KR20240015097A - 블루 메탄올 - Google Patents

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피어 쥴 달
예스퍼 나이미 펀치 폴센
디아즈 마리아 루이자 블라즈케즈
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토프쉐 에이/에스
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Abstract

블루 메탄올을 제조하기 위한 시스템 및 방법이 제공되며, 여기서 블루 메탄올은 CO2의 배출을 제한하는 조건에서 생성된 메탄올로서 이해된다. 시스템은 시프트 섹션, CO2 제거 섹션 및 바람직한 실시형태에서 또한 메탄올 합성 섹션의 하류에 배치된 수소 회수 섹션을 포함한다.

Description

블루 메탄올
본 발명은 블루 메탄올을 제조하는 시스템 및 방법에 관한 것이며, 여기서 블루 메탄올은 CO2 배출을 제한하는 조건에서 생성된 메탄올로서 이해된다. 이 시스템은 시프트 섹션, CO2 제거 섹션 및 바람직한 실시형태에서는 또한 수소 회수 섹션을 포함하며, 수소 회수 섹션은 메탄올 합성 섹션의 하류에 배치된다.
현재 메탄올 생산 시스템 레이아웃 및 공정은 주로 메탄올 합성 생산에서 폐기물로서 배출되는 퍼지 가스 스트림의 부산물을 제한적으로 활용한다. 일부 예에서, 퍼지 가스는 수소-부화 가스 스트림과 오프가스 스트림으로 분리되며, 수소-부화 가스 스트림은 메탄올 합성 생산 라인에 재도입되고, 오프가스 스트림은 에너지원으로서 연료 시스템에 공급되며, 연료 시스템은 생산 라인의 다른 곳에 에너지 또는 열을 제공한다.
그러나, 현재 메탄올 생산 시스템 레이아웃 및 공정은 연도 가스가 대기로 배출되며, 이것은 높은 CO2 배출과 관련된다. 또한, 현재 시스템 레이아웃 및 공정은 오프가스의 사용이 비효율적이고, 이것은 여전히 상당한 CH4, CO, CO2 및 H2 함량을 가질 수 있다. 높은 CO2 배출 및 비효율적인 오프가스 사용은 현재 화학 산업에서 관심의 대상이며, 최근 수년간은 온실가스 배출을 감소시키고 에너지 효율을 높이는데 초점이 맞춰지고 있다.
본 발명의 실시형태의 목적은 생성된 CO2의 적어도 일부가 포집, 저장 및/또는 다른 곳에 사용될 수 있는 메탄올 제조를 위한 효과적인 시스템 및 방법을 제공하는 것이다. 일부 실시형태에서, 본 발명의 기술은 또한 오프가스 스트림의 적어도 일부가 메탄올 합성 생산 라인에 재도입되고 대안의 또는 추가의 탄화수소 원료로 사용되는 시스템 및 공정을 제공한다.
본 발명자들은 메탄올 생산 시스템 레이아웃에 시프트 섹션 및 CO2 제거 섹션이 도입된 경우 메탄올 생산 공정으로부터 CO2 배출이 상당히 감소될 수 있다는 것을 발견했다. 바람직한 실시형태에서, 본 발명자들은 또한 메탄올 생산 퍼지 가스로부터 분리된 가스의 일부가 메탄올 합성 생산 라인에 또는 관련된 연료 시스템에 다시 도입될 수 있고, 이로써 메탄올 생산 플랜트의 에너지 효율이 높아진다는 것을 발견했다.
따라서, 제1 양태에서, 메탄올을 제조하기 위한 시스템이 제공되며, 상기 시스템은:
- 탄화수소 원료;
- 스팀 원료;
- 선택적으로 산소 원료;
- 상기 탄화수소 원료, 상기 스팀 원료 및 존재한다면 상기 산소 원료를 수용하고, 제1 합성 가스 스트림을 제공하도록 배치된 개질기 섹션(A);
- 제1 합성 가스 스트림의 적어도 일부를 수용하고, 제2 합성 가스 스트림 및 제3 합성 가스 스트림을 제공하도록 배치된 냉각 트레인(B);
- 선택적으로 수소-부화 스트림과의 혼합물로, 제2 합성 가스 스트림의 적어도 일부를 수용하고, 미정제 메탄올 스트림 및 퍼지 가스 스트림을 제공하도록 배치된 메탄올 합성 섹션(C);
- 상기 퍼지 가스 스트림의 적어도 일부, 상기 제3 합성 가스 스트림의 적어도 일부 및 선택적으로 추가 스팀 원료를 수용하고, 시프트된 가스 스트림을 제공하도록 배치된 시프트 섹션(E);
- 시프트된 가스 스트림의 적어도 일부를 수용하고, CO2-부화 가스 스트림 및 제1 CO2-고갈 가스 스트림을 제공하도록 배치된 CO2 제거 섹션(F)
을 포함한다.
제2 양태에서, 본원에 설명된 시스템에서 메탄올을 제조하기 위한 방법이 또한 제공된다. 상기 방법은:
- 탄화수소 원료, 스팀 원료 및 존재한다면 산소 원료를 개질기 섹션(A)에 공급하여 제1 합성 가스 스트림을 제공하는 단계;
- 제1 합성 가스 스트림의 적어도 일부를 냉각 트레인(B)에 공급하여 제2 합성 가스 및 제3 합성 가스를 제공하는 단계;
- 선택적으로 수소-부화 스트림과의 혼합물로, 제2 합성 가스 스트림의 적어도 일부를 메탄올 합성 섹션(C)에 공급하고, 제2 합성 가스 스트림의 적어도 일부를 미정제 메탄올 스트림 및 퍼지 가스 스트림으로 전환하는 단계;
- 퍼지 가스 스트림(9)의 적어도 일부, 제3 합성 가스 스트림(10)의 적어도 일부 및 선택적으로 스팀 원료(2b)를 시프트 섹션(E)에 공급하여 시프트된 가스 스트림(11)을 제공하는 단계;
- 시프트된 가스 스트림(11)의 적어도 일부를 CO2 제거 섹션(F)에 공급하여 제1 CO2-고갈 가스 스트림(13) 및 CO2-부화 가스 스트림(12)을 제공하는 단계
를 포함한다.
또한, 본원에 설명된 시스템을 포함하는 플랜트가 제공된다.
블루 메탄올을 제조하기 위한 시스템 및 방법의 보다 상세한 사항은 이후 상세한 설명, 도면 및 청구항에 명시된다.
도 1은 선행기술의 일례인, 일반적인 메탄올 생산 레이아웃의 도식적 예시이다.
도 2는 시프트 섹션과 CO2 제거 섹션이 메탄올 생산 시스템 레이아웃에 통합된 제1 실시형태에 따른 본 발명의 도식적 예시이다.
도 3은 시프트 섹션, CO2 제거 섹션 및 수소 회수 섹션이 메탄올 생산 시스템 레이아웃에 통합된 제2 실시형태에 따른 본 발명의 도식적 예시이다.
도 4는 시프트 섹션과 CO2 제거 섹션이 메탄올 생산 시스템 레이아웃에 통합된 제3 실시형태에 따른 본 발명의 도식적 예시이다.
도 5는 공통 연료 시스템(H)을 갖는, 제4 실시형태에 따른 본 발명의 도식적 예시이다.
달리 명시되지 않는다면 가스 함량에 대한 임의의 주어진 백분율은 부피%이다. 용어 "합성 가스"와 "신가스"는 본 명세서에서 상호 교환하여 사용된다.
원료들과 섹션들의 배치를 포함하는 메탄올 제조 시스템이 제공된다. 의심을 피하기 위해, 용어 "원료"는 상기 가스를 적절한 섹션에 공급하기 위한 수단, 예컨대 덕트, 튜빙 등을 말하고, 용어 "섹션"은 가스의 변형, 예를 들어 반응, 압력 변화, 온도 변화 등이 일어날 수 있는 하나 이상의 반응기 또는 유닛을 말한다.
더 구체적으로, 메탄올 제조 시스템이 제공된다. 일반적인 측면에서, 이 시스템은 탄화수소 원료, 스팀 원료 및 선택적으로 산소 원료, 개질기 섹션(A); 냉각 트레인(B); 메탄올 합성 섹션(C); 시프트 섹션(E); 및 CO2 제거 섹션(F)을 포함한다. 이들 원료 및 섹션은 하기 더 상세히 설명될 것이다.
피드 및 섹션은 메탄올 합성으로부터 총 탄소 배출이 상당히 감소되는 방식으로 배치되며, 부분적으로 시스템은 탄소 포집과 저장을 허용하고, 탄소는 CO2(g)의 형태이다.
탄화수소 원료
탄화수소 원료는 메탄올 합성을 위한 탄소 공급원으로 사용된다. 탄화수소 원료는 천연가스 또는 정제된 탄화수소 원료와 같은 임의의 탄화수소 원료일 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 탄화수소 원료는 정제된 탄화수소 원료이다. 정제된 탄화수소 원료는 적합하게 "탄화수소 부화"이며, 이것은 이 원료의 주요 부분이 탄화수소임을 의미한다; 즉, 이 원료의 50% 이상, 예를 들어 75% 이상, 예컨대 85% 이상, 바람직하게 90% 이상, 더 바람직하게 95% 이상, 더욱 더 바람직하게 99% 이상이 탄화수소이다.
개질기 섹션
개질기 섹션(A)은 탄화수소 원료를 수용하고, 적용된 개질기 기술에 따라, 선택적으로 또한 스팀 원료 및 존재한다면 산소 원료를 수용하도록 배치된다. 개질기 섹션(A)은 탄화수소 원료, 스팀 원료 및 존재한다면 산소 원료를 제1 합성 가스 스트림으로 전환한다. 이렇게 제공된 제1 합성 가스 스트림은 CO, CO2 및 H2를 높은 함량으로 포함하고, CH4, N2, 및 Ar을 더 포함할 수 있다. 따라서, 제1 합성 가스 스트림은 메탄올 합성을 위한 성분들을 제공한다.
제1 합성 가스 스트림은 적합하게 부피 기준으로 다음의 건조 가스 조성을 가진다:
60-70% H2
3-10% CO2
20-30% CO
0.5-4% CH4 및 기타 탄화수소들
제1 합성 가스 스트림은 적합하게 부피 기준으로 다음의 물 함량을 가진다:
14-45% H2O
개질기 섹션(A)은 하나 이상의 예비개질기(들), 스팀 개질기(들) 및 자열 개질기(들) 또는 이들 중 임의의 2개의 조합을 포함할 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 개질기 섹션(A)은 단열 예비개질기를 포함한다. 다른 바람직한 실시형태에서, 개질기 섹션(A)은 자열 개질기 또는 관형 개질기 이어서 자열 개질기 또는 관형 개질기를 포함한다. 당업자는 이용가능한 원료 및 필요한 아웃풋에 따라 개질기의 적합한 배치형태를 선택할 수 있다.
가장 바람직한 실시형태에서, 정제된 탄화수소 원료는 0.35~2.0, 바람직하게 0.5~1.5의 몰 스팀/탄소 비가 되도록 스팀 원료와 혼합된다. 정제된 탄화수소 원료와 스팀 원료 혼합물은 예비개질 반응기를 통과하고, 여기서 CH4를 제외한 탄화수소는 0.5 mol% 미만, 바람직하게 0.2 mol% 미만으로 감소되며, 이로써 예비개질된 가스 스트림이 제공된다. 예비개질된 가스 스트림은 선택적으로 가열된 관형 개질기를 통과하여 CH4가 CO, CO2 및 H2로 더 전환되고, 이로써 관 개질된 가스 스트림이 제공된다. 예비개질된 가스 또는 선택적으로 관 개질된 가스는 자열 개질기를 통과하고, 여기서 90 mol% 초과, 바람직하게 98 mol% 초과의 순도를 갖는 산소 원료가 CH4의 추가 개질을 위해 첨가된다. 이 방식에서, 개질기 섹션은 제1 합성 가스 스트림을 제공한다.
냉각 트레인
냉각 트레인(B)은 제1 합성 가스 스트림의 적어도 일부를 수용하도록 배치된다. 냉각 트레인(B)은 스팀 생성을 위한 현열, 과열된 증기, 증류를 위한 재비등 듀티 및 물 예열을 제공하도록 배치된다. 냉각 트레인(B)은 제1 합성 가스를 점진적으로 냉각한다. 냉각 트레인(B)은 또한 응축된 H2O의 분리를 허용하도록 배치될 수 있다. 모든 실시형태에서, 냉각 트레인(B)은 제2 합성 가스 스트림 및 제3 합성 가스 스트림을 제공하도록 배치된다.
바람직한 양태에서, 냉각 트레인(B)은 제2 합성 가스 스트림보다 고온에서 제3 합성 가스 스트림을 제공하도록 배치된다. 제2 합성 가스 스트림의 온도는 전형적으로 20~70℃이며, 이용가능한 냉각 매체에 따라 가능한 낮은 것이 바람직하고, 전형적으로 주변 공기 조건에 따른다.
제3 합성 가스 스트림의 온도는 바람직하게 제3 합성 가스 스트림의 이슬점보다 10℃ 높은 온도에서 360℃ 사이이다. 제3 합성 가스 스트림의 온도는 시프트 섹션에 적용된 특정 기술에 따라 달라지며, 바람직하게 140~340℃, 더 바람직하게 145~240℃이다.
가장 바람직한 실시형태에서, 제2 합성 가스 스트림의 조성은 제3 합성 가스 스트림의 조성과 동일하다. 그러나, 제3 합성 가스 스트림은 H2O 함량이 제2 합성 가스 스트림과 상이할 수 있다. 제2 합성 가스 스트림에서, 물 함량은 1% 미만, 바람직하게 0.25% 미만일 수 있다. 분리된 물은 소량의 용존 가스를 함유할 것이며, 이것은 제2 및 제3 합성 가스 스트림의 조성에 그다지 영향을 미치지 않는다.
메탄올 합성 섹션
메탄올 합성 섹션(C)은 제2 합성 가스 스트림의 적어도 일부를 수용하도록 배치된다. 메탄올 합성 섹션(C)은 합성 가스 스트림을 미정제 메탄올 스트림 및 퍼지 가스 스트림으로 전환한다. 메탄올 합성 반응은 평형 등식에 의해 설명될 수 있다:
CO2 + 3H2 <-> CH3OH + H2O (1) 또는
CO + 2H2 <-> CH3OH (2)
제2 합성 가스 스트림을 전환하는 공정은, 예를 들어 제2 합성 가스 스트림을 압축하고 압축된 가스를 비등수 반응기를 통과시켜 보냄으로써 일어날 수 있으며, 여기서 CO, CO2 및 H2의 적어도 일부가 메탄올로 전환된 후, 응축 섹션에서 퍼지 가스 스트림이 액체상 메탄올로부터 분리되고, 액체상 메탄올은 미정제 메탄올 스트림에 포함된다.
미정제 메탄올 스트림은 메탄올의 주요 부분을 포함한다; 즉, 이 원료의 75% 이상, 예컨대 85% 이상, 바람직하게 90% 이상, 더 바람직하게 95% 이상이 메탄올이다. 이 스트림의 다른 미량의 성분들은, 제한은 아니지만 고급 알코올, 케톤, 알데하이드, 디메틸에테르(DME), 유기산 및 용존 가스를 포함한다.
메탄올 제조시 최적화된 수율을 얻기 위해 H2, CO 및 CO2의 화학량론이 고려되어야 한다. 바람직한 실시형태에서, 제2 합성 가스 스트림에서 H2, CO 및 CO2의 화학량론은 제2 합성 가스 스트림이 1.8~2.2, 바람직하게 1.9~2.1의 모듈을 갖는 범위 내이며, 여기서 모듈은 몰 함량과 관련하여 다음과 같이 정의된다:
M = (H2-CO2)/(CO+CO2)
제2 합성 가스 스트림의 모듈은 수소-부화 스트림의 첨가에 의해 조정될 수 있으며, 이것은 선택적으로 제2 합성 가스 스트림과 혼합되도록 배치된다. 수소-부화 스트림은 외부 수소 원료에 의해 제공될 수 있지만, 바람직한 실시형태에서 수소-부화 스트림은 메탄올 합성 섹션(C)의 하류에서 분리된 다른 스트림에 의해 제공된다.
메탄올 합성 섹션(C)으로부터 미정제 메탄올 스트림의 적어도 일부가 적합하게 정제 섹션(D)에 공급된다. 정제 섹션(D)은 미정제 메탄올 스트림을 필요한 등급의 정제된 메탄올 스트림(8)으로, 예를 들어 >95%, >98% 또는 >99% 메탄올로 업그레이드한다.
메탄올 합성 공정은 종들의 평형에 좌우되므로, 퍼지 가스 스트림이 60-70% H2, 2-6% CO 및 2-6% CO2를 포함한다. 일부 실시형태에서, 퍼지 가스의 일부는 비등수 반응기로 재순환될 수 있다. 이러한 재순환은 합성 가스의 메탄올로의 충분한 전환을 보장하기 위해, 바람직하게 H2, CO 및 CO2의 90% 초과, 더 바람직하게 95% 초과의 전환을 보장하기 위해 수행되며, 이로써 퍼지 가스 스트림의 주어진 H2, CO 및 CO2 조성에 수렴된다.
시프트 섹션
시프트 섹션(E)은 퍼지 가스 스트림의 적어도 일부, 냉각 트레인(B)에 의해 제공된 제3 합성 가스 스트림의 적어도 일부 및 선택적으로 추가의 스팀 원료를 수용하도록 배치되며, 이들 스트림으로부터 시프트된 가스 스트림을 제공한다.
시프트 섹션(E)은 다음의 시프트 반응에 따라서 CO를 CO2로 시프트한다:
H2O (g) + CO (g) <-> CO2 (g) + H2 (g) (3)
이렇게 제공된 시프트된 가스 스트림은 CO2로 부화되고, CO 함량은 건조 가스 기준으로 바람직하게 2% 미만, 더 바람직하게 1% 미만으로 최소화된다.
바람직한 실시형태에서, 시프트 섹션(E) 입구에서 몰 스팀/건조 가스 비는 0.1~1.0, 바람직하게 0.3~0.8의 범위 내이다. 이것은 CO의 CO2로의 최적 전환을 보장하기 위한 것이다. 입구에서의 가스 조성에 따라, 최적 스팀/건조 가스 비를 얻기 위해 추가의 스팀 원료가 첨가된다. 바람직한 실시형태에서, 스팀 원료는 시프트 섹션(E) 상류에서 제3 합성 가스 스트림 및/또는 퍼지 가스 스트림과 혼합되도록 배치된다. 다른 바람직한 실시형태에서, 스팀 원료는 별도의 원료로서 시프트 섹션(E)에 공급되도록 배치된다.
시프트 섹션(E)은 고온(HT) 시프트 반응기, 중온(MT) 시프트 반응기 또는 저온(LT) 시프트 반응기, 또는 이들 중 2개 이상의 임의의 조합을 포함한다. 바람직한 실시형태에서, HT 시프트 반응기는 300~360℃의 입구 온도에서 작동하고, MT 시프트 반응기는 200~280℃의 입구 온도에서 작동하며, LT 시프트 반응기는 180~250℃의 입구 온도에서 작동한다.
시프트 섹션(E)에서 온도는 적어도 부분적으로 냉각 트레인(B)으로부터 시프트 섹션(E)으로 제공되는 제3 합성 가스 스트림의 온도에 의해 제어된다. 냉각 트레인(B)은 시프트 섹션(E)에 포함된 반응기 또는 반응기 조합에 따라 제3 합성 가스 스트림의 이슬점보다 10℃ 높은 온도에서 360℃ 사이의 온도에서 제3 합성 가스 스트림을 제공하도록 배치된다. 전형적으로, 제3 합성 가스 스트림의 이슬점은 130~180℃이다.
일부 실시형태에서, 제3 합성 가스 스트림의 압력은 시프트 섹션에 대해 상류에서 증가된다. 바람직한 실시형태에서, 제3 합성 가스 스트림의 압력은 시프트 섹션(E)의 입구 앞에서 2~6 bar까지 증가된다. 냉각 단계와 시프트 섹션 사이에서 가스가 압축되어야 한다면, 제3 합성 가스 스트림의 온도는 제3 합성 가스 스트림의 이슬점보다 10℃ 높은 온도에서 200℃ 사이가 될 것이다. 적합하게, 제3 합성 가스 스트림은 150~340℃의 온도를 가진다.
CO 2 제거 섹션
CO2 제거 섹션(F)은 시프트된 가스 스트림의 적어도 일부(및 선택적으로 시프트된 가스 스트림 전부)를 수용하고, 그로부터 CO2-부화 가스 스트림 및 제1 CO2-고갈 가스 스트림을 제공하도록 배치된다. 이 방식에서, CO2-부화 가스 스트림은 저장소로 보내지거나 또는 다른 목적을 위해 공급될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, CO2-부화 가스 스트림은 >90% vol. CO2, 예컨대 >98% vol. CO2, 바람직하게 >99% vol. CO2를 포함한다. 바람직한 실시형태에서, 제1 CO2-고갈 가스 스트림은 1000 ppm vol. 이하, 바람직하게 500 ppm vol. 이하, 더 바람직하게 20 ppm vol. 이하의 CO2 함량을 가진다.
CO2 제거 섹션(F)은 임의의 종래의 CO2 제거 기술을 포함할 수 있으며, 예를 들어 제한은 아니지만 아민 세척, 렉티졸 유닛 또는 콜드 박스 솔루션을 포함한다.
본 발명의 실시형태는 메탄올 합성을 위한 시스템을 제공하며, 원료들, 섹션들, 및 CO2가 포집되고 저장될 수 있는 이들의 배치형태를 추종한다. 상기 시스템의 효과는 메탄올 제조시 배출되는 CO2의 현저한 감소이다. 실시형태들은 수소-부화 가스, 오프가스 및 탄화수소 연료의 연소시 나오는 조합된 연도 가스들의 탄소 함량이 개질기 섹션에 공급된 탄화수소 원료와 제조에 제공된 탄화수소 연료의 탄소 함량 합계의 5% 미만인 것을 보장할 수 있다.
구체적인 실시형태
바람직한 실시형태에서, 시스템은 수소 회수 섹션(G)을 더 포함한다. 수소 회수 섹션(G)은 CO2 제거 섹션(F)으로부터 제1 CO2-고갈 가스 스트림의 적어도 일부를 수용하고, 적어도 제1 수소-부화 스트림, 및 적어도 제1 오프가스 스트림을 제공하도록 배치된다.
수소 회수 섹션(G)은 가스 분리를 위한 몇 가지 기술을 이용할 수 있다. 따라서, 수소 회수 섹션은 압력 스윙 흡착 유닛, 오프가스 압축기, 수소 분리 멤브레인, 및 수소-부화 가스 압축기를 포함할 수 있다. 적용된 기술과 무관하게, 제공된 제1 수소-부화 스트림은 주로 수소를 포함하며, 바람직하게 80% 초과, 더 바람직하게 90% 초과의 수소를 포함한다.
이러한 수소 회수 섹션으로부터의 제1 오프가스 스트림은 15~45% CH4, 0~20% N2 및 0~4% Ar을 포함한다.
수소 회수 섹션을 포함하는 이 실시형태에서, 시스템은 제1 오프가스 스트림의 적어도 일부를 추가의 탄화수소 원료로서 개질기 섹션(A)에 제공하도록 배치될 수 있다. 이러한 배치형태는 시스템에서 탄화수소-함유 원료의 효과적인 사용을 가능하게 한다.
대안으로서, 또는 추가로, 이 실시형태에서, 수소 회수 섹션은, 바람직하게 제2 합성 가스 스트림과의 혼합물(6)로, 수소-부화 스트림의 적어도 일부를 메탄올 합성 섹션(C)에 제공하도록 배치될 수 있다. 이러한 배치형태는 수소-함유 스트림의 효과적인 사용을 가능하게 하고, 제2 합성 가스 스트림 모듈을 조절하기 위한 외부 수소 원료의 필요성을 제한한다.
이 실시형태의 추가의 배치형태로서, 시스템은 수소 회수 섹션(G)으로부터 수소-부화 가스 스트림 및/또는 오프가스 스트림의 적어도 일부가 개질기 섹션(A) 및/또는 보조 스팀 보일러 및/또는 가스 터빈에 연료로 공급되도록 배치될 수 있다. 이 방식에서, 메탄올 합성 제조시 나오는 퍼지 가스는 메탄올 합성 공정에 필요한 에너지원을 구성하며, 외부 연료 공급원의 요구가 감소될 수 있다.
대안의 바람직한 실시형태에서, 본 발명의 원리는 CO2 배출의 더 적은 감소를 달성하기 위해 사용될 수 있다. 이것은, 예를 들어 기존 플랜트의 개량과 관련될 수 있다.
이 실시형태에서, 본 발명은 수소 회수 섹션(G) 없이 수행될 수 있다. 따라서, CO2 제거 섹션(F)에 의해 제공된 제1 CO2-고갈 가스 스트림의 적어도 일부는 적어도 제2 CO2-고갈 가스 스트림 및 적어도 제3 CO2-고갈 가스 스트림으로 분할되도록 배치된다. 제2 및 제3 CO2-고갈 가스 스트림은 모두 CH4와 H2로 부화되고 N2 및 Ar을 포함한다.
이 대안의 실시형태에서, 상기 제2 CO2-고갈 가스 스트림의 적어도 일부는, 바람직하게 제2 합성 가스 스트림과의 혼합물로, 메탄올 합성 섹션(C)에 제공되도록 배치될 수 있다.
이 배치형태에서, 제2 CO2-고갈 가스 스트림은 메탄올 합성 섹션 상류에서 합성 가스 스트림의 종들의 평형, 즉 모듈을 조정하기 위해 사용되는 H2의 공급원을 구성할 수 있다. 따라서, 제2 CO2-고갈 가스 스트림은 이전 실시형태에서 사용된 수소-부화 스트림에 대한 대안이다. 제3 CO2-고갈 가스 스트림은 연료로 사용된다.
제3 CO2-고갈 가스 스트림의 탄소 함량은 적은 정도로 제3 합성 가스 스트림의 유량에 의해 제어될 수 있으며, 그 한계는 제1 합성 가스 스트림의 CH4 함량에 의해 결정되고, 제3 CO2-고갈 가스 스트림에 여전히 존재하는 모든 CH4는 연료로 사용될 것이다. 이것은 제2 CO2-고갈 가스 스트림에 여전히 존재하는 CH4의 일부가 개질기 섹션(A)에서 대체 탄화수소 원료로 사용되는 본 발명의 다른 특정 실시형태와 대조적이다.
다른 바람직한 실시형태에서, 시스템은 수소 회수 섹션(G, 상기 설명된 바와 같은) 및 연료 시스템(H)을 더 포함한다. 이 실시형태에서, 수소 회수 섹션(G)은 적어도 제1 및 제2 수소-부화 스트림, 및 적어도 제1 및 제2 오프가스 스트림을 제공한다. 수소 회수 섹션(G)으로부터 제2 수소-부화 스트림의 적어도 일부 및 제2 오프가스 스트림의 적어도 일부는 연료 시스템(H)에 공급되도록 배치될 수 있다. 또한, 연료 시스템에는 탄화수소 원료가 공급된다. 연료 시스템은 메탄올 생성에 필요한 에너지를 제공한다. 이 실시형태에서, 연료 시스템으로부터의 연소된 가스 스트림은 연도 가스로서 대기로 배출된다.
본원에 설명된 시스템에서 메탄올을 제조하는 방법이 또한 제공된다. 이 방법은:
- 탄화수소 원료, 스팀 원료 및 존재한다면 산소 원료를 개질기 섹션(A)에 공급하여 제1 합성 가스 스트림을 제공하는 단계;
- 제1 합성 가스 스트림의 적어도 일부를 냉각 트레인(B)에 공급하여 제2 합성 가스 및 제3 합성 가스를 제공하는 단계;
- 선택적으로 수소-부화 스트림과의 혼합물로, 제2 합성 가스 스트림의 적어도 일부를 메탄올 합성 섹션(C)에 공급하고, 제2 합성 가스 스트림의 적어도 일부를 미정제 메탄올 스트림 및 퍼지 가스 스트림으로 전환하는 단계;
- 퍼지 가스 스트림의 적어도 일부, 제3 합성 가스 스트림의 적어도 일부 및 선택적으로 스팀 원료를 시프트 섹션(E)에 공급하여 시프트된 가스 스트림을 제공하는 단계;
- 시프트된 가스 스트림의 적어도 일부를 CO2 제거 섹션(F)에 공급하여 제1 CO2-고갈 가스 스트림 및 CO2-부화 가스 스트림을 제공하는 단계
를 포함한다.
상기 제시된 시스템에 관한 모든 양태는 상기 시스템을 사용하는 방법에도 똑같이 적용될 수 있다.
특히, 시스템이 수소 회수 섹션(G)을 더 포함하는 경우, 상기 방법은 제1 CO2-고갈 가스 스트림을 수소 회수 섹션(G)에 공급하고, 제1 CO2-고갈 가스 스트림을 적어도 제1 수소-부화 스트림, 및 적어도 제1 오프가스 스트림으로 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 제1 오프가스 스트림의 적어도 일부를 추가의 탄화수소 원료로서 개질기 섹션(A)에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은, 제2 합성 가스 스트림과의 혼합물로, 수소-부화 스트림의 적어도 일부를 메탄올 합성 섹션(C)에 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 설명된 시스템에 대해, 제1 CO2-고갈 가스 스트림의 적어도 일부는 적어도 제2 CO2-고갈 가스 스트림과 적어도 제3 CO2-고갈 가스 스트림으로 분할될 수 있고, 선택적으로 상기 제2 CO2-고갈 가스 스트림의 적어도 일부는, 바람직하게 제2 합성 가스 스트림과의 혼합물로, 메탄올 합성 섹션(C)에 제공된다. 수소 회수 섹션(G)으로부터 수소-부화 가스 스트림 및/또는 오프가스 스트림의 적어도 일부는 개질기 섹션(A) 및/또는 보조 스팀 보일러 및/또는 가스 터빈에 연료로 공급될 수 있다. 본 발명의 방법에서 제1 합성 가스의 제조는 단열 예비개질 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 제2 합성 가스 스트림보다 고온에서 상기 냉각 트레인(B)으로부터 제3 합성 가스 스트림을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 바람직하게 제3 합성 가스 스트림의 온도는 제3 합성 가스 스트림의 이슬점보다 10℃ 더 높은 온도에서 360℃ 사이의 온도이다.
제3 합성 가스 스트림의 압력은 시프트 섹션(E)의 입구 앞에서 2~6 bar까지 증가될 수 있다. 또한, 스팀 원료가 시프트 섹션(E)으로 유입되기 전에 퍼지 가스 스트림 및/또는 제3 합성 가스 스트림과 혼합될 수 있다.
적합하게, 시프트 섹션(E)의 입구에서 몰 스팀/건조 가스 비는 0.1~1.0, 바람직하게 0.3~0.8의 범위 내이다. 또한, CO2-고갈 가스 스트림은 1000 ppm vol. 이하, 바람직하게 500 ppm vol. 이하, 더 바람직하게 20 ppm vol. 이하의 CO2 함량을 가질 수 있다. CO2-부화 가스 스트림은 >90% vol. CO2, 예컨대 >98% vol. CO2, 바람직하게 >99% vol. CO2를 포함할 수 있다.
상기 방법은 적합하게 제공된 혼합된 합성 가스 스트림이 1.8~2.2, 바람직하게 1.9~2.1의 모듈이 되는 비로 제2 합성 가스 스트림이 수소-부화 스트림과 혼합되는 것을 제공한다. 수소-부화 가스, 오프가스 및 시스템에 대한 탄화수소 연료의 연소시 나오는 조합된 연도 가스들의 탄소 함량은 전형적으로 탄화수소 원료와 탄화수소 연료의 탄소 함량 합계의 5% 미만이다.
도면의 상세한 설명
도 1은 메탄올 제조를 위한 전형적인 선행기술 시스템의 도식적 예시이다.
이 실시형태에서, 탄화수소 스트림(1)이 개질기 섹션(A)으로 보내진다. 스팀 원료(2) 및/또는 산소 원료(3)가 선택된 개질 기술에 필요하면 개질기 섹션(A)에 첨가된다. 개질기 섹션(A)은 하나 이상의 예비개질기(들), 스팀 개질기(들) 및 자열 개질기(들) 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 개질기 섹션(A)은 제1 합성 가스 스트림(4)을 제공한다.
제1 합성 가스 스트림(4)은 냉각 트레인(B)으로 보내지고, 냉각 트레인(B)은 스팀 생성을 위한 현열, 과열된 스팀, 증류를 위한 재비등 듀티 및 물 예열을 제공한다.
냉각 단계 B에서 가스에 존재하는 물의 대부분이 응축되고 분리된 후, 제2 합성 가스 스트림(5)이 수소-부화 스트림(14)과 혼합되어 메탄올 합성 섹션(C)으로 보내진다. 수소-부화 스트림(14)은 혼합 스트림(6)의 모듈 M이 1.8 이상이 되도록 조정된다.
메탄올 합성 섹션(C)은 당업계에 공지된 임의의 메탄올 합성을 수행하도록 배치될 수 있으며, 제2 합성 가스(5 또는 6)의 일부를 미정제 메탄올 스트림(7) 및 퍼지 가스(9)로 전환한다. 이러한 전환은, 예를 들어 제2 합성 가스를 압축하고 그것을 비등수 반응기를 통과시켜 보냄으로써 달성될 수 있으며, 여기서 CO, CO2 및 H2의 일부가 메탄올로 전환되고, 이후 응축 섹션에서 메탄올이 액체상으로 분리된다. 퍼지 가스(9)의 일부는 비등수 반응기(미도시)로 재순환될 수 있다. 미정제 메탄올 스트림(7)은 정제 섹션(D)으로 보내지고, 여기서 임의의 원하는 품질의 메탄올이 생성물 스트림(8)으로 얻어질 수 있다.
퍼지 가스(9)는 수소 회수 섹션(G)으로 보내진다. 수소 회수 섹션(G)은 퍼지 가스(9)를 수소-부화 스트림(14) 및 오프가스 스트림(17)으로 전환한다. 이러한 전환은 PSA 또는 멤브레인을 사용함으로써 달성된다. 수소-부화 스트림(14)은 제2 합성 가스 스트림(6)의 모듈 M을 조정하는데 사용된다. 오프가스 스트림(17)은 시스템(H)에서 연료로 사용된다.
제2 합성 가스 스트림(5)의 모듈 M이 2 이상이면 수소-부화 스트림(14)의 첨가는 필요하지 않다. 이 경우 수소 회수 섹션(G)은 제거될 수 있고, 퍼지 가스(9)는 연료 시스템(H)(미도시)으로 직접 보내질 수 있다.
도 2는 본 발명의 특정 실시형태의 도식적 예시이다.
이 실시형태에서, 몰 스팀/탄소 비가 0.35~2.0, 바람직하게 0.5~1.5가 되도록 정제된 탄화수소 스트림(1)이 스팀 원료(2)와 혼합된다. 탄화수소 스트림(1)과 스팀 원료(2)의 혼합물은 개질기 섹션(A)에 공급된다. 스트림 원료(1 및 2)는 예비개질 반응기를 통과하고, 여기서 CH4를 제외한 탄화수소가 0.5 mol% 미만, 바람직하게 0.2 mol% 미만으로 감소된다. 예비개질기로부터의 가스는 선택적으로 가열된 관형 개질기를 통과하며, CH4의 CO, CO2 및 H2로의 추가 전환이 이루어진다. 예비개질기로부터의 가스 또는 존재한다면 관형 개질기로부터의 가스는 자열 개질기를 통과하고, 여기서 90 mol%를 초과하는, 바람직하게 98 mol%를 초과하는 순도의 산소 원료(3)가 첨가된다. 개질기 섹션(A)은 제1 합성 가스 스트림(4)을 제공한다.
제1 합성 가스 스트림(4)은 냉각 트레인(B)으로 보내지고, 냉각 트레인(B)은 스팀 생성을 위한 현열, 과열된 스팀, 증류를 위한 재비등 듀티 및 물 예열을 제공한다. 냉각 단계 B는 주로 제1 합성 가스에 존재하는 물을 응축하고 제2 합성 가스 스트림(5)으로부터 물을 분리함으로써 제1 합성 가스(4)를 제2 합성 가스 스트림(5) 및 제3 합성 가스 스트림(10)으로 전환한다. 제3 합성 가스 스트림(10)은 시프트 섹션(E)으로 보내진다.
냉각 트레인(B)으로부터 제공된 제2 합성 가스 스트림(5)은 선택적으로 수소-부화 스트림(14)과 혼합되어 메탄올 합성 섹션(C)으로 보내진다. 수소-부화 스트림(14)은 혼합 스트림(6)의 모듈 M이 1.8 이상, 바람직하게 2.05가 되도록 조정된다. 수소-부화 스트림은 외부 수소 원료에 의해 또는 메탄올 합성 섹션(C)의 하류에서 분리된 다른 스트림에 의해 제공될 수 있다(미도시). 혼합 스트림(6)은 메탄올 합성 섹션(C) 입구로의 상류에서 70-100 barg, 바람직하게 80-90 barg로 압축된다.
메탄올 합성 섹션(C)은 당업계에 공지된 임의의 메탄올 합성을 수행하도록 배치될 수 있으며, 제2 합성 가스(5 또는 6)의 일부를 미정제 메탄올 스트림(7) 및 퍼지 가스(9)로 전환한다. 이것은, 예를 들어 제2 합성 가스(5 또는 6)를 압축하고 압축된 합성 가스(5 또는 6)를 비등수 반응기를 통과시켜 보냄으로써 달성될 수 있다. 비등수 반응기에서, CO, CO2 및 H2의 적어도 일부가 메탄올로 전환되며, 반응열은 비등수로의 냉각에 의해 제거된다. 비등수 반응기로부터의 출구 가스는 냉각되어 메탄올의 적어도 일부가 응축되며, 이로써 액체 미정제 메탄올 스트림(7)이 얻어진다.
선택적으로, 퍼지 가스(9)의 일부는 재순환될 수 있으며, 이때 퍼지 가스(9)의 일부는 메탄올 합성 섹션으로 다시 들어간다(미도시). 더 구체적으로, 재순환된 퍼지 가스(9)는 제2 합성 가스 스트림(5 또는 6)과 동일한 압력으로 압축된 후 거기에 첨가된다. 대안으로서, 압축된 재순환된 퍼지 가스(9)는 비등수 반응기에 직접 첨가될 수 있다.
퍼지 가스(9)의 적어도 일부는 제3 합성 가스(10) 및 선택적으로 스팀 원료(2b)와 혼합되고, 이후 선택적으로 조합된 혼합 가스가 시프트 섹션(E)으로 보내진다. 시프트 반응기(E) 입구 앞에서 또는 다른 원료와 혼합되기 전에, 제3 합성 가스 스트림(10)의 압력은 바람직하게 2~6 bar까지 증가된다. 스팀 첨가는 조합된 스트림의 몰 스팀/건조 가스 비가 0.1~1.0, 바람직하게 0.3~0.8이 되도록 조정된다. 조합된 스트림은 200~250℃, 바람직하게 210℃의 입구 온도에서 MT 시프트 반응기를 통과한다. MT 시프트 반응기에서 시프트 평형 반응에 따라 CO 및 H2O가 CO2 및 H2로 전환된다. 이 반응은 단열 조건에서 일어난다. 따라서, 이러한 전환은 단열 평형 온도에 의해 제한된다. 시프트 섹션(E)은 시프트된 가스 스트림(11)을 제공한다.
시프트된 가스 스트림(11)의 적어도 일부는 CO2 제거 섹션(F)으로 보내지고, 이것은 CO2-부화 가스 스트림(12) 및 제1 CO2-고갈 가스 스트림(13)을 제공한다. CO2-고갈 가스 스트림(13)은 바람직하게 1% 이하, 바람직하게 0.1% 이하의 CO2 함량을 가진다. 당업계에 공지된 임의의 CO2 공정이 사용될 수 있다. CO2-부화 가스 스트림(12)은 저장소로 보내질 수 있고 및/또는 다른 목적에 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 특정 실시형태의 도식적 예시이다.
이 실시형태는 도 2에 도시된 모든 요소, 즉 원료들 및 섹션들을 포함하며, 추가로 이 실시형태는 CO2 제거 섹션(F)으로부터 CO2-고갈 가스 스트림(13)을 수용하도록 배치된 수소 회수 섹션(G)을 포함한다.
수소 회수 섹션(G)은 CO2-고갈 가스 스트림(13)의 적어도 일부를 적어도 제1 수소-부화 스트림(14), 및 적어도 제1 오프가스 스트림(15)으로 전환한다. 이것은 바람직하게 압력 스윙 흡착 유닛을 사용하여 달성된다. 제1 수소-부화 스트림(14)은, 바람직하게 제2 합성 가스 스트림(5)과의 혼합물(6)로, 수소-부화 스트림(14b)으로서 메탄올 합성 섹션(C)에 제공되도록 배치될 수 있다. 제1 오프가스 스트림(15)의 일부는 대체 탄화수소 원료로서 개질기 섹션(A)에 제공되도록 배치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 특정 실시형태의 도식적 예시이다.
이 실시형태는 도 2에 도시된 모든 요소, 즉 원료들 및 섹션들을 포함하며, 이 대안의 실시형태에서는 제1 CO2-고갈 가스 스트림(13)이 적어도 제2(28) 및 제3(29) CO2-고갈 가스 스트림으로 분할된다.
제2 CO2-고갈 가스 스트림(28)은, 바람직하게 제2 합성 가스 스트림(5)과의 혼합물(6)로, 메탄올 합성 섹션(C)에 제공되도록 배치된다. 이 방식에서, 제2 CO2-고갈 가스 스트림(28)은 메탄올 합성을 위한 H2 공급원으로 사용되며, 이때 CO2-고갈 가스 스트림(28)은 도 3에 예시된 실시형태에서 외부 H2 공급원으로부터 제공된 수소-부화 스트림(14a) 및 같은 실시형태에서 시스템 자체로부터 제공된 제1 수소-부화 스트림(14b)에 대한 대안이다.
제3 CO2-고갈 가스 스트림(29)은 연료로 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 특정 실시형태의 도식적 예시이다.
이 실시형태는 도 3에 도시된 모든 요소, 즉 원료들 및 섹션들을 포함하며, 또한 연료 시스템(H)을 포함한다.
이 실시형태에서, 수소 회수 섹션(G)은 CO2-고갈 가스 스트림(13)의 적어도 일부를 제1 및 제2 수소-부화 스트림(14 및 16) 및 제1 및 제2 오프가스 스트림(15 및 17)로 전환한다. 이러한 전환은 PSA 또는 멤브레인을 사용함으로써 달성되며, 이들 중 하나가 수소 회수 섹션(G)에 포함된다. 제1 수소-부화 스트림(14)은 스트림(14b)로서, 제2 합성 가스 스트림(5 또는 6)의 모듈 M을 조정하는데 사용될 수 있다. 제2 수소-부화 스트림(16)은 연료 시스템(H)에서 연료로 사용된다. 제1 오프가스 스트림(15)은 개질기 섹션(A)에 대체 탄화수소 원료로서 보내질 수 있다. 제2 오프가스 스트림(17)은 연료 시스템(H)에서 연료로 사용된다. 제2 오프가스 스트림(17)의 유량은 비활성 물질(원칙적으로 N2 및 Ar)의 충분한 퍼지를 보장하도록 조정된다. 수소 회수 섹션(G)에서 선택된 기술에 따라, 즉 PSA인지 멤브레인인지에 따라, 제1 수소-부화 스트림(14b)을 메탄올 합성 섹션(C)에, 제1 오프가스 스트림(15)을 개질기 섹션(A)에 공급하기 전에, 제1 수소-부화 스트림(14b) 및/또는 제1 오프가스 스트림(15)을 압축하는 것이 필요할 것이다.
버너 파일럿을 작동시키기 위해 외부 탄화수소 연료(18)가 사용되며, 연료 시스템(H)의 백업 연료로 사용된다. 연료 시스템(H)은 플랜트 요소, 예를 들어 관형 개질기, 연소식 가열기, 보조 보일러 또는 가스 터빈에 필요한 연료를 공급한다. 결과의 연도 가스 스트림(19)은 대기로 배출될 수 있다.
제3 합성 가스 스트림(10)의 유량은 연도 가스 스트림(19)의 탄소 함량이 탄화수소 스트림(1)과 탄화수소 연료(18)의 조합된 탄소 함량의 5% 미만이 되도록 조정된다.
또한, 본 발명은 퍼지 가스 스트림(9) 상에 수소 회수 단계를 이미 구비한 플랜트에서 수행될 수 있다. 이 경우, 스트림(9)은 메탄올 합성 단계 C 입구 모듈 M을 제어하는데 사용되는 수소-부화 스트림(14) 및 오프가스 스트림으로 분할된다. 가스 스트림(10)이 적절한 온도에서 이 단계로부터 취해지고, 혼합 가스의 몰 스팀/건조 가스 비가 0.1~1.0이 되도록 오프가스 스트림 및 스팀(2b)과 혼합된 후, 시프트 단계 E로 보내진다. E로부터의 출구 가스(11)는 CO2 제거 단계 F로 보내진다. CO2-고갈 가스(13)는 수소 회수 단계 G로 보내질 수 있고, 본 발명에 따르면 이 경우 스트림(16)은 모든 수소-부화 가스를 함유할 것이다. 이 대안의 실시형태도 본 발명과 동일한 낮은 탄소 배출을 충족할 수 있다.
실시예 1
표 1의 데이터는 기존의 두 메탄올 합성 생산 레이아웃에 대한 본 발명의효과를 예시한다.
사례 1에서, 메탄올 제조는 개질기 섹션이 예비개질기와 관형 스팀 개질기 이어서 자열 개질기를 포함하는 시스템 레이아웃으로부터 제공되었다.
사례 2는 사례 1에 대해 사용된 본 발명의 결과를 나타낸다.
사례 3에서, 메탄올 제조는 개질기 섹션이 예비개질 이어서 자열 개질을 포함하는 시스템 레이아웃으로부터 제공되었다.
사례 4는 사례 3에 대해 사용된 본 발명의 결과를 나타낸다.
메탄올 플랜트의 용량은 모든 사례에서 5000 MTPD 메탄올이다(100% 메탄을로 주어짐).
사례 스트림 1+18
탄소 Nm/h		 스트림 19
탄소 Nm/h		 스트림 12
탄소 Nm/h		 탄소 배출 %
1 176692 30445 0 17.2
2 184398 6063 31954 3.3
3 175231 29043 0 16.6
4 180297 4984 29073 2.8
표 1의 결과는 본 발명이 CO2 배출에 대해 상당한 영향을 미친다는 것을 보여준다. CO2를 포집하는 것은 에너지 비용이 들며 총 탄소량이 증가한다. 따라서, 사례 2 및 4에서 탄소 배출이 사례 1 및 3의 배출과 비교되어야 한다. 이러한 비교는 본 발명을 사용하여 상당한 개선이 있음을 보여준다. 또한, 개질 기술의 선택이 큰 영향을 미치며, 자열 방식이 뛰어난 것을 분명히 알 수 있다. 시중의 가장 효율적인 자열 개질 기술은 SynCOR 기술이며, 여기서는 자열 개질이 0.6의 스팀/탄소 비에서 수행된다.
바람직한 실시형태
1. 메탄올을 제조하기 위한 시스템(100)으로서,
- 탄화수소 원료(1);
- 스팀 원료(2);
- 선택적으로 산소 원료(3);
- 상기 탄화수소 원료(1), 상기 스팀 원료(2) 및 존재한다면 상기 산소 원료(3)를 수용하고, 제1 합성 가스 스트림(4)을 제공하도록 배치된 개질기 섹션(A);
- 제1 합성 가스 스트림(4)의 적어도 일부를 수용하고, 제2 합성 가스 스트림(5) 및 제3 합성 가스 스트림(10)을 제공하도록 배치된 냉각 트레인(B);
- 선택적으로 수소-부화 스트림(14)과의 혼합물(6)로, 제2 합성 가스 스트림(5)의 적어도 일부를 수용하고, 미정제 메탄올 스트림(7) 및 퍼지 가스 스트림(9)을 제공하도록 배치된 메탄올 합성 섹션(C);
- 상기 퍼지 가스 스트림(9)의 적어도 일부, 상기 제3 합성 가스 스트림(10)의 적어도 일부 및 선택적으로 스팀 원료(2b)를 수용하고, 시프트된 가스 스트림(11)을 제공하도록 배치된 시프트 섹션(E);
- 시프트된 가스 스트림(11)의 적어도 일부를 수용하고, CO2-부화 가스 스트림(12) 및 제1 CO2-고갈 가스 스트림(13)을 제공하도록 배치된 CO2 제거 섹션(F)
을 포함하는 시스템.
2. 실시형태 1에 있어서, 수소 회수 섹션(G)을 더 포함하며, 상기 수소 회수 섹션(G)은 제1 CO2-고갈 가스 스트림(13)의 적어도 일부를 수용하고, 적어도 제1 수소-부화 스트림(14), 및 적어도 제1 오프가스 스트림(15)을 제공하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
3. 실시형태 2에 있어서, 상기 시스템은 제1 오프가스 스트림(15)의 적어도 일부를 추가의 탄화수소 원료로서 개질기 섹션(A)에 제공하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
4. 실시형태 2 또는 3에 있어서, 시스템은 수소-부화 스트림(14)의 적어도 일부를, 바람직하게 제2 합성 가스 스트림(5)과의 혼합물(6)로, 메탄올 합성 섹션(C)에 제공하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
5. 실시형태 2-4 중 어느 하나에 있어서, 수소 회수 섹션(G)은 압력 스윙 흡착 유닛, 오프가스 압축기, 수소 분리 멤브레인, 및 수소-부화 가스 압축기 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
6. 실시형태 1에 있어서, 제1 CO2-고갈 가스 스트림(13)의 적어도 일부는 적어도 제2 CO2-고갈 가스 스트림(28) 및 적어도 제3 CO2-고갈 가스 스트림(29)으로 분할되도록 배치되고, 선택적으로 상기 제2 CO2-고갈 가스 스트림(28)의 적어도 일부는, 바람직하게 제2 합성 가스 스트림(5)과의 혼합물(6)로, 메탄올 합성 섹션(C)에 제공되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
7. 실시형태 1-6 중 어느 하나에 있어서, 수소 회수 섹션(G)으로부터 수소-부화 가스 스트림(16) 및/또는 오프가스 스트림(17)의 적어도 일부는 개질기 섹션(A) 및/또는 보조 스팀 보일러 및/또는 가스 터빈에 연료로 공급되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
8. 상기 실시형태 중 어느 하나에 있어서, 개질기 섹션(A)은 단열 예비개질기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
9. 상기 실시형태 중 어느 하나에 있어서, 개질기 섹션(A)은 자열 개질기 또는 관형 개질기 이어서 자열 개질기 또는 관형 개질기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
10. 상기 실시형태 중 어느 하나에 있어서, 냉각 트레인(B)은 스팀 생성을 위한 현열, 과열된 스팀, 증류를 위한 재비등 듀티 및 물 예열을 제공하고 및/또는 응축된 H2O의 분리를 허용하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
11. 상기 실시형태 중 어느 하나에 있어서, 냉각 트레인(B)은 제2 합성 가스 스트림(5, 6)보다 고온에서 제3 합성 가스 스트림(10)을 제공하도록 배치되며, 바람직하게 제3 합성 가스 스트림(10)의 온도는 제3 합성 가스 스트림(10)의 이슬점보다 10℃ 더 높은 온도에서 360℃ 사이인 것을 특징으로 하는 시스템.
12. 상기 실시형태 중 어느 하나에 있어서, 제2 합성 가스 스트림(5, 6)은 1.8 내지 2.2, 바람직하게 1.9 내지 2.1의 모듈을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
13. 상기 실시형태 중 어느 하나에 있어서, 시프트 섹션(E)은 HT 시프트 반응기 또는 MT 시프트 반응기 또는 LT 시프트 반응기 또는 이러한 반응기 중 2개의 임의의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
14. 상기 실시형태 중 어느 하나에 있어서, 상기 스팀 원료(2b)는 시프트 섹션(E)으로 유입되기 전 퍼지 가스 스트림(9) 및/또는 제3 합성 가스 스트림(10)과 혼합되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
15. 상기 실시형태 중 어느 하나에 따른 시스템(100)에서 메탄올을 제조하기 위한 방법으로서,
- 탄화수소 원료(1), 스팀 원료(2) 및 존재한다면 산소 원료(3)를 개질기 섹션(A)에 공급하여 제1 합성 가스 스트림(4)을 제공하는 단계;
- 제1 합성 가스 스트림(4)의 적어도 일부를 냉각 트레인(B)에 공급하여 제2 합성 가스(5) 및 제3 합성 가스(10)를 제공하는 단계;
- 선택적으로 수소-부화 스트림(14)과의 혼합물(6)로, 제2 합성 가스 스트림(5)의 적어도 일부를 메탄올 합성 섹션(C)에 공급하고, 제2 합성 가스 스트림(5, 6)의 적어도 일부를 미정제 메탄올 스트림(7) 및 퍼지 가스 스트림(9)으로 전환하는 단계;
- 퍼지 가스 스트림(9)의 적어도 일부, 제3 합성 가스 스트림(10)의 적어도 일부 및 선택적으로 스팀 원료(2b)를 시프트 섹션(E)에 공급하여 시프트된 가스 스트림(11)을 제공하는 단계;
- 시프트된 가스 스트림(11)의 적어도 일부를 CO2 제거 섹션(F)에 공급하여 제1 CO2-고갈 가스 스트림(13) 및 CO2-부화 가스 스트림(12)을 제공하는 단계
를 포함하는 방법.
16. 실시형태 15에 있어서, 시스템은 수소 회수 섹션(G)을 더 포함하며, 상기 방법은 제1 CO2-고갈 가스 스트림(13)을 수소 회수 섹션(G)에 공급하고, 제1 CO2-고갈 가스 스트림(13)을 적어도 제1 수소-부화 스트림(14), 및 적어도 제1 오프가스 스트림(15)으로 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 실시형태 16에 있어서, 상기 방법은 제1 오프가스 스트림(15)의 적어도 일부를 추가의 탄화수소 원료로서 개질기 섹션(A)에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 실시형태 16 또는 17에 있어서, 상기 방법은 수소-부화 스트림(14)의 적어도 일부를, 바람직하게 제2 합성 가스 스트림(5)과의 혼합물(6)로, 메탄올 합성 섹션(C)에 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 실시형태 15에 있어서, 제1 CO2-고갈 가스 스트림(13)의 적어도 일부는 적어도 제2 CO2-고갈 가스 스트림(28) 및 적어도 제3 CO2-고갈 가스 스트림(29)으로 분할되고, 선택적으로 상기 제2 CO2-고갈 가스 스트림(28)의 적어도 일부는, 바람직하게 제2 합성 가스 스트림(5)과의 혼합물(6)로, 메탄올 합성 섹션(C)에 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 실시형태 15-19 중 어느 하나에 있어서, 수소 회수 섹션(G)으로부터 수소-부화 가스 스트림(16) 및/또는 오프가스 스트림(17)의 적어도 일부는 연료로서 개질기 섹션(A) 및/또는 보조 스팀 보일러 및/또는 가스 터빈에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 실시형태 15-20 중 어느 하나에 있어서, 제1 합성 가스(4)의 생성은 단열 예비개질 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 실시형태 15-21 중 어느 하나에 있어서, 제2 합성 가스 스트림(5, 6)보다 고온에서 상기 냉각 트레인(B)으로부터 제3 합성 가스 스트림(10)을 제공하는 단계를 포함하며, 바람직하게 제3 합성 가스 스트림(10)의 온도는 제3 합성 가스 스트림(10)의 이슬점보다 10℃ 더 높은 온도에서 360℃ 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
23. 실시형태 15-22 중 어느 하나에 있어서, 제3 합성 가스 스트림(10)의 압력은 시프트 섹션(E)의 입구 앞에서 2~6 bar까지 증가되는 것을 특징으로 하는 방법.
24. 실시형태 15-23 중 어느 하나에 있어서, 상기 스팀 원료(2b)는 시프트 섹션(E)으로 유입되기 전 퍼지 가스 스트림(9) 및/또는 제3 합성 가스 스트림(10)과 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
25. 실시형태 15-24 중 어느 하나에 있어서, 시프트 섹션(E)의 입구에서 몰 스팀/건조 가스 비는 0.1~1.0, 바람직하게 0.3~0.8의 범위 내인 것을 특징으로 하는 방법.
26. 실시형태 15-25 중 어느 하나에 있어서, CO2-고갈 가스 스트림(13)은 1000 ppm vol. 이하, 바람직하게 500 ppm vol. 이하, 더 바람직하게 20 ppm vol. 이하의 CO2 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
27. 실시형태 15-26 중 어느 하나에 있어서, CO2-부화 가스 스트림(12)은 >90% vol. CO2, 예컨대 >98% vol. CO2, 바람직하게 >99% vol. CO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
28. 실시형태 15-27 중 어느 하나에 있어서, 제2 합성 가스 스트림(5)은 제공된 혼합된 합성 가스 스트림(6)이 1.9~2.2, 바람직하게 1.95~2.1의 모듈을 갖는 비가 되도록 수소-부화 스트림(14)과 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
29. 실시형태 15-28 중 어느 하나에 있어서, 수소-부화 가스(16), 오프가스(17) 및 시스템에 대한 탄화수소 연료(18)를 연소할 때 나오는 조합된 연도 가스(19)의 탄소 함량은 탄화수소 원료(1)와 탄화수소 연료(18)의 탄소 함량 합계의 5% 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
30. 실시형태 1-14 중 어느 하나에 따른 시스템을 포함하는 플랜트.

Claims (20)

  1. 메탄올을 제조하기 위한 시스템(100)으로서,
    - 탄화수소 원료(1);
    - 스팀 원료(2);
    - 선택적으로 산소 원료(3);
    - 상기 탄화수소 원료(1), 상기 스팀 원료(2) 및 존재한다면 상기 산소 원료(3)를 수용하고, 제1 합성 가스 스트림(4)을 제공하도록 배치된 개질기 섹션(A);
    - 제1 합성 가스 스트림(4)의 적어도 일부를 수용하고, 제2 합성 가스 스트림(5) 및 제3 합성 가스 스트림(10)을 제공하도록 배치된 냉각 트레인(B);
    - 선택적으로 수소-부화 스트림(14)과의 혼합물(6)로, 제2 합성 가스 스트림(5)의 적어도 일부를 수용하고, 미정제 메탄올 스트림(7) 및 퍼지 가스 스트림(9)을 제공하도록 배치된 메탄올 합성 섹션(C);
    - 상기 퍼지 가스 스트림(9)의 적어도 일부, 상기 제3 합성 가스 스트림(10)의 적어도 일부 및 선택적으로 스팀 원료(2b)를 수용하고, 시프트된 가스 스트림(11)을 제공하도록 배치된 시프트 섹션(E);
    - 시프트된 가스 스트림(11)의 적어도 일부를 수용하고, CO2-부화 가스 스트림(12) 및 제1 CO2-고갈 가스 스트림(13)을 제공하도록 배치된 CO2 제거 섹션(F)
    을 포함하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 수소 회수 섹션(G)을 더 포함하며, 상기 수소 회수 섹션(G)은 제1 CO2-고갈 가스 스트림(13)의 적어도 일부를 수용하고, 적어도 제1 수소-부화 스트림(14), 및 적어도 제1 오프가스 스트림(15)을 제공하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 시스템은 제1 오프가스 스트림(15)의 적어도 일부를 추가의 탄화수소 원료로서 개질기 섹션(A)에 제공하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 시스템은 수소-부화 스트림(14)의 적어도 일부를, 바람직하게 제2 합성 가스 스트림(5)과의 혼합물(6)로, 메탄올 합성 섹션(C)에 제공하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 제1 CO2-고갈 가스 스트림(13)의 적어도 일부는 적어도 제2 CO2-고갈 가스 스트림(28) 및 적어도 제3 CO2-고갈 가스 스트림(29)으로 분할되도록 배치되고, 선택적으로 상기 제2 CO2-고갈 가스 스트림(28)의 적어도 일부는, 바람직하게 제2 합성 가스 스트림(5)과의 혼합물(6)로, 메탄올 합성 섹션(C)에 제공되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 수소 회수 섹션(G)으로부터 수소-부화 가스 스트림(16) 및/또는 오프가스 스트림(17)의 적어도 일부는 개질기 섹션(A) 및/또는 보조 스팀 보일러 및/또는 가스 터빈에 연료로 공급되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 트레인(B)은 스팀 생성을 위한 현열, 과열된 스팀, 증류를 위한 재비등 듀티 및 물 예열을 제공하고 및/또는 응축된 H2O의 분리를 허용하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 트레인(B)은 제2 합성 가스 스트림(5, 6)보다 고온에서 제3 합성 가스 스트림(10)을 제공하도록 배치되며, 바람직하게 제3 합성 가스 스트림(10)의 온도는 제3 합성 가스 스트림(10)의 이슬점보다 10℃ 더 높은 온도에서 360℃ 사이인 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 항 항에 있어서, 제2 합성 가스 스트림(5, 6)은 1.8 내지 2.2, 바람직하게 1.9 내지 2.1의 모듈을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스팀 원료(2b)는 시프트 섹션(E)으로 유입되기 전 퍼지 가스 스트림(9) 및/또는 제3 합성 가스 스트림(10)과 혼합되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 시스템(100)에서 메탄올을 제조하기 위한 방법으로서,
    - 탄화수소 원료(1), 스팀 원료(2) 및 존재한다면 산소 원료(3)를 개질기 섹션(A)에 공급하여 제1 합성 가스 스트림(4)을 제공하는 단계;
    - 제1 합성 가스 스트림(4)의 적어도 일부를 냉각 트레인(B)에 공급하여 제2 합성 가스(5) 및 제3 합성 가스(10)를 제공하는 단계;
    - 선택적으로 수소-부화 스트림(14)과의 혼합물(6)로, 제2 합성 가스 스트림(5)의 적어도 일부를 메탄올 합성 섹션(C)에 공급하고, 제2 합성 가스 스트림(5, 6)의 적어도 일부를 미정제 메탄올 스트림(7) 및 퍼지 가스 스트림(9)으로 전환하는 단계;
    - 퍼지 가스 스트림(9)의 적어도 일부, 제3 합성 가스 스트림(10)의 적어도 일부 및 선택적으로 스팀 원료(2b)를 시프트 섹션(E)에 공급하여 시프트된 가스 스트림(11)을 제공하는 단계;
    - 시프트된 가스 스트림(11)의 적어도 일부를 CO2 제거 섹션(F)에 공급하여 제1 CO2-고갈 가스 스트림(13) 및 CO2-부화 가스 스트림(12)을 제공하는 단계
    를 포함하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 시스템은 수소 회수 섹션(G)을 더 포함하며, 상기 방법은 제1 CO2-고갈 가스 스트림(13)을 수소 회수 섹션(G)에 공급하고, 제1 CO2-고갈 가스 스트림(13)을 적어도 제1 수소-부화 스트림(14), 및 적어도 제1 오프가스 스트림(15)으로 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 방법은 제1 오프가스 스트림(15)의 적어도 일부를 추가의 탄화수소 원료로서 개질기 섹션(A)에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 수소-부화 스트림(14)의 적어도 일부를, 바람직하게 제2 합성 가스 스트림(5)과의 혼합물(6)로, 메탄올 합성 섹션(C)에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 제1 CO2-고갈 가스 스트림(13)의 적어도 일부는 적어도 제2 CO2-고갈 가스 스트림(28) 및 적어도 제3 CO2-고갈 가스 스트림(29)으로 분할되고, 선택적으로 상기 제2 CO2-고갈 가스 스트림(28)의 적어도 일부는, 바람직하게 제2 합성 가스 스트림(5)과의 혼합물(6)로, 메탄올 합성 섹션(C)에 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 수소 회수 섹션(G)으로부터 수소-부화 가스 스트림(16) 및/또는 오프가스 스트림(17)의 적어도 일부는 개질기 섹션(A) 및/또는 보조 스팀 보일러 및/또는 가스 터빈에 연료로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 합성 가스 스트림(5, 6)보다 고온에서 상기 냉각 트레인(B)으로부터 제3 합성 가스 스트림(10)을 제공하는 단계를 포함하며, 바람직하게 제3 합성 가스 스트림(10)의 온도는 제3 합성 가스 스트림(10)의 이슬점보다 10℃ 더 높은 온도에서 360℃ 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 11 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스팀 원료(2b)는 시프트 섹션(E)으로 유입되기 전 퍼지 가스 스트림(9) 및/또는 제3 합성 가스 스트림(10)과 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 11 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 수소-부화 가스(16), 오프가스(17) 및 시스템에 대한 탄화수소 연료(18)의 연소시 나오는 조합된 연도 가스(19)의 탄소 함량은 탄화수소 원료(1)와 탄화수소 연료(18)의 탄소 함량 합계의 5% 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 시스템을 포함하는 플랜트.
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