 스팀 개질 원료인 탄화수소/스팀 스트림을 형성하는데 사용된다.
EP 3235785 A1은 생성된 순수 스팀의 일부를 사용하여 공정 응축수를 증발시킴으로써 공정 스팀을 형성하는 과정을 개시한다. 순수 스팀의 생성을 위해 스팀 개질 과정으로부터의 합성 가스와 연도 가스가 사용된다.
EP 3235784 A1은 EP 3235785 A1과 유사하며, 열교환 매체로 순수 스팀을 사용하여 공정 응축수를 증발시켜 공정 스팀을 생성하는 과정을 개시한다.
GB 2006814 A는 순환 가열 유닛을 통과하는 공정 응축수에 의해 공정 스팀이 생성되는 과정을 개시하며, 순수 스팀이 열교환 매체로 사용된다.
US 9556026은 직렬 배치된 열교환기 유닛들에서 물 응축수의 합성 가스와의 열교환을 수행하고, 이어서 예열된 물 응축수를 스팀 드럼을 통과시켜 공정 스팀을 제조하는 것에 의해 공정 스팀이 생성되는 과정을 개시하며, 스팀 메탄 개질기로부터의 연도 가스가 열교환 매체로 사용된다.
US 10919761은 스팀 개질로부터의 합성 가스(미정제 합성 가스)가 다단계 수성 가스 시프트 스테이지에서 수소 부화 가스 혼합물로 전환되는 과정을 개시한다. 신선한 스팀이 수성 가스 시프트의 반응 파트너로서 미정제 합성 가스에 첨가되고, 전환된 합성 가스의 냉각에 의해 충분한 응축수가 생성된다.
출원인의 WO 201818162576은 공정 응축수가 스트립 스팀 스트림으로 스트리핑되고, 이후 제1 시프트 전환 유닛으로 재순환되는 과정을 개시한다.
EP 3138810 A1은 상기 US 95566026 B1과 유사하다. 둘 다 스팀 메탄 개질기(SMR)에서 촉매 스팀 개질에 의해 합성 가스를 생성하는 방법을 개시한다. 이들 인용문헌에 따르면, 2개의 상이한 스팀 라인이 존재하는데, SMR 하류의 시프트 유닛으로부터의 합성 가스에 의해 몇 개의 열교환기를 통해 냉각되는 공정 응축수로부터의 공정 스팀 라인(여기서 공정 스팀은 공정 스팀 드럼에서 종료한다)과 몇 개의 열교환기를 통과한 보일러 급수(BFW)로부터, 또한 시프트 유닛으로부터의 합성 가스의 냉각에 의해 생성되는 별도의 "순수" 스팀 라인(여기서 "순수" 스팀은 별도의 "순수" 스팀 드럼에서 종료한다)이다. 공정 스팀 드럼과 순수 스팀 드럼으로부터의 조합된 스팀이 SMR로의 탄화수소 원료와 혼합된다. 이들 인용문헌은 공정 응축수 스트리퍼(PC 스트리퍼)의 사용을 배제하는 것을 추구한다. 이들 인용문헌은 공정 스팀에 존재하는 메탄올과 같은 불순물 문제를 다루지 않고, 시프트 유닛으로부터의 합성 가스의 냉각 및 BFW의 증발을 위한 공통 PC 보일러의 제공이나 시프트 유닛에 공정 스팀과 순수 스팀을 첨가하는 것에 대해서도 언급하지 않는다. 이들 인용문헌 중 어느 것도 이러한 특징의 제공을 암시하지 않으며, SMR을 사용하여 작동할 때 하류에 스팀을 첨가할 필요가 없다는 것을 고려하면 더욱 그러하다.
본 발명의 목적은 공정 동안 형성된 공정 응축수 스트림의 불순물로 보일러 급수로부터 생성된 스팀 배출에 사용되는 순수 스팀이 오염되는 것을 방지하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 수성 가스 시프트를 위한 충분한 스팀을 제공하면서 동시에 BFW로부터 생성된 순수 스팀을 수송하는 시스템을 공정 응축수, 특히 증발된 공정 응축수를 수송하는 시스템으로부터 분리하여 유지하는 것이며, 공정 응축수는 메탄올과 같은 불순물을 함유하고, 이것은 순수 스팀이 보내지는 플랜트의 일부 유닛에서 바람직하지 않기 때문이다.
본 발명의 추가의 목적은 제1 시프트 전환 유닛으로 들어가는 가스, 즉 제1 시프트 전환 유닛 입구 합성 가스의 스팀/건조 가스 몰비를 최적으로 제어 또는 조정하는 것을 가능하게 하는 것이다.
이들 및 다른 목적은 본 발명에 의해 해결된다.
따라서, 본 발명의 제1 양태에서, 스팀 개질 유닛에서 탄화수소 공급원료의 촉매 스팀 개질에 의해 합성 가스를 생성하는 방법이 제공되며, 상기 개질 유닛은 선택적으로 연도 가스를 생성하고, 여기서 물이 공정 응축수로서 합성 가스로부터 제거되며, 보일러 급수가 공정에 도입되고, 상기 방법은 적어도 2개의 분리된 스팀 스트림, 즉 i) 합성 가스의 냉각에 의해 상기 보일러 급수(BFW)의 적어도 일부로부터 생성된 순수 스팀 스트림, 및 ii) 합성 가스의 냉각에 의해 공정 응축수의 적어도 일부를 증발시킴으로써 생성된 공정 스팀 스트림을 생성하며,
단계 ii)는 공정 응축수 보일러(PC 보일러)에서 수행되고;
상기 스팀 개질 유닛은 미정제 합성 가스를 생성하며, 상기 합성 가스는 상기 미정제 합성 가스가 하나 이상의 수성 가스 시프트 전환 유닛의 사용을 포함하는 촉매 수성 가스 시프트(WGS) 전환 스테이지를 통과함으로써 생성된 공정 가스이고;
상기 하나 이상의 수성 가스 시프트 전환 유닛은 고온 또는 중온 시프트 전환 유닛(HT 또는 MT-시프트 유닛)과 같은 제1 시프트 전환 유닛 및 중온 또는 저온 시프트 전환 유닛(MT 또는 LT-시프트 유닛)과 같은 후속 제2 시프트 전환 유닛, 및 선택적으로 저온 시프트 전환 유닛(LT-시프트 유닛)과 같은 제3 시프트 전환 유닛을 포함하고, 단계 ii)에서 합성 가스의 상기 냉각은 상기 제1 또는 제2 시프트 전환 유닛, 예를 들어 상기 HT 또는 MT-시프트 유닛을 빠져나오는 합성 가스 스트림의 냉각이며;
공정 스팀 스트림의 적어도 일부와 상기 순수 스팀 스트림의 적어도 일부가 상기 제1 시프트 전환 유닛에, 예를 들어 미정제 합성 가스를 첨가함으로써 첨가되고;
단계 i)에서 상기 보일러 급수(BFW)의 적어도 일부로부터 생성된 상기 순수 스팀 스트림은:
i-1) 상기 미정제 합성 가스가 촉매 수성 가스 시프트(WGS) 전환 스테이지를 통과하기 전에 하나 이상의 열교환기 또는 보일러에서, 예컨대 BFW 예열 유닛 및 폐열 보일러(WHB)에서 합성 가스의 냉각에 의해 적어도 부분적으로 생성된 순수 스팀, 및/또는
i-2) 하나 이상의 열교환기 및 보일러에서, 예컨대 BFW 예열 유닛 및 폐열 보일러(WHB)에서 상기 연도 가스의 냉각에 의해, 예를 들어 단계 ii)에서, 즉 상기 PC 보일러에서 상기 합성 가스의 냉각에 의해 생성된 순수 스팀
을 포함한다.
본 발명에 의해, 첨부한 도면에 예시된 대로, 단일 또는 공통 PC 보일러가 시프트 유닛으로부터의 합성 가스의 냉각 및 BFW의 증발을 위해 제공될 수 있고, 또한 시프트 유닛에는 공정 스팀과 순수 스팀이 첨가된다.
본 발명의 제1 양태에 따른 한 실시형태에서, 단계 i-1) 및/또는 i-2)에서, 상기 순수 스팀 스트림은 상기 PC 보일러와 같은 제1 시프트 전환 유닛으로부터의 합성 가스를 냉각하는 보일러를 제외한 하나 이상의 보일러에서 생성된 순수 스팀으로 구성된다. 따라서, 합성 가스의 냉각에 의해 상기 보일러 급수(BFW)의 적어도 일부로부터 생성된 순수 스팀 스트림은 공정 스팀 스트림을 생성하는데 사용된 후의 순수 스팀, 즉 상기 PC 보일러를 통과한 후의 순수 스팀을 포함하지 않는다.
상기 PC 보일러에 사용된 후, 즉 BFW가 비등된 후의 순수 스팀은 시프트 유닛(들)에 첨가되는 순수 스팀의 일부가 될 수 있지만, PC 보일러로부터의 이러한 순수 스팀을 포함시키지 않고, 대신 그것을 수집하여 회수하는 것이 때로 바람직할 수 있다.
여기서, 단계 ii)의 PC 보일러를 제외한 공정/플랜트에서 생성된 공정 스팀 및 순수 스팀이 제1 시프트 전환 유닛에 첨가된다. 이로써, 선행기술과 비교하여 WGS 전환에 필요한 스팀의 양을 증가시키고, 동시에 플랜트 유연성, 제어성 및 용량을 증가시키는 것이 가능하다는 것이 밝혀졌다.
더 일반적으로, 선택적으로 제1 및 제2 시프트 전환 유닛 사이의 PC 보일러로부터의 순수 스팀을 포함하는, BFW 예열 유닛 및 폐열 보일러로부터의 순수 스팀은 상기 폐열 보일러에서 생성된 순수 스팀을 수송하고 또한 상기 공정 스팀 스트림의 생성 동안 사용된 상기 순수 스팀 스트림을 수송하도록 구성된 그리드, 즉 파이프 네트워크를 포함하는 공통 스팀 시스템으로 보내진다. 또한, 파이프 네트워크는 적합하게 순수한 스트림을 수집하기 위한 응축수 포트 및/또는 응축수 드럼을 포함한다.
그리드로부터 그 안에 함유된 순수 스팀의 일부가 제1 시프트 전환 유닛, 및 선택적으로 또한 제2 시프트 전환 유닛으로 전달될 수 있다. 공정 응축수는 메탄올과 같은 불순물을 함유하기 때문에 그리드는 증발된 공정 응축수, 즉 공정 스팀을 수송하는 시스템과 별도로 유지되며, 이러한 불순물은 그리드 스팀 시스템 유래 스팀이 보내지는 플랜트의 일부 유닛에 바람직하지 않다. 메탄올, 메틸 포르미에이트 또는 아민, 예를 들어 MMA, DMA, TMA와 같은 불순물은 수성 가스 시프트 촉매와의 접촉시 제거된다. 순수 스팀과 공정 스팀은 제1 및 선택적으로 제2 시프트 전환 유닛, 및/또는 촉매 개질 단계에 함께 첨가될 때를 제외하면 조합되지 않는다.
본 발명의 제1 양태에 따른 한 실시형태에서, 공정 스팀 스트림의 적어도 일부와 순수 스팀 스트림의 적어도 일부는 상기 제2 시프트 전환 유닛에 첨가된다. 이것의 관련된 이익은 스팀이 WGS 전환 스테이지의 다양한 지점에서 첨가됨에 따라 공정 및 플랜트의 유연성이 증가한다는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따른 한 실시형태에서, 공정 스팀 스트림과 순수 스팀 스트림은, 예를 들어 상기 제1 시프트 전환 유닛, 선택적으로 상기 제2 시프트 전환 유닛에 첨가되기 전에 스트림들을 조합함으로써 함께 첨가된다. 이것의 관련된 이익은 배관 설계를 자유롭게 최적화할 수 있다는 것이다.
여기서, 본 발명은:
- 순수 스팀과 혼합된 증발된 공정 응축수, 즉 공정 스팀의 적어도 일부의 첨가에 의해 제1 시프트 전환 유닛의 입구에서, 즉 제1 시프트 전환 유닛으로 들어가는 미정제 합성 가스의 스팀/건조 가스 비의 조정;
- 제1 시프트 전환 유닛의 출구에서 합성 가스 냉각 및 순수 스팀 응축에 의해 PC 보일러에서 공정 응축수의 증발
을 포함한다.
순수 스팀은 제1 시프트 전환 유닛 입구의 합성 가스에서 최적 스팀/건조 가스 몰비를 제어하는데 사용된다.
최적 스팀/건조 가스 몰비는 0.3 내지 0.8이다. 실제 비율은 필요한 CO 전환율 및 필요한 전체 에너지 소비에 따른다.
제1 시프트 전환 유닛으로부터 빠져나오는 가스의 냉각에 의해 스팀을 생성하는 것이 산업상 잘 알려져 있다. 이 스팀은 보통 공통 스팀 시스템에 혼합되며, 전체 스팀 생성의 35% 미만을 구성한다. 공통 스팀 시스템은 공정/플랜트에 필요한 스팀을 공급한다. 스팀은 외부 공급원으로부터 유입될 수 있거나 또는 외부 공급원으로 배출될 수 있고, 이때 스팀 품질은 합의된 표준에 따라야 한다.
공정/플랜트에 첨가된 스팀의 일부는 결국 응축되어 공정 응축수 스트림을 형성할 것이다. 원수 취수량을 감소시키고 폐수를 최소화하기 위해 공정 응축수가 스팀 생성을 위해 공급되는 액체 물로서 재사용된다. 그러나, 공정 응축수로부터 생성된 스팀은 합의된 표준에 따른 품질을 갖지 않으므로 배출될 수 없지만, 공정에는 첨가될 수 있다. 따라서, 보일러 급수로부터 생성된 순수 스팀으로부터 공정 응축수로부터 생성된 스팀을 분리하는 것이 중요하다. 이러한 분리는 순수 스팀을 포함하는 공통 스팀 시스템에 공정 응축수로부터 생성된 스팀, 즉 공정 스팀을 혼합하지 않음으로써 확보된다.
스팀은 탄화수소의 촉매 스팀 개질에서 또는 시프트 반응 CO + H2O -> CO2 + H2의 일부로서 공정 중 소비된다. 이것은 증발한 공정 응축수로부터의 스팀, 즉 공정 스팀이 주어진 공정 혼합 지점에 모든 필요한 스팀을 공급할 수 없다는 것을 의미한다. 촉매 스팀 개질 단계에 첨가된 스팀의 일부는 개질 반응 CH4 + H2O -> CO + 3 H2에 사용될 것이며, 따라서 예를 들어 촉매 스팀 개질 전 공정 혼합 지점에서 몰 공정 응축수 유량이 몰 스팀 유량보다 적어진다. 촉매 스팀 개질 단계에 첨가된 스팀이 매우 적은 경우, 예를 들어 미정제 합성 가스를 생성하는 스팀 개질 유닛이 자열 개질기 단독 또는 SMR과 조합된 자열 개질기일 때, 미정제 합성 가스에, 즉 제1 시프트 전환 유닛 전에 더 많은 스팀을 첨가하는 것은 필수적이다. 이러한 경우, 추가 혼합 지점에서 필요한 최적 몰 스팀 유량은 결과의 몰 공정 응축수 유량보다 커질 것이다.
상기 설명된 대로, 스팀 생성을 위해 공정 응축수를 재사용하는 잘 알려진 방법은 공정 응축수를 공정 응축수 스트리퍼로 보내는 것이며, 거기서 공정 응축수가 순수 스팀으로 스트리핑된다. 결과의 스트리퍼 스팀은 추가의 필요한 순수 스팀과 함께 촉매 스팀 개질 입구 및/또는 제1 시프트 전환 유닛 입구의 혼합 지점에 첨가된다. 스트리핑된 응축수는 이후 더 처리되어 보일러 급수용 메이크업 물로서 사용된다.
따라서, 본 발명은 공정 응축수가 증발기, 즉 PC 보일러로 보내지고, 최소 1%의 필수적인 블로 다운 유량을 제외하고 공정 응축수가 실질적으로 전부 증발되는 보다 간단한 방법을 개시한다. 증발된 공정 응축수, 즉 공정 스팀은 상기 공지된 과정의 스트리퍼 스팀과 유사하게 공정에 첨가될 수 있다.
PC 보일러는, 본 출원에서 설명된 대로, 예를 들어 제1 시프트 전환 유닛과 제2 시프트 전환 유닛 사이에 배치된다. 또한, 폐열 보일러와 같은 별도의 보일러가 적합하게 공정/플랜트에서 순수 스팀 생성이 일어나는 어느 곳에나 제공되며, 예를 들어 이 보일러에 의해 촉매 스팀 개질의 출구 합성 가스가 냉각되며, 즉 스팀 개질 유닛을 빠져나온 직후 BFW 예열 유닛에서 미정제 합성 가스가 추가 냉각되기 전에 미정제 합성 가스가 냉각되고; 또는 예를 들어 스팀 개질 유닛으로부터의 연도 가스가 냉각된다. 또한, 본 출원에서 설명된 대로, 순수 스팀이 공정 응축수의 증발에 사용될 수 있다.
본 발명에 따라서, 공정 응축수는 제1 시프트로부터의 합성 가스의 냉각의 조합과 순수 스팀의 응축에 의해 PC 보일러에서 증발될 수 있다. 적합하게, 결과의 증발된 응축수, 특 공정 스팀은 제1 시프트 앞에서 혼합 지점에 첨가되고, 최적의 스팀 첨가는 결과의 합성 가스의 스팀 건조 가스 몰비가 0.3 내지 0.8이 되는 것을 보장한다. 따라서, 이 비율은, 예를 들어 미정제 합성 가스(촉매 스팀 개질로부터의 합성 가스)의 냉각 및/또는 스팀 개질 유닛으로부터의 연도 가스의 냉각에 의해 별도로 생성된 추가의 순수 스팀을 첨가함으로써 제어된다.
PC 보일러는 공정에서 순수한 증기 생성이 일어나는 어느 곳에나 위치될 수 있다. 적합하게, PC 보일러에서 공정 응축수 증발은 제1 시프트로부터의 합성 가스를 냉각함으로써 일어나고, 선택적으로 촉매 스팀 개질로부터의 미정제 합성 가스를 냉각하거나, 또는 촉매 스팀 개질로부터의 연도 가스를 냉각함으로써 일어나는데, 이것은 가장 적은 순수 스팀 생성을 가져오며, 따라서 동일한 상황에서 가장 적은 양의 장비가 사용된다.
따라서, 본 발명의 제1 양태에 따른 한 실시형태에서, 단계 ii)는 또한 상기 순수 스팀 스트림의 적어도 일부의 냉각을 포함한다.
시프트 후 이용할 수 있는 열은 모든 공정 응축수를 증발시키기에 충분하지 않을 수도 있다. 순수 스팀의 냉각은 나머지를 증발시키기 위한 열원으로 사용되며, 첨부한 도면에 예시된 대로, PC 보일러(280)의 열교환 유닛(280'), 예를 들어 가열 코일에 의해 이루어진다.
합성 가스의 냉각은 합성 가스의 일부의 냉각을 포함한다는 것이 이해될 것이다. 또한, 상기 연도 가스의 냉각은 상기 연도 가스의 일부의 냉각을 포함한다는 것이 이해될 것이다.
여기서, 본 발명은 2개의 별도의 공정 라인 또는 시스템을 제공하며, 하나는 배출 스팀으로 사용하기에 적합한 순수 스팀의 생성 또는 공정 스팀의 제공, 특히 수성 가스 시프트 전환을 위한 것이고, 별도의 하나는 공정 스팀의 생성을 위한 것으로서, 예를 들어 열교환 매체로서 순수 스팀을 사용하여 공정 스팀을 생성하는 경우를 위한 것이다. 공정 응축수는 불순물을 함유하므로 제1 시프트 전환 유닛, 선택적으로 제2 시프트 전환 유닛, 및/또는 촉매 스팀 개질 단계에 함께 첨가될 때를 제외하면 순수 스팀과 공정 스팀은 조합되지 않는다.
상기 설명된 대로, 공정 스팀은 공정 응축수의 증발과 그로 인한 공정 스팀의 생성을 위한 열교환 매체로서, 순수 스팀과 합성 가스의 사용에 의해 생성될 수 있거나, 또는 예를 들어 또한 합성 가스, 순수 스팀 및 연도 가스의 사용에 의해, 또는 예를 들어 또한 합성 가스와 연도 가스의 사용에 의해 생성될 수 있다.
본 발명은 단일 단계, 즉 단계 ii)에서 공정 스팀의 생성을 가능하게 한다.
단계 ii)는 바람직하게 합성 가스, 순수 스팀 및/또는 연도 가스의 냉각을 위한 하나 이상의 열교환기 유닛을 갖는 공정 응축수 보일러(PC 보일러)에서 수행된다. 따라서, 순수 스팀 및/또는 연도 가스의 냉각과 함께 합성 가스의 냉각을 조합한 단일 PC 보일러가 이용된다. 이것은 예를 들어 합성 가스를 사용하여 열을 제공하거나 공정 응축수를 증발시키기 위해 별도의 유닛들을 사용하는 것보다, 또한 공정 응축수를 최종적으로 증발시켜 공정 스팀을 생성하기 위해 하류에서 추가의 유닛(들)을 사용하는 것보다 간단하며 훨씬 더 효율적인 접근법이다. 또한, 이것은 각 스팀 라인에 별도의 스팀 드럼을 제공하는 것, 예를 들어 상기 EP 3138810 A1 및 US 95566026 B1에 개시된 대로, 순수 스팀을 수집하기 위한 것과 공정 스팀을 수집하기 위한 다른 것을 제공하는 것보다 훨씬 더 간단하며 효율적인 접근법이다.
순수 스팀 또는 연도 가스, 및 합성 가스의 사용은 바람직하게 공정 응축수와의 간접 열교환에 의해 이루어지며, 즉 혼합과 같은 직접 접촉이 아닌 방식으로 이루어진다.
특히, 공정 스팀의 생성시, 즉 단일 PC 보일러에서 순수 스팀과 합성 가스의 사용을 조합함으로써 PC 보일러의 보다 효율적인 사용이 달성되며, 이때 순수 스팀과 합성 가스는 둘 다 PC 보일러와의 열교환 매체로 사용될 수 있다. 이로써, 더 작은 크기의 PC 보일러가 또한 달성된다.
한 실시형태에서, 스팀 개질 유닛은 종래의 스팀 메탄 개질기(SMR), 예를 들어 관형 개질기이다. 다른 실시형태에서, 스팀 개질 유닛은 전기 가열 개질기(e-SMR)이다. 다른 실시형태에서, 스팀 개질 유닛은 자열 개질(ATR) 유닛이다.
특히, 본 발명의 제1 양태에 따른 한 실시형태에서, 스팀 개질 유닛은 자열 개질(ATR) 유닛; 또는 종래의 스팀 메탄 개질기(SMR), 예를 들어 관형 개질기와 ATR 유닛의 조합; 또는 전기 가열 개질기(e-SMR); 또는 e-SMR과 ATR 유닛의 조합이며, 이로부터 상기 미정제 합성 가스가 생성된다.
종래의 스팀 메탄 개질기(SMR), 예를 들어 관형 개질기와 ATR 유닛의 조합인 스팀 개질 유닛의 사용은 대규모 수소 제조에 특히 적합하다. e-SMR의 사용은, e-SMR이 태양열, 풍력 및 수력과 같은 재생가능한 공급원으로부터 생성된 전기를 이용하므로 보다 지속가능한 옵션을 가능하게 한다. 다른 이익은 보다 컴팩트한 반응기인 e-SMR로 인한 감소된 부지 크기 등이다.
또한, 스팀 개질 유닛이 ATR 유닛인 공정을 운영하는 것이 유익할 수 있는데, SMR과 달리 ATR은 연도 가스를 생성하지 않기 때문이다. 또한, ATR은 훨씬 더 낮은 스팀 대 탄소 몰비에서 작동을 가능하게 하며, 이로써 공정에 물이 덜 보유되고, 이로써 특히 하류 장비 크기가 감소된다.
이들 개질기에 대한 더 많은 정보는 출원인의 특허 및/또는 문헌을 참고하여 여기 더 상세히 제공된다. 예를 들어, 관형 및 자열 개질에 대해 대략적인 내용이 "Tubular reforming and autothermal reforming of natural gas - an overview of available processes", Ib Dybkjær, Fuel Processing Technology 42 (1995) 85-107에 제시된다. 보다 최신 기술인 e-SMR의 설명은 특히 출원인의 WO 2019/228797 A1를 참조한다.
스팀 개질 유닛이 ATR인 촉매 스팀 개질의 경우, 수성 가스 시프트 전환은 HT-시프트 유닛 후 MT 또는 LT-시프트 유닛이 뒤따르는 것이 바람직하다. 스팀 개질 유닛이 종래의 SMR인 촉매 스팀 개질의 경우, 시프트 전환은 바람직하게 MT-시프트이다.
수성 가스 시프트는 당업계에 잘 알려진 대로 합성 가스의 수소 부화를 가능하게 한다. 제1 시프트 전환 유닛, 예를 들어 MT-시프트 유닛을 빠져나오는 합성 가스의 온도는 330-350℃의 범위이고, 후속 제2 시프트 전환 유닛을 빠져나오는 합성 가스는 200-250℃의 범위이며, 전자가 공정 응축수를 증발시키는 열교환 매체로 사용하기에 보다 적합하다. 특히 ATR의 경우, HT 시프트로부터 출구 온도는 430-460℃이고, 하류 MT 시프트로부터 출구 온도는 320-340℃이다. 여기서 PC 보일러는 HT와 MT 시프트 전환기의 하류에 위치될 수 있다.
본 발명의 제1 양태에 따른 한 실시형태에서, 공정 응축수는 바람직하게
- 상기 단계 ii)에서 사용된 순수 스팀, 또는 그 응축수; 및/또는
- 순수 스팀 스트림의 생성에 사용된, 상기 WGS 전환 스테이지 후, 바람직하게 제2 또는 제3 시프트 전환 유닛 후, 및 바람직하게 또한 하나 이상의 열교환기, 즉 BFW-예열 유닛에서 합성 가스의 추가 냉각 전에 회수된 합성 가스의 일부
와의 간접 열교환에 의해 예열된다.
따라서, 바람직하게 제2(및 마지막) 시프트 전환 유닛(LT-시프트)으로부터의 합성 가스 스트림은 상기 공정 응축수 스트림을 생성하기 위해 물이 제거되는 합성 가스 스트림, 및 예를 들어 공정 응축수 예열기에서, 바람직하게 간접 열교환에 의해, 공정 응축수를 예열하는데 전용되는 우회 스트림으로 분할된다. 다음에, 예열된 공정 응축수는 상기 PC 보일러를 통과하여 공정 스팀을 생성한다. 이 실시형태는 합성 가스 및 순수 스팀의 냉각에 의해 공정 스팀이 생성되는 단계 ii)를 수행할 때 특히 적합하다.
이들 실시형태는 간단하며 효율적인 방식으로 PC 보일러의 열 듀티를 감소시키고, 이로써 그 크기를 감소시킬 수 있다는 이점을 제공한다.
본 발명의 제1 양태에 따른 한 실시형태에서, 순수 스팀 스트림의 일부는 배출 스팀으로서 사용되며, 즉 회수된다. 여기서, 순수 스팀의 일부는 공정 스팀의 생성에 사용되고, 오염되지 않은 다른 일부는 배출에 사용된다.
본 발명의 제1 양태에 따른 한 실시형태에서, 공정 스팀 스트림, 예를 들어 그것의 일부는 스팀 개질 유닛으로 들어가기 전에 탄화수소 공급원료와 혼합된다. 공정 스팀은 선택적으로 탄화수소 공급원료와 혼합시 순수 스팀과 조합된다.
본 발명의 제1 양태에 따른 한 실시형태에서, 합성 가스는 수소 생성물 스트림으로 전환되고, 공정 응축수가 공정 응축수 분리기에서 생성되며, 공정 응축수 분리기는 또한 물 고갈 합성 가스 스트림을 생성하고, 이것의 적어도 일부는 수소 정제 스테이지, 바람직하게 압력 스윙 흡착 유닛(PSA 유닛)을 통과하며, 여기서 상기 수소 생성물 스트림과 오프가스 스트림이 형성된다.
이로써, 공정에 사용되는 공정 스팀을 생성하기 위한 공정 응축수 스트리퍼를 제공할 필요 없이, 유익하게 공정 스팀과 순수 스팀을 통합한 수소를 생성하기 위한 매우 비용 효과적인 공정 및 플랜트가 제공된다.
본 발명의 제1 양태에 따른 한 실시형태에서, PC 보일러에서 공정 스팀 스트림을 생성하는데 사용된 후 순수 스팀 스트림은 응축되어 공정에 도입된 보일러 급수(BFW)와 혼합된다.
이로써, BFW 스트림이 순수 스팀 스트림으로부터의 응축된 물로 보충되기 때문에 공정/플랜트의 높은 열 효율이 얻어진다.
본 발명의 제1 양태(방법)의 다른 일반적인 실시형태에서, 스팀 개질 유닛에서 탄화수소 공급원료의 촉매 스팀 개질에 의해 합성 가스를 생성하는 방법이 제공되며, 여기서 물은 공정 응축수로서 합성 가스로부터 제거되고, 보일러 급수가 공정에 도입되며, 상기 방법은 적어도 2개의 분리된 스팀 스트림, 즉 i) 합성 가스의 냉각에 의해 상기 보일러 급수(BFW)의 적어도 일부로부터 생성된 순수 스팀 스트림, 및 ii) 합성 가스의 냉각에 의해 공정 응축수의 적어도 일부를 증발시킴으로써 생성된 공정 스팀 스트림을 생성하며,
단계 ii)는 공정 응축수 보일러(PC 보일러)에서 수행되고;
상기 스팀 개질 유닛은 미정제 합성 가스를 생성하며, 상기 합성 가스는 상기 미정제 합성 가스가 하나 이상의 수성 가스 시프트 전환 유닛의 사용을 포함하는 촉매 수성 가스 시프트(WGS) 전환 스테이지를 통과함으로써 생성된 공정 가스이고;
상기 하나 이상의 수성 가스 시프트 전환 유닛은 고온 또는 중온 시프트 전환 유닛(HT 또는 MT-시프트 유닛)과 같은 제1 시프트 전환 유닛 및 중온 또는 저온 시프트 전환 유닛(MT 또는 LT-시프트 유닛)과 같은 후속 제2 시프트 전환 유닛을 포함하고, 상기 단계 ii)에서 합성 가스의 상기 냉각은 상기 제1 또는 제2 시프트 전환 유닛, 예를 들어 상기 HT 또는 MT-시프트 유닛을 빠져나오는 합성 가스 스트림의 냉각이며;
공정 스팀 스트림의 적어도 일부와 상기 순수 스팀 스트림의 적어도 일부가 상기 제1 시프트 전환 유닛에 첨가된다.
상기 일반적인 실시형태의 한 실시형태에서, 상기 개질 유닛은 선택적으로 연도 가스를 생성하며, 단계 i)에서 상기 보일러 급수(BFW)의 적어도 일부로부터 생성된 상기 순수 스팀 스트림은:
i-1) 하나 이상의 열교환기 또는 보일러에서 합성 가스의 냉각에 의해 적어도 부분적으로 생성된 순수 스팀, 및/또는
i-2) 하나 이상의 열교환기 및 보일러에서 상기 연도 가스의 냉각에 의해 생성된 순수 스팀
을 포함한다.
상기 일반적인 실시형태의 한 실시형태에서, 상기 하나 이상의 수성 가스 시프트 전환 유닛은 저온 시프트 전환 유닛(LT-시프트 유닛)과 같은 제3 시프트 전환 유닛을 포함한다.
본 발명의 제1 양태와 관련하여 상기 언급된 실시형태 및 관련된 이익은 모두 상기 일반적인 실시형태에도 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
제2 양태에서, 본 발명은 합성 가스를 생성하는 플랜트, 즉 공정 플랜트를 포함한다. 따라서, 다음의 구성을 포함하는 합성 가스를 생성하는 플랜트가 제공된다:
- 탄화수소 공급원료를 상기 합성 가스로 전환하는 스팀 개질 유닛; 선택적으로 스팀 개질 유닛은 연도 가스를 생성하고, 스팀 개질 유닛은 연도 가스를 회수하기 위한 출구를 포함한다;
- 상기 합성 가스로부터 물을 제거하고, 이로써 물 고갈 합성 가스 스트림 및 공정 응축수 스트림을 형성하는 공정 응축수 분리기;
- 하나 이상의 열교환기 및 보일러에서, 예컨대 BFW-예열 유닛 및 폐열 보일러(WHB)에서, 예를 들어 상기 스팀 개질 유닛과 하류 촉매 수성 가스 시프트(WGS) 전환 스테이지 사이에 배치된 BFW 예열 유닛 및 폐열 보일러(WHB)에서 상기 합성 가스의 간접 냉각에 의해, 순수 스팀 스트림을 생성하는 하나 이상의 BFW 열교환기 및 보일러를 포함하는 스팀 시스템;
- 공정 스팀 스트림을 생성하는 공정 응축수 보일러(PC 보일러)를 포함하는 공정 응축수(PC) 시스템, 상기 PC 보일러는:
합성 가스의 냉각에 의해 상기 공정 응축수 스트림의 적어도 일부를 증발시키는 열교환 유닛; 및 선택적으로
열교환 매체로서 상기 순수 스팀 스트림의 적어도 일부를 냉각시킴으로써 상기 공정 응축수 스트림의 적어도 일부를 증발시키는 열교환 유닛, 및/또는 상기 연도 가스의 냉각에 의해 상기 공정 응축수 스트림의 적어도 일부를 증발시키는 열교환 유닛
을 포함한다;
- 상기 합성 가스를 수소로 부화시키기 위한 하나 이상의 수성 가스 시프트 전환 유닛을 포함하는 촉매 수성 가스 시프트(WGS) 전환 스테이지, 여기서 상기 하나 이상의 수성 가스 시프트 전환 유닛은 고온 또는 중온 시프트 전환 유닛(HT 또는 MT-시프트 유닛)과 같은 제1 시프트 전환 유닛 및 중온 또는 저온 시프트 전환 유닛(MT 또는 LT-시프트 유닛)과 같은 하류의 제2 시프트 전환 유닛, 및 선택적으로 저온 시프트 전환 유닛(LT-시프트 유닛)과 같은 제3 시프트 전환 유닛을 포함하며; PC 보일러에서 합성 가스의 상기 냉각은 상기 제1 또는 제2 시프트 전환 유닛, 예를 들어 상기 HT 또는 MT-시프트 유닛을 빠져나오는 합성 가스 스트림의 냉각이다;
- 상기 하나 이상의 수성 가스 시프트 전환 유닛의 제1 유닛으로, 상기 공정 스팀 스트림의 적어도 일부를 리드하는 도관 및 상기 순수 스팀 스트림의 적어도 일부를 리드하는 도관; 선택적으로 상기 하나 이상의 수성 가스 시프트 전환 유닛의 제2 유닛으로, 상기 공정 스팀 스트림의 적어도 일부를 리드하는 도관 및 상기 순수 스팀 스트림의 적어도 일부를 리드하는 도관;
여기서 상기 순수 스팀 스트림은 상기 PC 보일러와 같은 제1 시프트 전환 유닛으로부터의 합성 가스를 냉각하는 보일러를 제외한 하나 이상의 보일러에서 생성된 순수 스팀이다.
상기 제1 또는 제2 시프트 전환 유닛에는 상기 유닛, 즉 제1 또는 제2 시프트 전환 유닛을 빠져나오는 상기 합성 가스 스트림을 위한 출구가 제공된다는 것과 합성 가스를 상기 PC 보일러로 보내기 위한 도관이 제공된다는 것이 이해될 것이다.
적합하게, PC 보일러는 상기 출구와 직접 유체 연통한다. 따라서, PC 보일러 진입시 합성 가스 조성을 변화시키는 중간 단계 또는 유닛이 존재하지 않는다.
따라서, 합성 가스의 냉각에 의해 상기 보일러 급수(BFW)의 적어도 일부로부터 생성된 순수 스팀 스트림은 공정 스팀 스트림을 생성하는데 사용된 후의 순수 스팀, 즉 상기 PC 보일러에 사용된 후의 순수 스팀을 포함하지 않는다. PC 보일러를 제외한 공정/플랜트에서 생성된 공정 스팀 및 순수 스팀이 제1 시프트 전환 유닛에 첨가된다.
따라서, 첨부한 도면에 예시된 대로, 단일 또는 공통 PC 보일러가 이용될 수 있으며, 이것은 선택적으로 순수 스팀 및/또는 연도 가스와 함께 합성 가스를 사용하여 공정 응축수를 증발시켜 상기 공정 스팀 스트림을 생성한다. 또한, PC 보일러를 제외한 플랜트에서 생성된 공정 스팀 및 순수 스팀이 제1 시프트 전환 유닛, 및 선택적으로 제2 시프트 전환 유닛에 첨가된다. 이로써, 선행기술과 비교하여 WGS 전환에 필요한 스팀의 양을 증가시키면서 플랜트 유연성, 제어성 및 용량을 동시에 증가시키는 것이 가능하다.
본 발명의 제2 양태에 따른 한 실시형태에서, 스팀 시스템은 상기 하나 이상의 BFW 열교환기 및 보일러, 예컨대 폐열 보일러(WHB), 예를 들어 스팀 개질 유닛의 바로 하류에 있는 WHB에서 생성된 순수 스팀을 수송하도록 구성된 그리드, 즉 파이프 네트워크를 포함하며, 상기 순수 스팀 스트림의 적어도 일부를 상기 하나 이상의 수성 가스 시프트 전환 유닛의 제1 및 선택적으로 제2 유닛으로 리드하는 도관은 상기 그리드로부터 유도된 도관이다. 또한, 파이프 네트워크는 적합하게 순수한 스트림을 수집하기 위한 응축수 포트 및/또는 응축수 드럼을 포함한다. 특정 실시형태에서, 그리드는 상기 공정 스팀 스트림의 생성 동안 사용된 순수 스팀 스트림을 상기 PC 보일러로 수송하기 위한 수단을 포함한다.
그리드로부터 그 안에 함유된 순수 스팀의 일부가 제1 및 선택적으로 제2 시프트 전환 유닛으로 전달된다. 공정 응축수는 메탄올과 같은 불순물을 함유하기 때문에 그리드는 증발된 공정 응축수, 즉 공정 스팀을 수송하는 시스템과 별도로 유지되며, 이러한 불순물은 그리드 스팀 시스템 유래 스팀이 보내지는 플랜트의 일부 유닛에 바람직하지 않다. 메탄올과 같은 불순물은 제1 및 제2 시프트 전환 유닛의 수성 가스 시프트 촉매와의 접촉시 제거된다. 본 발명의 제1 양태와 관련하여 상기 설명된 대로, 순수 스팀과 공정 스팀은 제1 시프트 전환 유닛, 선택적으로 제2 시프트 전환 유닛, 및/또는 촉매 개질 단계, 즉 스팀 개질 유닛에 함께 첨가될 때를 제외하면 조합되지 않는다.
본 발명의 제2 양태에 따른 한 실시형태에서, 플랜트는 수소 정제 유닛, 바람직하게 PSA 유닛을 더 포함하며, 이것은 상기 물 고갈 합성 가스 스트림의 적어도 일부로부터 수소 생성물을 생성하고, 오프가스 스트림, 예를 들어 PSA 오프가스 스트림을 생성한다.
다음에, 수소 생성물은 최종 사용자에게 제공되고, PSA 오프가스는, 예를 들어 스팀 개질 유닛(들), 예컨대 합성 가스를 생성하기 위해 사용된 그 안의 연소식 히터에서 보조로 사용될 수 있다.
바람직하게, 하나 이상의 열교환기, 즉 BFW 예열 유닛에서 상기 BFW에 의한 상기 합성 가스의 상기 간접 냉각은 상류에서, 예를 들어 합성 가스가 스팀 개질로부터의 미정제 합성 가스인 곳에서, 및/또는 상기 하나 이상의 수성 가스 시프트 전환 유닛의 하류에서, 예를 들어 합성 가스가 제1 및/또는 마지막 시프트 전환 유닛을 빠져나오는 공정 가스인 곳에서 수행된다.
본 발명의 제2 양태에 따른 한 실시형태에서, 스팀 개질 유닛은 자열 개질 유닛(ATR 유닛); 또는 종래의 스팀 메탄 개질기(SMR), 예를 들어 관형 개질기와 ATR 유닛의 조합; 또는 전기 가열 개질기(e-SMR), 또는 e-SMR과 ATR 유닛의 조합이다. SMR과 ATR 유닛의 조합은 특히 대규모 수소 제조에 적합한 것으로 밝혀졌다. e-SMR과 ATR의 조합은 SMR과 비교하여 보다 컴팩트한 스팀 개질 유닛이라는 추가의 이점을 제공하며, 따라서 부지 크기가 상당히 감소되고, e-SMR은 적합하게 태양열, 풍력, 수력과 같은 재생가능한 공급원에서 나오는 전기를 이용하므로 특히 탄소 배출량도 상당히 감소된다.
용어 "종래의 SMR" 및 "SMR"은 상호적으로 사용된다는 것이 이해될 것이다. 또한, 용어 "관형 개질기"는 본 출원의 취지에 있어서 SMR의 특정한 예이다.
본 발명의 제2 양태에 따른 한 실시형태에서, 플랜트는:
- 상기 공정 응축수 스트림을 상기 공정 응축수 보일러로 리드하기 위한 펌프와 같은 공정 응축수 압력 수단;
- (PC 보일러를 빠져나오는 상기 순수 스팀 스트림의 일부를 사용하여) 상기 공정 스팀 스트림을 생성하는 동안 사용된 상기 순수 스팀 스트림으로부터 응축수 생성물을 수집하기 위한 응축수 포트 및/또는 응축수 드럼, 및 선택적으로 상기 응축수 생성물(응축된 순수 스팀)을 수송하고 플랜트에 도입된 BFW, 즉 BFW 유입과 혼합하기 위한 펌프와 같은 가압 수단
을 더 포함한다.
본 발명의 제2 양태에 따른 한 실시형태에서, 플랜트는:
상기 공정 응축수 보일러의 상류에 공정 응축수의 간접 가열을 위한 열교환기
를 더 포함하며,
상기 간접 가열은 바람직하게 상기 하나 이상의 수성 가스 시프트 전환 유닛의 하류에서 회수된 합성 가스의 일부에 의해 이루어지고, 플랜트는 바람직하게 합성 가스의 상기 일부를 분할하는 수단을 또한 포함한다.
이러한 열교환기의 제공은 공정 및 플랜트에 개선된 열 통합을 제공하고, PC 보일러 크기의 감소를 가능하게 한다.
본 발명의 제1 양태의 실시형태는 모두 본 발명의 제2 양태에 사용될 수 있으며 반대도 가능하다. 본 발명의 제1 양태의 실시형태의 관련된 이익은 모두 본 발명의 제2 양태에도 사용될 수 있고 반대도 가능하다는 것이 이해될 것이다.
본 발명의 이점은 다음을 포함한다:
- 공정 응축수 스트리퍼의 절약과 그로 인한 공정/플랜트의 단순화 및 감소된 자본 지출(capex);
- BFW 제조에 필요한 처리 감소와 그로 인한 장비 감소 및 capex 감소;
- 주요 공정 변수의 최적 제어, 즉 풍부하게 이용할 수 있는 순수 스팀의 사용을 통해 조정이 행해지는 것을 보장함으로써 WGS 전환 스테이지의 제1 시프트 전환 유닛으로 들어가기 전 미정제 합성 가스에서 스팀 건조 가스 몰비를 최적으로 제어.
첨부한 도면은 본 발명의 실시형태에 따른 공정 레이아웃을 도시하며, 여기서 순수 스팀과 합성 가스가 PC 보일러의 공정 스팀 생성에 사용되고, 공정 스팀과 순수 스팀은 제1 시프트 전환 유닛으로 전달된다.
공정 플랜트(200)가 도시되며, 여기서 제1 시프트 전환 유닛(220)과 제2 시프트 전환 유닛(220') 사이에 배치된 공정 응축수 보일러, 즉 PC 보일러(280)는 열교환 매체로서 순수 스팀을 사용하여 공정 응축수 스트림을 증발시키는 열교환 유닛(280'), 및 합성 가스의 냉각에 의해, 즉 열교환 매체로서 합성 가스를 사용하여 공정 응축수를 증발시키는 별도의 열교환 유닛(280'')을 포함한다.
탄화수소 공급원료(미도시)는 ATR 유닛(미도시)과 같은 스팀 개질 유닛에서 촉매 개질되어 미정제 합성 가스(212)를 생성하고, 이것은 제1 보일러 급수(BFW) 예열기(열교환 유닛)(210)를 통과함으로써 예열된 (미정제) 합성 가스 스트림(214)을 생성하며, 이것은 이어서 MT-시프트 유닛(220) 형태의 제1 유닛과 LT-시프트 유닛(220') 형태의 제2 유닛을 포함하는 촉매 시프트 전환 스테이지를 통과한다. 또한, 적합하게는 상류 열교환 유닛(210)인 폐열 보일러(WHB)(미도시)가 순수 스팀을 생성하는 스팀 개질 유닛 뒤에 배치된다.
제1 유닛(220)으로부터 합성 가스(216)가 회수되고, 이것은 PC 보일러(280) 내에 배치된 열교환 유닛(280'')에서 열교환 매체로 사용됨으로써 냉각된다. 냉각된 합성 가스는 예열기(210')에서 더 냉각된 후 LT-시프트 유닛(220')으로 들어가며, 이로써 수소로 부화된 합성 가스(216')가 생성된다. 이 스트림(216')의 일부는 분할되어, 예열기 또는 열교환 유닛(260)을 통해 공정 응축수 스트림(228)을 예열하는데 사용되며, 이것은 PC 보일러(280)까지 펌프(250)에 의해 가압된다.
합성 가스 스트림(216')의 다른 부분은 BFW 예열기(210'')에서 공정에 도입되는 BFW 유입 스트림(234)을 사용하여 더 냉각된다. BFW 예열기(210'', 210' 및 210)에 사용된 후 BFW는 스팀 생성으로 회수된다. 다음에, 이렇게 더 냉각된 BFW 예열기(210'')로부터의 합성 가스는 예열기(260)로부터의 냉각된 합성 가스와 조합되어 PC 분리기(230)로 보내진다. PC 분리기(230)로부터 물 고갈 합성 가스 스트림(220)이 회수되고, 이것은 최종적으로 PSA 유닛과 같은 수소 정제 유닛(240)으로 보내지며, 여기서 수소 생성물 스트림(224)과 PSA 오프가스 스트림(226)이 형성된다. PC 분리기(230)에서 제거된 물은 상기 PC 응축수 스트림(228)으로 회수되며, 이것은 PC 보일러(280)를 통과한 후 공정 스팀(232)이 된다. 이 공정 스팀(232)은 도면에 도시된 대로 제1 시프트 유닛(220)(MT 시프트 유닛)에 첨가된다. 선택적으로, 공정 스팀(232)의 일부는 도시되지 않은 제2 시프트 유닛(220')(LT 시프트)에 첨가된다. 또한, 열교환 유닛(210)과 상류 WHB(미도시)로부터의 BFW로부터 생성된 순수 스팀이 공정 스팀(232)과 혼합되어 스트림(234')으로서 제1 시프트 전환 유닛에 첨가되고, 선택적으로 또한 제2 시프트 전환 유닛에 첨가된다. 열교환 유닛(280')을 통과한 PC 보일러(280)로부터의 순수 스팀은 제1 또는 선택적으로 제2 시프트 전환 유닛에 첨가되지 않는다. 열교환 유닛(280')에서 공정 응축수 증발에 사용된 후, 순수 스팀은 도면에 도시된 대로 포트(290)에 수집되어 회수된다.
Claims (19)
- 스팀 개질 유닛에서 탄화수소 공급원료의 촉매 스팀 개질에 의해 합성 가스를 생성하는 방법으로서, 상기 개질 유닛은 선택적으로 연도 가스를 생성하고, 물이 공정 응축수로서 합성 가스로부터 제거되며, 보일러 급수가 공정에 도입되고, 상기 방법은 적어도 2개의 분리된 스팀 스트림, 즉 i) 합성 가스의 냉각에 의해 상기 보일러 급수(BFW)의 적어도 일부로부터 생성된 순수 스팀 스트림, 및 ii) 합성 가스의 냉각에 의해 공정 응축수의 적어도 일부를 증발시킴으로써 생성된 공정 스팀 스트림을 생성하며,
단계 ii)는 공정 응축수 보일러(PC 보일러)에서 수행되고;
상기 스팀 개질 유닛은 미정제 합성 가스를 생성하며, 상기 합성 가스는 상기 미정제 합성 가스가 하나 이상의 수성 가스 시프트 전환 유닛의 사용을 포함하는 촉매 수성 가스 시프트(WGS) 전환 스테이지를 통과함으로써 생성된 공정 가스이고;
상기 하나 이상의 수성 가스 시프트 전환 유닛은 고온 또는 중온 시프트 전환 유닛(HT 또는 MT-시프트 유닛)과 같은 제1 시프트 전환 유닛 및 중온 또는 저온 시프트 전환 유닛(MT 또는 LT-시프트 유닛)과 같은 후속 제2 시프트 전환 유닛, 및 선택적으로 저온 시프트 전환 유닛(LT-시프트 유닛)과 같은 제3 시프트 전환 유닛을 포함하고, 상기 단계 ii)에서 합성 가스의 상기 냉각은 상기 제1 또는 제2 시프트 전환 유닛, 예를 들어 상기 HT 또는 MT-시프트 유닛을 빠져나오는 합성 가스 스트림의 냉각이며;
공정 스팀 스트림의 적어도 일부와 상기 순수 스팀 스트림의 적어도 일부가 상기 제1 시프트 전환 유닛에 첨가되고;
단계 i)에서 상기 보일러 급수(BFW)의 적어도 일부로부터 생성된 상기 순수 스팀 스트림은:
i-1) 하나 이상의 열교환기 또는 보일러에서 합성 가스의 냉각에 의해 적어도 부분적으로 생성된 순수 스팀, 및/또는
i-2) 하나 이상의 열교환기 및 보일러에서 상기 연도 가스의 냉각에 의해 생성된 순수 스팀
을 포함하는 방법. - 제 1 항에 있어서, 단계 i-1) 및/또는 i-2)에서 상기 순수 스팀 스트림은 제1 시프트 전환 유닛으로부터의 합성 가스를 냉각하기 위한 보일러, 예컨대 상기 PC 보일러를 제외한 하나 이상의 보일러에서 생성된 순수 스팀으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 공정 스팀 스트림의 적어도 일부와 순수 스팀 스트림의 적어도 일부가 상기 제2 시프트 전환 유닛에 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 공정 스팀 스트림과 순수 스팀 스트림이 함께 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 ii)는 또한 상기 순수 스팀 스트림의 적어도 일부의 냉각을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 스팀 개질 유닛은 자열 개질(ATR) 유닛; 또는 종래의 스팀 메탄 개질기(SMR), 예를 들어 관형 개질기와 ATR 유닛의 조합; 또는 전기 가열 개질기(e-SMR); 또는 e-SMR과 ATR 유닛의 조합이며, 이로부터 상기 미정제 합성 가스가 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 공정 응축수는 바람직하게
- 상기 단계 ii)에서 사용된 순수 스팀, 또는 그것의 응축수; 및/또는
- 순수 스팀 스트림의 생성에 사용된, 상기 WGS 전환 스테이지 후, 바람직하게 제2 또는 제3 시프트 전환 유닛 후, 및 바람직하게 또한 하나 이상의 열교환기, 즉 BFW 예열 유닛에서 합성 가스의 추가 냉각 전에 회수된 합성 가스의 일부
와의 간접 열교환에 의해 예열되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 순수 스팀 스트림의 일부는 배출 스팀으로서 회수되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 공정 스팀 스트림은 스팀 개질 유닛으로 들어가기 전에 탄화수소 공급원료와 혼합되며; 선택적으로 공정 스팀은 탄화수소 공급원료와 혼합시 순수 스팀과 조합되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 합성 가스는 수소 생성물 스트림으로 전환되며, 공정 응축수가 공정 응축수 분리기에서 생성되고, 공정 응축수 분리기는 또한 물 고갈 합성 가스 스트림을 생성하며, 이것의 적어도 일부는 수소 정제 스테이지, 바람직하게 압력 스윙 흡착 유닛(PSA 유닛)을 통과하고, 여기서 상기 수소 생성물 스트림과 오프가스 스트림이 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, PC 보일러에서 공정 스팀 스트림을 생성하는데 사용된 후 순수 스팀 스트림은 응축되고 공정에 도입된 보일러 급수(BFW)와 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
- - 탄화수소 공급원료를 상기 합성 가스로 전환하고, 선택적으로 연도 가스를 생성하는 스팀 개질 유닛;
- 상기 합성 가스로부터 물을 제거하고, 이로써 물 고갈 합성 가스 스트림 및 공정 응축수 스트림을 형성하는 공정 응축수 분리기;
- 하나 이상의 열교환기 및 보일러에서 상기 합성 가스의 간접 냉각에 의해 순수 스팀 스트림을 생성하는, 하나 이상의 보일러 급수(BFW) 열교환기 및 보일러를 포함하는 스팀 시스템;
- 공정 스팀 스트림을 생성하는 공정 응축수 보일러(PC 보일러)를 포함하는 공정 응축수(PC) 시스템, 상기 PC 보일러는:
합성 가스의 냉각에 의해 상기 공정 응축수 스트림의 적어도 일부를 증발시키는 열교환 유닛, 및 선택적으로
열교환 매체로서 상기 순수 스팀 스트림의 적어도 일부의 냉각에 의해 상기 공정 응축수 스트림의 적어도 일부를 증발시키는 열교환 유닛, 및/또는 상기 연도 가스의 냉각에 의해 상기 공정 응축수 스트림의 적어도 일부를 증발시키는 열교환 유닛
을 포함하며;
- 상기 합성 가스를 수소로 부화시키기 위한 하나 이상의 수성 가스 시프트 전환 유닛을 포함하는 촉매 수성 가스 시프트(WGS) 전환 스테이지, 여기서 상기 하나 이상의 수성 가스 시프트 전환 유닛은 고온 또는 중온 시프트 전환 유닛(HT 또는 MT-시프트 유닛)과 같은 제1 시프트 전환 유닛 및 중온 또는 저온 시프트 전환 유닛(MT 또는 LT-시프트 유닛)과 같은 하류의 제2 시프트 전환 유닛을 포함하며, PC 보일러에서 합성 가스의 상기 냉각은 상기 제1 또는 제2 시프트 전환 유닛을 빠져나오는 합성 가스 스트림의 냉각이고;
- 상기 하나 이상의 수성 가스 시프트 전환 유닛의 제1 유닛으로, 상기 공정 스팀 스트림의 적어도 일부를 리드하는 도관 및 상기 순수 스팀 스트림의 적어도 일부를 리드하는 도관
을 포함하는 합성 가스를 생성하는 플랜트로서, 여기서 상기 순수 스팀 스트림은 제1 시프트 전환 유닛으로부터의 합성 가스를 냉각하기 위한 보일러, 예컨대 상기 PC 보일러를 제외한 하나 이상의 보일러에서 생성된 순수 스팀인 플랜트. - 제 12 항에 있어서, 상기 스팀 개질 유닛은 스팀 개질 유닛에서 생성된 연도 가스를 회수하기 위한 출구를 포함하며, 상기 PC 보일러는 열교환 매체로서 상기 순수 스팀 스트림의 적어도 일부의 냉각에 의해 상기 공정 응축수 스트림의 적어도 일부를 증발시키는 열교환 유닛, 및/또는 상기 연도 가스의 냉각에 의해 상기 공정 응축수 스트림의 적어도 일부를 증발시키는 열교환 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트.
- 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 하나 이상의 수성 가스 시프트 전환 유닛의 제2 유닛으로, 상기 공정 스팀 스트림의 적어도 일부를 리드하는 도관 및 상기 순수 스팀 스트림의 적어도 일부를 리드하는 도관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트.
- 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 스팀 시스템은 상기 하나 이상의 BFW 열교환기 및 보일러에서 생성된 순수 스팀을 수송하도록 구성된 그리드, 즉 파이프 네트워크를 포함하며, 상기 순수 스팀 스트림의 적어도 일부를 상기 하나 이상의 수성 가스 시프트 전환 유닛의 제1 유닛 및 선택적으로 제2 유닛으로 리드하는 도관은 상기 그리드로부터 유도된 도관인 것을 특징으로 하는 플랜트.
- 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물 고갈 합성 가스 스트림의 적어도 일부로부터 수소 생성물, 및 오프가스 스트림을 생성하기 위한 수소 정제 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트.
- 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 스팀 개질 유닛은 자열 개질(ATR) 유닛; 또는 종래의 스팀 메탄 개질기(SMR), 예를 들어 관형 개질기와 ATR 유닛의 조합; 또는 전기 가열 개질기(e-SMR); 또는 e-SMR과 ATR 유닛의 조합인 것을 특징으로 하는 플랜트.
- 제 12 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 공정 응축수 스트림을 상기 공정 응축수 보일러로 리드하기 위한 펌프와 같은 공정 응축수 압력 수단;
- 상기 공정 스팀 스트림을 생성하는 동안 사용된 상기 순수 스팀 스트림으로부터 응축수 생성물을 수집하기 위한 응축수 포트 및/또는 응축수 드럼, 및 선택적으로 상기 응축수 생성물을 수송하고 플랜트에 도입된 BFW와 혼합하기 위한 펌프와 같은 가압 수단
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트. - 제 12 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정 응축수 보일러의 상류에 공정 응축수의 간접 가열을 위한 열교환기를 더 포함하며, 상기 간접 가열은 바람직하게 상기 하나 이상의 수성 가스 시프트 전환 유닛의 하류에서 회수된 합성 가스의 일부에 의해 이루어지고, 플랜트는 바람직하게 또한 합성 가스의 상기 일부를 분할하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트.
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2022
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