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KR102750305B1 - Continuous syngas-production method and syngas-production system comprising regeneration of reforming catalysts deactivated by coking - Google Patents

Continuous syngas-production method and syngas-production system comprising regeneration of reforming catalysts deactivated by coking Download PDF

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KR102750305B1
KR102750305B1 KR1020220036731A KR20220036731A KR102750305B1 KR 102750305 B1 KR102750305 B1 KR 102750305B1 KR 1020220036731 A KR1020220036731 A KR 1020220036731A KR 20220036731 A KR20220036731 A KR 20220036731A KR 102750305 B1 KR102750305 B1 KR 102750305B1
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윤왕래
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한국에너지기술연구원
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Abstract

본 발명은 개질촉매의 활성을 보존함과 동시에 합성가스의 생산효율을 향상시킬 수 있는 합성가스 생산의 연속 운전 방법에 관한 것으로, 상세하게 합성가스 생산의 연속 운전 방법은 메탄을 포함하는 탄화수소 가스 스트림 및 이산화탄소를 함유하는 제1스트림을 각각의 개질촉매가 위치하는 다관형의 개질반응기의 입구로 공급하여 상기 다관형의 개질반응기 출구로 배출되는 수소 및 일산화탄소를 포함하는 합성가스를 제조하는 제1모드; 및 상기 탄화수소 가스 스트림을 차단하고, 상기 제1스트림을 선택적으로 또는 순차적으로 상기 다관형의 적어도 일 개질반응기로 공급하여 코크가 침적된 개질촉매를 재생하는 제2모드; 를 포함하며, 상기 제2모드가 수행되는 동시에 다른 일 개질반응기로 상기 탄화수소 가스 스트림 및 제1스트림이 지속적으로 공급되어 상기 제1모드가 연속적으로 작동되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a continuous operation method for producing synthesis gas, which can improve the production efficiency of synthesis gas while preserving the activity of a reforming catalyst. Specifically, the continuous operation method for producing synthesis gas includes: a first mode for supplying a hydrocarbon gas stream containing methane and a first stream containing carbon dioxide to the inlet of a multi-tubular reforming reactor in which each reforming catalyst is positioned, thereby producing a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide which is discharged through the outlet of the multi-tubular reforming reactor; and a second mode for blocking the hydrocarbon gas stream and selectively or sequentially supplying the first stream to at least one of the multi-tubular reforming reactors to regenerate the reforming catalyst in which coke is deposited; and is characterized in that the hydrocarbon gas stream and the first stream are continuously supplied to another reforming reactor while the second mode is being performed, so that the first mode is continuously operated.

Description

합성가스 생산 중 코킹에 의해 비활성화된 개질촉매의 재생을 포함하는 연속 운전 방법 및 합성가스 생산 시스템{Continuous syngas-production method and syngas-production system comprising regeneration of reforming catalysts deactivated by coking}Continuous syngas-production method and syngas-production system comprising regeneration of reforming catalysts deactivated by coking during syngas production

본 발명은 개질촉매 재생을 포함하는 합성가스 생산을 위한 연속 운전 방법 및 합성가스 생산 시스템에 관한 것으로, 상세하게 탄화수소와 이산화탄소를 주로 반응시켜 합성가스의 생산을 지속적으로 유지하면서 코킹에 의해서 비활성화된 개질촉매의 재생을 포함하는 연속 운전 방법 및 합성가스 생산 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a continuous operation method for producing synthesis gas including regeneration of a reforming catalyst and a synthesis gas production system, and more particularly, to a continuous operation method including regeneration of a reforming catalyst deactivated by coking and a synthesis gas production system, which continuously maintains production of synthesis gas by mainly reacting hydrocarbons and carbon dioxide.

바이오가스나 제철소 부생가스 등에 포함된 탄소수소와 이산화탄소의 개질반응을 통하여 합성가스를 생산하는 반응 공정에서는 이산화탄소의 전환율 제고를 위해 고온과 스팀/카본비(steam-to-carbon ratio)가 낮은 운전조건이 요구될 때가 있다.In the reaction process of producing synthesis gas through the reforming reaction of carbon dioxide and hydrogen contained in biogas or steel mill by-product gas, high temperature and low steam-to-carbon ratio operating conditions are sometimes required to increase the conversion rate of carbon dioxide.

이 개질반응 공정에서 사용되는 반응기에 개질촉매가 내장되어 있으나, 전술한 운전조건에서 개질촉매 표면에 탄소 성분이 침착되는 문제가 있다.A reforming catalyst is built into the reactor used in this reforming reaction process, but there is a problem in which carbon components are deposited on the surface of the reforming catalyst under the operating conditions described above.

이러한 침착물을 코크(coke), 이와 같이 코크가 발생하는 현상을 코킹(coking) 현상이라고 하는데 코킹 현상에 의해 개질촉매 상에 코크의 생성량이 많아질 경우 영구적인 촉매 성능의 손실과 촉매층에서의 압력강하 심화로 공정의 안정적 운영에 어려움이 발생할 수밖에 없다.These deposits are called coke, and the phenomenon in which coke is generated is called coking. If the amount of coke generated on the reforming catalyst increases due to the coking phenomenon, permanent catalytic performance loss and increased pressure drop in the catalyst layer inevitably lead to difficulties in stable operation of the process.

이러한 문제를 해결하기 위해 대한민국 공개특허 10-2012-0074400호에서는 수증기를 공급하여 개질촉매를 재생하는 방법을 제공하고 있으나, 전이금속계열의 촉매는 재생을 위해 공급되는 수증기에 의해 활성점이 쉽게 산화되어 촉매가 손상되거나, 별도의 환원과정이 수반되어야 하는 공정이 추가로 필요할 뿐 만 아니라 코크 제거 시 정상적인 합성가스 생산을 위한 운전이 불가능하다는 단점이 있다.To solve these problems, Korean Patent Publication No. 10-2012-0074400 provides a method for regenerating a reforming catalyst by supplying steam. However, transition metal catalysts have the disadvantage that the active sites are easily oxidized by the steam supplied for regeneration, which damages the catalyst, and that a separate reduction process is additionally required, and that normal operation for producing synthesis gas is impossible when coke is removed.

이에, 개질촉매 상에 형성된 코크를 효율적으로 제거하여 코크가 침착된 개질촉매를 재생시키는 기술과 더불어 코크 제거 과정 중에도 합성가스의 생산 공정이 중단없이 연속적으로 운전되어 생산 효율을 향상시키는 기술이 필요하다. Accordingly, a technology is needed to efficiently remove coke formed on a reforming catalyst and regenerate the reforming catalyst on which coke has been deposited, as well as a technology to continuously operate the synthesis gas production process without interruption even during the coke removal process to improve production efficiency.

대한민국 공개특허 10-2012-0074400Republic of Korea Publication Patent No. 10-2012-0074400

본 발명의 목적은 코킹에 의해 활성이 저하된 개질촉매의 활성을 재생함과 동시에 합성가스의 생산을 지속적으로 유지할 수 있는 합성가스 생산의 연속 운전 방법을 제공하는 것이다. The purpose of the present invention is to provide a continuous operation method for producing synthesis gas capable of regenerating the activity of a reforming catalyst whose activity has been reduced by coking and at the same time continuously maintaining the production of synthesis gas.

본 발명의 다른 목적은 합성가스의 생산 효율을 향상시킬 수 있는 합성가스 생산 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a synthesis gas production system capable of improving the production efficiency of synthesis gas.

본 발명의 일 양태에 따른 합성가스 생산의 연속 운전 방법은 메탄을 포함하는 탄화수소 가스 스트림 및 이산화탄소를 함유하는 제1스트림을 각각의 개질촉매가 위치하는 다관형의 개질반응기의 입구로 공급하여 상기 다관형의 개질반응기 출구로 배출되는 수소 및 일산화탄소를 포함하는 합성가스를 제조하는 제1모드; 및 상기 탄화수소 가스 스트림을 차단하고, 상기 제1스트림을 선택적으로 또는 순차적으로 상기 다관형의 적어도 일 개질반응기로 공급하여 코크가 침적된 개질촉매를 재생하는 제2모드; 를 포함하며, 상기 제2모드가 수행되는 동시에 다른 일 개질반응기로 상기 탄화수소 가스 스트림 및 제1스트림이 지속적으로 공급되어 상기 제1모드가 연속적으로 작동되는 것을 특징으로 한다.A continuous operation method for producing synthesis gas according to one aspect of the present invention comprises: a first mode for supplying a hydrocarbon gas stream containing methane and a first stream containing carbon dioxide to the inlet of a multi-tubular reforming reactor in which each reforming catalyst is positioned, thereby producing a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide which is discharged through the outlet of the multi-tubular reforming reactor; and a second mode for blocking the hydrocarbon gas stream and selectively or sequentially supplying the first stream to at least one of the multi-tubular reforming reactors to regenerate the reforming catalyst in which coke is deposited; wherein, while the second mode is performed, the hydrocarbon gas stream and the first stream are continuously supplied to another reforming reactor, so that the first mode is continuously operated.

본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스 생산의 연속 운전 방법에 있어, 제2모드는 하기 조건식 1을 만족하는 경우 시작될 수 있다.In a continuous operation method for producing synthesis gas according to one embodiment of the present invention, the second mode can be started when the following condition 1 is satisfied.

(조건식 1)(Condition 1)

ΔPt > 1.1 x ΔPi ΔP t > 1.1 x ΔP i

조건식 1의 ΔPt는 임의의 시간(t) 동안 제1모드가 수행된 후 다관형의 개질반응기 각각에서의 입구 및 출구에서 측정되는 압력의 차이(P입구 - P출구)이고, ΔPi는 제1모드가 수행된 초기에 측정되는 다관형의 개질반응기 각각의 입구 및 출구에서의 압력차이다.ΔP t in Conditional Equation 1 is the pressure difference (P inlet - P outlet ) measured at the inlet and outlet of each multi-tubular reforming reactor after the first mode is performed for an arbitrary time (t), and ΔP i is the pressure difference at the inlet and outlet of each multi-tubular reforming reactor measured at the initial stage when the first mode is performed.

본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스 생산의 연속 운전 방법에 있어, 제2모드는 하기 조건 1 내지 조건 3 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 만족하는 경우 종료될 수 있다.In a continuous operation method for producing synthesis gas according to one embodiment of the present invention, the second mode may be terminated when at least one selected from the following conditions 1 to 3 is satisfied.

조건 1: 상기 개질반응기의 촉매층 최고 온도가 900℃ 초과Condition 1: The maximum temperature of the catalyst layer of the above reforming reactor exceeds 900℃.

조건 2: ΔPt < 1.01 x ΔPi ( ΔPt 및 ΔPi는 상기 조건식 1의 규정과 동일)Condition 2: ΔP t < 1.01 x ΔP i (ΔP t and ΔP i are the same as those in Condition 1 above)

조건 3: 상기 개질반응기의 출구로 배출되는 일산화탄소의 농도가 5 mol% 이하Condition 3: The concentration of carbon monoxide discharged from the outlet of the above reforming reactor is 5 mol% or less.

본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스 생산의 연속 운전 방법에 있어, 제1모드는 수증기 스트림을 더 공급하여 수행될 수 있다. In a continuous operation method for producing synthesis gas according to one embodiment of the present invention, the first mode can be performed by additionally supplying a steam stream.

본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스 생산의 연속 운전 방법에 있어, 상기 개질반응기에서 탄화수소 가스를 이산화탄소와 반응시켜 개질하는 건식 개질 반응 또는 탄화수소 가스를 이산화탄소 및 수증기와 동시에 반응시켜 개질하는 복합 개질 반응이 일어나는 것일 수 있다.In a continuous operation method for producing synthesis gas according to one embodiment of the present invention, a dry reforming reaction may occur in the reforming reactor in which hydrocarbon gas is reformed by reacting it with carbon dioxide, or a combined reforming reaction may occur in which hydrocarbon gas is reformed by reacting it with carbon dioxide and water vapor simultaneously.

본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스 생산의 연속 운전 방법에 있어, 상기 건식 개질 반응을 위해 개질반응기로 공급되는 탄화수소 가스: 이산화탄소의 몰비는 1: 1 내지 2일 수 있다.In a continuous operation method for producing synthesis gas according to one embodiment of the present invention, the molar ratio of hydrocarbon gas:carbon dioxide supplied to the reforming reactor for the dry reforming reaction may be 1:1 to 2.

본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스 생산의 연속 운전 방법에 있어, 상기 복합 개질 반응을 위해 개질반응기로 공급되는 탄화수소 가스: 수증기의 몰비는 1: 0.1 내지 1.5일 수 있다.In a continuous operation method for producing synthesis gas according to one embodiment of the present invention, the molar ratio of hydrocarbon gas:steam supplied to the reforming reactor for the complex reforming reaction may be 1:0.1 to 1.5.

본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스 생산의 연속 운전 방법에 있어, 상기 개질촉매는 철(Fe), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 및 백금(Pt) 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 전이금속을 포함할 수 있다.In a continuous operation method for producing synthesis gas according to one embodiment of the present invention, the reforming catalyst may include at least one transition metal selected from iron (Fe), aluminum (Al), nickel (Ni), chromium (Cr), palladium (Pd), rhodium (Rh), and platinum (Pt).

본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스 생산의 연속 운전 방법에 있어, 상기 제2모드에서 침적된 코크는 역부다(Reverse Boudouard) 반응에 의해 제거될 수 있다.In a continuous operation method for producing synthesis gas according to one embodiment of the present invention, coke deposited in the second mode can be removed by a reverse Boudouard reaction.

본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스 생산의 연속 운전 방법에 있어, 상기 개질촉매의 재생은 500 내지 900 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.In a continuous operation method for producing synthesis gas according to one embodiment of the present invention, the regeneration of the reforming catalyst can be performed at a temperature of 500 to 900°C.

본 발명은 다른 일 양태로 합성가스 생산 시스템을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a synthesis gas production system.

본 발명의 다른 일 양태에 따른 합성가스 생산 시스템은 서로 독립적인 원료물질인 탄화수소 가스 스트림 및 이산화탄소를 포함하는 제1스트림이 독립적으로 공급관을 통해 공급되는 원료물질 공급부; 및 각각의 개질촉매가 구비된 다관형의 개질반응기가 구비된 개질반응부; 를 포함하고, 상기 원료물질은 각각의 개질반응기와 연통된 상기 공급관을 통해 상기 개질반응기의 입구로 공급되어 상기 개질반응기의 출구로 배출되는 수소 및 일산화탄소를 포함하는 합성가스를 생산하되, 적어도 일 개질반응기로 제1스트림을 공급하고, 상기 일 개질반응기로 제1스트림을 제외한 원료물질의 공급을 차단하여 코크가 침적된 개질촉매를 재생시키되, 다른 일 개질반응기로 상기 원료물질이 지속적으로 공급되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, a synthesis gas production system comprises: a raw material supply unit into which a first stream including a hydrocarbon gas stream and carbon dioxide, which are independent raw materials, are independently supplied through a supply pipe; and a reforming reactor having a multi-tubular reforming reactor, each of which is equipped with a reforming catalyst; wherein the raw materials are supplied to the inlets of the reforming reactors through the supply pipes communicated with each of the reforming reactors to produce a synthesis gas including hydrogen and carbon monoxide discharged from the outlet of the reforming reactor, wherein the first stream is supplied to at least one reforming reactor, and the supply of raw materials except for the first stream to the one reforming reactor is blocked to regenerate a reforming catalyst in which coke is deposited, and the raw materials are continuously supplied to another reforming reactor.

본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스 생산 시스템에 있어, 상기 코크가 침적된 개질촉매 재생의 시작은 하기 조건식 1에 의해 제어되고, 개질촉매 재생의 종료는 하기 조건 1 내지 조건 3 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 인자에 의해 제어될 수 있다.In a synthesis gas production system according to one embodiment of the present invention, the start of the regeneration of the reforming catalyst in which the coke is deposited is controlled by the following conditional expression 1, and the end of the regeneration of the reforming catalyst can be controlled by one or more factors selected from the following conditions 1 to 3.

(조건식 1)(Condition 1)

ΔPt > 1.1 x ΔPi ΔP t > 1.1 x ΔP i

조건식 1의 ΔPt는 임의의 시간(t) 동안 제1모드가 수행된 후 다관형의 개질반응기 각각에서의 입구 및 출구에서 측정되는 압력의 차이(P입구 - P출구)이고, ΔPi는 제1모드가 수행된 초기에 측정되는 다관형의 개질반응기 각각의 입구 및 출구에서의 압력차이다.ΔP t in Conditional Equation 1 is the pressure difference (P inlet - P outlet ) measured at the inlet and outlet of each multi-tubular reforming reactor after the first mode is performed for an arbitrary time (t), and ΔP i is the pressure difference at the inlet and outlet of each multi-tubular reforming reactor measured at the initial stage when the first mode is performed.

조건 1: 상기 개질반응기의 촉매층 최고 온도가 900℃ 초과Condition 1: The maximum temperature of the catalyst layer of the above reforming reactor exceeds 900℃.

조건 2: ΔPt < 1.01 x ΔPi ( ΔPt 및 ΔPi는 상기 조건식 1의 규정과 동일)Condition 2: ΔP t < 1.01 x ΔP i (ΔP t and ΔP i are the same as those in Condition 1 above)

조건 3: 상기 개질반응기의 출구로 배출되는 일산화탄소의 농도가 5 mol% 이하Condition 3: The concentration of carbon monoxide discharged from the outlet of the above reforming reactor is 5 mol% or less.

본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스 생산 시스템에 있어, 상기 원료공급부는 원료물질로 수증기를 더 포함하여 공급할 수 있다.In a synthesis gas production system according to one embodiment of the present invention, the raw material supply unit may further supply steam as a raw material.

본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스 생산 시스템에 있어, 상기 개질반응부 후단에 위치하여 미반응된 이산화탄소를 분리 및 포집하는 이산화탄소 분리부; 를 더 포함할 수 있다.In a synthesis gas production system according to one embodiment of the present invention, a carbon dioxide separation unit positioned at the rear end of the reforming reaction unit for separating and capturing unreacted carbon dioxide may be further included.

본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스 생산 시스템에 있어, 상기 분리 및 포집된 이산화탄소를 상기 개질반응부의 적어도 일 개질반응기로 재공급하여 합성가스의 생산 또는 코크가 침적된 개질촉매를 재생시킬 수 있다.In a synthesis gas production system according to one embodiment of the present invention, the separated and captured carbon dioxide can be resupplied to at least one reforming reactor of the reforming reaction unit to produce synthesis gas or regenerate a reforming catalyst on which coke has been deposited.

본 발명의 일 구현예에 따른 합성가스 생산의 연속 운전 방법은 메탄이 주성분으로 포함된 탄화수소 가스 스트림 및 이산화탄소를 함유하는 제1스트림을 각각의 개질촉매가 위치하는 다관형의 개질반응기의 입구로 공급하여 다관형의 개질반응기 출구로 배출되는 수소 및 일산화탄소를 포함하는 합성가스를 제조하는 제1모드; 및 상기 탄화수소 가스 스트림을 차단하고, 상기 제1스트림을 선택적으로 또는 순차적으로 상기 다관형의 적어도 일 개질반응기로 공급하여 코크가 침적된 개질촉매를 재생하는 제2모드; 를 포함하며, 상기 제2모드가 수행되는 동시에 다른 일 개질반응기로 상기 탄화수소 가스 스트림 및 제1스트림이 지속적으로 공급되어 상기 제1모드가 연속적으로 작동되는 것을 특징으로 함에 따라 개질촉매의 활성을 보존함과 동시에 합성가스의 생산을 지속적으로 유지할 수 있는 장점이 있다.According to one embodiment of the present invention, a continuous operation method for producing synthesis gas comprises: a first mode for supplying a hydrocarbon gas stream containing methane as a main component and a first stream containing carbon dioxide to the inlet of a multi-tubular reforming reactor in which each reforming catalyst is positioned, thereby producing a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide discharged from the outlet of the multi-tubular reforming reactor; and a second mode for blocking the hydrocarbon gas stream and selectively or sequentially supplying the first stream to at least one of the multi-tubular reforming reactors to regenerate the reforming catalyst in which coke is deposited; wherein, while the second mode is performed, the hydrocarbon gas stream and the first stream are continuously supplied to another reforming reactor, thereby continuously operating the first mode, thereby having an advantage in that the activity of the reforming catalyst can be preserved while continuously maintaining the production of the synthesis gas.

도 1(a) 및 도 1(b)는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 초기 합성가스 생산 시스템 및 코크가 침적된 개질촉매의 재생 공정을 포함하는 합성가스 생산 시스템의 공정도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 합성가스 생산 시스템의 공정도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 합성가스 생산 시스템의 공정도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 수행되는 촉매의 재생이 수행되는 결과를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 수행되는 촉매의 재생 시간에 따른 CO 농도의 변화를 도시한 도면이다.
FIG. 1(a) and FIG. 1(b) are diagrams illustrating a process diagram of a synthesis gas production system including an initial synthesis gas production system and a regeneration process of a reforming catalyst with coke deposited thereon, respectively, according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a drawing illustrating a process diagram of a synthesis gas production system according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a drawing illustrating a process diagram of a synthesis gas production system according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a drawing illustrating the result of catalyst regeneration performed according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a change in CO concentration according to the regeneration time of a catalyst performed according to one embodiment of the present invention.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 일 구현예에 따른 합성가스 생산의 연속 운전 방법 및 합성가스 생산 시스템에 대해 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. Hereinafter, with reference to the attached drawings, a continuous operation method for producing synthesis gas and a synthesis gas production system according to an embodiment of the present invention will be described in detail. The drawings introduced below are provided as examples so that those skilled in the art can sufficiently convey the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms, and the drawings presented below may be illustrated in an exaggerated manner to clarify the spirit of the present invention. At this time, if there is no other definition in the technical and scientific terms used, they have the meaning commonly understood by those skilled in the art to which this invention belongs, and a description of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention in the following description and the attached drawings will be omitted.

또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다. Additionally, the singular forms used in the specification and the appended claims are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 특별히 한정하지 않는 한, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.The terms “include” or “have” in this specification and the appended claims mean that a feature or component described in the specification is present, and unless specifically limited, do not preclude the possibility that one or more other features or components may be added.

본 발명의 일 양태에 따른 합성가스 생산의 연속 운전 방법은 메탄을 주성분으로하는 탄화수소 가스 스트림 및 이산화탄소를 함유하는 제1스트림을 각각의 개질촉매가 위치하는 다관형의 개질반응기의 입구로 공급하여 다관형의 개질반응기 출구로 배출되는 수소 및 일산화탄소를 포함하는 합성가스를 제조하는 제1모드; 및 상기 탄화수소 가스 스트림을 차단하고, 상기 제1스트림을 선택적으로 또는 순차적으로 상기 다관형의 적어도 일 개질반응기로 공급하여 코크가 침적된 개질촉매를 재생하는 제2모드; 를 포함하며, 상기 제2모드가 수행되는 동시에 다른 일 개질반응기로 상기 탄화수소 가스 스트림 및 제1스트림이 지속적으로 공급되어 상기 제1모드가 연속적으로 작동되는 것을 특징으로 한다.A continuous operation method for producing synthesis gas according to one aspect of the present invention comprises: a first mode for supplying a hydrocarbon gas stream containing methane as a main component and a first stream containing carbon dioxide to the inlet of a multi-tubular reforming reactor in which each reforming catalyst is positioned, thereby producing a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide discharged from the outlet of the multi-tubular reforming reactor; and a second mode for blocking the hydrocarbon gas stream and selectively or sequentially supplying the first stream to at least one of the multi-tubular reforming reactors to regenerate the reforming catalyst in which coke is deposited; wherein, while the second mode is performed, the hydrocarbon gas stream and the first stream are continuously supplied to another reforming reactor, so that the first mode is continuously operated.

종래는 개질촉매에 침적된 코크를 제거하기 위하여 개질반응기 내로 코크를 산화시키기 위한 수증기나 공기(산소) 등의 가스를 공급하고 있으나, 전이금속계열의 개질촉매는 공급되는 수증기에 의해 활성점이 쉽게 산화되어 개질촉매가 손상되거나, 산화된 개질촉매를 환원시키기 위해 별도의 환원과정이 수반되어야 하는 공정이 추가로 필요하다는 단점이 있다.Conventionally, in order to remove coke deposited on a reforming catalyst, gas such as steam or air (oxygen) is supplied into a reforming reactor to oxidize the coke. However, reforming catalysts of the transition metal series have the disadvantage that active sites are easily oxidized by the supplied steam, thereby damaging the reforming catalyst, or that a separate reduction process is additionally required to reduce the oxidized reforming catalyst.

반면에, 본 발명의 일 구현예에 따른 합성가스 생산의 연속 운전 방법은 탄화수소 가스 스트림 및 이산화탄소를 함유하는 제1스트림을 각각의 개질촉매가 위치하는 다관형의 개질반응기로 공급하여 수소 및 일산화탄소를 포함하는 합성가스를 제조(제1모드)하되, 코킹에 의해 촉매층의 활성저하 또는 운전 안정성을 저해하는 현상이 감지될 시, 탄화수소 가스 스트림을 차단하고, 이산화탄소를 함유하는 제1스트림을 선택적으로 또는 순차적으로 다관형의 적어도 일 개질반응기로 공급하여 코크가 침적된 개질촉매를 재생시킴(제2모드)과 동시에 제2모드가 수행되지 않은 다른 일 개질반응기에서는 제1모드가 연속적으로 작동됨에 따라 개질촉매의 활성을 보존함과 동시에 합성가스의 생산을 지속적으로 유지할 수 있는 장점이 있다.On the other hand, a continuous operation method for producing synthesis gas according to one embodiment of the present invention supplies a hydrocarbon gas stream and a first stream containing carbon dioxide to a multi-tubular reforming reactor in which each reforming catalyst is positioned to produce a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide (first mode), but when a phenomenon in which the activity of the catalyst layer is reduced or the operation stability is impaired due to coking is detected, the hydrocarbon gas stream is blocked and the first stream containing carbon dioxide is selectively or sequentially supplied to at least one multi-tubular reforming reactor to regenerate the reforming catalyst in which coke is deposited (second mode), and at the same time, in another reforming reactor in which the second mode is not performed, the first mode is continuously operated, so that the activity of the reforming catalyst can be preserved and the production of the synthesis gas can be continuously maintained.

또한, 합성가스의 생산 및 개질촉매를 재생시킴에 있어, 원료물질 중 하나인 이산화탄소를 이용함으로 인해 산화에 의한 개질촉매의 손상으로부터 자유롭고, 별도의 환원공정이 불필요하다는 장점이 있으며, 온실가스인 이산화탄소의 활용도를 증가시켜 이산화탄소의 배출을 억제할 수 있기 때문에 온실효과로 인한 지구온난화를 예방할 수 있는 장점을 가질 수 있다.In addition, since carbon dioxide, one of the raw materials, is used in the production of synthesis gas and in the regeneration of the reforming catalyst, there is an advantage in that the reforming catalyst is free from damage due to oxidation and a separate reduction process is unnecessary. In addition, since the utilization of carbon dioxide, a greenhouse gas, can be increased, the emission of carbon dioxide can be suppressed, and thus global warming caused by the greenhouse effect can be prevented.

일 실시예로, 수소 및 일산화탄소를 포함하는 합성가스가 제조되는 제1모드는 메탄을 포함하는 탄화수소 가스 스트림 및 이산화탄소를 함유하는 제1스트림을 각각의 개질촉매가 위치하는 다관형의 개질반응기로 공급하여 수행될 수 있다.As an example, a first mode in which a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide is produced can be performed by supplying a hydrocarbon gas stream containing methane and a first stream containing carbon dioxide to a multi-tubular reforming reactor in which each reforming catalyst is positioned.

이 때, 탄화수소 가스는 메탄가스를 포함하는 것일 수 있고, 이산화탄소를 동시에 포함할 수도 있다. 비 한정적인 일 예로, 메탄가스는 천연가스, 나프타, 휘발유, 등유, 석탄, 바이오매스 및 제철소 부생가스 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 공급원료로부터 기인한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.At this time, the hydrocarbon gas may include methane gas and may also include carbon dioxide at the same time. As a non-limiting example, the methane gas may be derived from one or more feedstocks selected from, but not limited to, natural gas, naphtha, gasoline, kerosene, coal, biomass, and steel mill by-product gas.

일 구체예에 있어, 탄화수소 가스 스트림 및 이산화탄소를 함유하는 제1스트림이 각각의 개질촉매가 위치하는 다관형의 개질반응기로 공급되어 하기 반응식 1의 건식 개질 반응을 통해 각각의 개질반응기에서 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스가 제조될 수 있다.In one specific example, a first stream containing a hydrocarbon gas stream and carbon dioxide is supplied to a multi-tubular reforming reactor, each of which has a reforming catalyst positioned therein, so that a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide can be produced in each reforming reactor through a dry reforming reaction of the following reaction scheme 1.

(반응식 1)(Reaction Formula 1)

CH4 + CO2 →2CO + 2H2 CH 4 + CO 2 →2CO + 2H 2

반응식 1에서와 같이 흡열반응인 건식 개질 반응이 주반응으로 일어나는 동안 동시에 하기 반응식 2 및 반응식 3과 같은 부반응이 일어날 수 있다.While the dry reforming reaction, which is an endothermic reaction as shown in Reaction Scheme 1, occurs as the main reaction, side reactions as shown in Reaction Schemes 2 and 3 below may occur simultaneously.

(반응식 2)(Reaction formula 2)

CH4 →C (s) + 2H2 CH 4 →C (s) + 2H 2

건식 개질 반응이 일어나는 동안 동시에 일어날 수 있는 부반응인 반응식 2와 같은 반응은 탄화수소의 직접 열분해에 의해 일어나는 것으로 생성된 탄소(coke)가 개질촉매에 침적되어 개질촉매의 활성을 저하시키게 된다.A side reaction, such as that shown in Reaction Scheme 2, which can occur simultaneously during a dry reforming reaction occurs through direct thermal decomposition of hydrocarbons, and the carbon (coke) produced is deposited on the reforming catalyst, thereby reducing the activity of the reforming catalyst.

(반응식 3)(Reaction Formula 3)

2CO →C (s) + CO2 2CO →C (s) + CO 2

이와 더불어, 건식 개질 반응을 통해 생성된 CO가 개질촉매 표면에 흡착된 후, 반응식 3의 부다(Boudouard) 반응을 통해 개질촉매 상에 탄소 침적이 일어나 촉매의 활성이 저하되게 된다. In addition, after CO generated through the dry reforming reaction is adsorbed on the surface of the reforming catalyst, carbon deposition occurs on the reforming catalyst through the Boudouard reaction of Reaction Scheme 3, thereby reducing the activity of the catalyst.

일 실시예로, 제1모드는 수증기 스트림을 더 공급하여 수행될 수 있다.In one embodiment, the first mode can be performed by supplying additional steam streams.

탄화수소 가스 스트림 및 제1스트림과 더불어 수증기 스트림을 더 공급하여 제1모드를 수행함에 따라 개질반응기에서 하기 반응식 4의 반응이 추가로 일어날 수 있다. By supplying a steam stream in addition to the hydrocarbon gas stream and the first stream to perform the first mode, the reaction of the following reaction formula 4 can additionally occur in the reforming reactor.

(반응식 4)(Reaction Formula 4)

CH4 + H2O → CO + 3H2 CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2

반응식 4에 나타난 바와 같이, 제1모드가 추가적으로 공급된 수증기 스트림에 의해 즉, 탄화수소 가스, 이산화탄소 및 수증기를 반응물질로 하여 탄화수소를 개질하는 복합 개질 반응을 통해 합성가스에 포함되는 수소의 생산량이 더 증가될 수 있다. As shown in Scheme 4, the production amount of hydrogen contained in the synthesis gas can be further increased through a combined reforming reaction that reforms hydrocarbons by using hydrocarbon gas, carbon dioxide, and steam as reactants, i.e., by the additionally supplied steam stream in the first mode.

이 때, 건식 개질 반응을 위해 개질반응기로 공급되는 탄화수소 가스: 이산화탄소의 몰비는 1: 1 내지 3, 구체적으로 1: 1 내지 2일 수 있다.At this time, the molar ratio of hydrocarbon gas:carbon dioxide supplied to the reforming reactor for the dry reforming reaction may be 1:1 to 3, specifically 1:1 to 2.

또한, 복합 개질 반응을 위해 개질반응기로 공급되는 탄화수소 가스: 수증기의 몰비는 1: 0.1 내지 2, 구체적으로 1: 0.1 내지 1.5일 수 있다.Additionally, the molar ratio of hydrocarbon gas: steam supplied to the reforming reactor for the complex reforming reaction may be 1:0.1 to 2, specifically 1:0.1 to 1.5.

전술한 조건은 통상의 개질 반응이 일어나는 온도구간(600 - 900℃)에서 개질촉매 표면에 코킹이 발생하기 쉬운 조건이다.The conditions described above are conditions in which coking easily occurs on the surface of the reforming catalyst in the temperature range (600 - 900°C) where normal reforming reactions occur.

구체적으로, 합성가스의 생산을 위한 원료물질로 수증기가 더 공급될 경우 수소 생산량을 증가시킬 수 있으나, 반응식 1(건식개질반응)에 의한 이산화탄소의 전환율은 열역학적 평형관계에 따라 상대적으로 감소한다. 반대로, 수증기의 양이 적게 되면 이산화탄소의 전환율은 제고되지만 부반응들로 인한 코크 생성 가능성이 증가할 수 있다.Specifically, if more steam is supplied as a raw material for the production of synthesis gas, the hydrogen production can be increased, but the conversion rate of carbon dioxide by reaction scheme 1 (dry reforming reaction) relatively decreases according to the thermodynamic equilibrium relationship. Conversely, if the amount of steam is reduced, the conversion rate of carbon dioxide increases, but the possibility of coke formation due to side reactions may increase.

이와 같이 개질촉매 상에 침적된 코크는 촉매의 활성의 저하시킬 수 있고, 개질촉매 상에 침적된 코크의 양이 지속적으로 증가할 경우 개질촉매의 활성이 영구적으로 손실될 수 있으며, 촉매층에서의 압력강화 심화로 합성가스 생산 공정의 안정적 운영에 문제가 발생할 수 있다.In this way, coke deposited on the reforming catalyst can reduce the activity of the catalyst, and if the amount of coke deposited on the reforming catalyst continues to increase, the activity of the reforming catalyst can be permanently lost, and problems can arise in the stable operation of the synthesis gas production process due to the increased pressure build-up in the catalyst layer.

이에, 안정적으로 합성가스 생산 공정을 운영함과 동시에 합성가스의 생산 효율을 향상시키기 위해서는 코크가 침적된 개질촉매의 지속적인 관리가 필요하다.Accordingly, in order to operate the synthesis gas production process stably and at the same time improve the production efficiency of the synthesis gas, continuous management of the reforming catalyst with coke deposited on it is necessary.

일 실시예로, 개질촉매는 철(Fe), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 및 백금(Pt) 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 전이금속을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the reforming catalyst may include one or more transition metals selected from iron (Fe), aluminum (Al), nickel (Ni), chromium (Cr), palladium (Pd), rhodium (Rh), and platinum (Pt).

이 때, 전술한 개질촉매는 당업계에 널리 알려진 담체에 담지된 형태일 수 있고, 비 한정적인 예로, 담체는 알루미나, 지르코니아, 실리카, 제올라이트 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.At this time, the above-mentioned reforming catalyst may be in a form supported on a carrier widely known in the art, and as a non-limiting example, the carrier may be at least one selected from alumina, zirconia, silica, zeolite, and mixtures thereof, but is not limited thereto.

일 구현예에 있어, 탄화수소 가스 스트림을 차단하고, 이산화탄소를 함유하는 제1스트림을 선택적으로 또는 순차적으로 상기 다관형의 적어도 일 개질반응기로 공급하여 코크가 침적된 개질촉매를 재생하는 제2모드가 수행될 수 있다.In one embodiment, a second mode may be performed in which the hydrocarbon gas stream is blocked and a first stream containing carbon dioxide is selectively or sequentially supplied to at least one of the multi-tubular reforming reactors to regenerate the reforming catalyst in which coke is deposited.

일 구체예로, 제2모드에서 침적된 코크는 역부다(Reverse Boudouard) 반응에 의해 제거되는 것일 수 있다.As a specific example, the coke deposited in the second mode may be removed by a reverse Boudouard reaction.

역부다 반응은 전술한 반응식 1 및/또는 반응식 4의 반응과 마찬가지로 흡열반응이기 때문에 코크가 침적된 개질촉매를 재생시키기 위해 (제1모드에서 제2모드로의) 운전모드 변경 시 열 관리에 대한 부담이 없다는 장점을 가질 수 있다.Since the reverse Buddha reaction is an endothermic reaction, similar to the reactions of the above-mentioned reaction schemes 1 and/or 4, it can have the advantage of not having to worry about heat management when changing the operation mode (from the first mode to the second mode) to regenerate the reforming catalyst on which coke has been deposited.

또한, 합성가스 생산 공정의 반응물인 이산화탄소를 이용하기 때문에 화재 및/또는 폭발 위험이 없고, 코크 제거 과정 시 생성되는 생성물은 합성가스에 포함되는 일산화탄소이므로 별도의 분리 공정이 필요치 않으며, 전이금속인 개질촉매가 산화에 의한 손상이 발생될 수 있는 문제로부터 자유로운 장점이 있다.In addition, since carbon dioxide, a reactant of the synthesis gas production process, is used, there is no risk of fire and/or explosion, the product generated during the coke removal process is carbon monoxide contained in the synthesis gas, so a separate separation process is not required, and the reforming catalyst, which is a transition metal, is free from the problem of damage due to oxidation.

구체적으로, 적어도 일 개질반응기에서 코크가 침적된 개질촉매를 재생하는 제2모드가 선택적으로 또는 순차적으로 수행됨과 동시에 제2모드가 수행되지 않은 다른 일 개질반응기로 탄화수소 가스 스트림 및 이산화탄소를 함유하는 제1스트림이 지속적으로 공급되어 합성가스가 제조되는 제1모드가 연속적으로 작동될 수 있다.Specifically, the second mode for regenerating a reforming catalyst in which coke is deposited in at least one reforming reactor is selectively or sequentially performed, while the first mode for continuously supplying a hydrocarbon gas stream and a first stream containing carbon dioxide to another reforming reactor in which the second mode is not performed to produce synthesis gas can be continuously operated.

코크가 침적된 개질촉매를 포함하는 일 개질반응기에서 개질촉매의 재생이 진행되는 동안 다른 일 개질반응기에서는 원료물질인 탄화수소 가스 스트림 및 이산화탄소를 함유하는 제1스트림이 지속적으로 공급되어 합성가스가 연속적으로 생산될 수 있기 때문에 개질촉매의 활성을 보존함과 동시에 합성가스의 생산을 지속적으로 유지시켜 생산 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.While the regeneration of the reforming catalyst is in progress in one reforming reactor including a reforming catalyst with coke deposited thereon, a first stream containing a hydrocarbon gas stream and carbon dioxide as raw materials is continuously supplied to another reforming reactor so that synthesis gas can be continuously produced. Therefore, there is an advantage in that the activity of the reforming catalyst can be preserved while the production of synthesis gas can be continuously maintained, thereby improving production efficiency.

이 때, 합성가스가 제조되는 제1모드가 수증기 스트림을 더 공급하여 수행될 경우 개질촉매가 재생되는 제2모드 수행 시 탄화수소 가스 스트림과 더불어 수증기 스트림도 차단될 수 있다. At this time, if the first mode in which synthesis gas is produced is performed by supplying an additional steam stream, the steam stream may be blocked along with the hydrocarbon gas stream when the second mode in which the reforming catalyst is regenerated is performed.

코크가 침적된 개질촉매는 수증기에 의해서도 재생될 수 있으나, 개질촉매의 재생을 위해 수증기를 이용할 경우 개질촉매가 산화되어 손상되거나, 산화된 개질촉매를 환원시키는 별도의 환원 공정이 수반되어져야 하기 때문에 코크가 침적된 개질촉매의 재생을 위한 제2모드는 탄화수소 가스 스트림 및 수증기 스트림을 차단하고, 이산화탄소를 함유하는 제1스트림을 선택적으로 또는 순차적으로 공급하여 수행하는 것이 유리하다.The reforming catalyst with coke deposited thereon can also be regenerated by steam. However, if steam is used to regenerate the reforming catalyst, the reforming catalyst may be oxidized and damaged, or a separate reduction process must be performed to reduce the oxidized reforming catalyst. Therefore, the second mode for regenerating the reforming catalyst with coke deposited thereon is advantageously performed by blocking the hydrocarbon gas stream and the steam stream and selectively or sequentially supplying the first stream containing carbon dioxide.

일 실시예에 있어, 개질촉매의 재생을 위한 제2모드 하기 조건식 1을 만족하는 경우에 시작될 수 있다.In one embodiment, the second mode for regeneration of the reforming catalyst can be started when the following condition 1 is satisfied.

(조건식 1)(Condition 1)

ΔPt > 1.1 x ΔPi ΔP t > 1.1 x ΔP i

조건식 1의 ΔPt는 임의의 시간(t) 동안 제1모드가 수행된 후 다관형의 개질반응기 각각에서의 입구 및 출구에서 측정되는 압력의 차이(P입구 - P출구)이고, ΔPi는 제1모드가 수행된 초기에 측정되는 다관형의 개질반응기 각각의 입구 및 출구에서의 압력차이다.ΔP t in Conditional Equation 1 is the pressure difference (P inlet - P outlet ) measured at the inlet and outlet of each multi-tubular reforming reactor after the first mode is performed for an arbitrary time (t), and ΔP i is the pressure difference at the inlet and outlet of each multi-tubular reforming reactor measured at the initial stage when the first mode is performed.

탄화수소 가스의 개질반응을 통한 제1모드가 수행되는 동안 전술한 바와 같이 반응식 2 및/또는 반응식 3과 같은 부반응에 의해 개질촉매는 코킹현상에 의해 침적된 코크로 인해 촉매활성이 저하되어 합성가스의 제조 수율 또한 저하되게 된다. During the first mode through the reforming reaction of hydrocarbon gas, as described above, the catalytic activity of the reforming catalyst is reduced due to coke deposited by the coking phenomenon by side reactions such as reaction formula 2 and/or reaction formula 3, and the production yield of the synthesis gas is also reduced.

이에, 임의의 시간(t)동안 제1모드가 수행되어 개질촉매에 코크가 침적될 경우 반응물질이 공급되는 개질반응기의 입구 및 합성가스가 배출되는 개질반응기 출구에서의 압력차이(ΔPt)는 초기 개질 반응 즉, 개질촉매에 코크가 침적되기 전의 압력차이(ΔPi)와 상이하게 나타날 수 있는 것이다.Accordingly, when the first mode is performed for an arbitrary time (t) and coke is deposited on the reforming catalyst, the pressure difference (ΔP t ) at the inlet of the reforming reactor where the reactant is supplied and the outlet of the reforming reactor where the synthesis gas is discharged may be different from the pressure difference (ΔP i ) before the initial reforming reaction, i.e., coke is deposited on the reforming catalyst.

이 때, 코크가 침적된 개질촉매의 재생을 위한 제2모드는 임의의 시간(t) 동안 제1모드가 수행된 후 개질반응기의 입구 및 출구에서 측정되는 압력의 차이(P입구 - P출구)로 정의되는 압력차(ΔPt)가 개질반응 초기에 개질촉매에 코크가 침적되기 전의 압력차이(ΔPi)를 기준으로 1.1 배, 1.2 배, 1.3 배, 1,4 배, 1.5 배를 초과할 경우 시작될 수 있고, 실질적으로 2.0 배 미만일 경우 시작될 수 있다.At this time, the second mode for regeneration of the reforming catalyst on which coke has been deposited may be started when the pressure difference (ΔP t ), defined as the difference between the pressures measured at the inlet and the outlet of the reforming reactor (P inlet - P outlet ) after the first mode has been performed for an arbitrary time (t), exceeds 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, or 1.5 times the pressure difference (ΔP i ) before coke is deposited on the reforming catalyst at the beginning of the reforming reaction, and may be started when it is substantially less than 2.0 times.

상술한 제2모드의 시작이 ΔPt가 ΔPi를 기준으로 2.0 배 이상에서 수행될 경우 코크가 침적된 개질촉매의 재생효율이 저하될 수 있고, 이로인해 개질촉매 재생에 소요되는 시간이 증가하여 합성가스 생산효율이 떨어질 수 있으며, 1.1 배 이하에서 수행될 경우는 개질촉매의 재생에 필요한 시간이 단축될 수 있으나 여전히 개질촉매는 활성을 지니고 있기 때문에 합성가스 생산 효율 대비 (제2모드에서 제1모드로의) 모드 변경에 따른 손실이 더 커져 합성가스 생산효율이 저하될 수 있기 때문에 제2모드는 전술한 조건식 1을 만족하는 경우에 시작되는 것이 바람직하다.If the start of the second mode described above is performed when ΔP t is 2.0 times or more based on ΔP i , the regeneration efficiency of the reforming catalyst on which coke has been deposited may decrease, and as a result, the time required for the regeneration of the reforming catalyst may increase, which may lower the synthesis gas production efficiency. If it is performed when it is 1.1 times or less, the time required for the regeneration of the reforming catalyst may be shortened, but since the reforming catalyst is still active, the loss due to the mode change (from the second mode to the first mode) may be greater than the synthesis gas production efficiency, which may lower the synthesis gas production efficiency. Therefore, it is preferable that the second mode be started when the conditional expression 1 described above is satisfied.

일 구현예로, 제2모드는 하기 조건 중 어느 하나 이상을 만족하는 경우 종료될 수 있다.As an example implementation, the second mode may be terminated if any one or more of the following conditions are satisfied.

조건 1: 상기 개질반응기의 촉매층 최고온도가 900 ℃ 초과Condition 1: The maximum temperature of the catalyst layer of the above reforming reactor exceeds 900 ℃.

조건 2: ΔPt < 1.01 x ΔPi ( ΔPt 및 ΔPi는 상기 조건식 1의 규정과 동일)Condition 2: ΔP t < 1.01 x ΔP i (ΔP t and ΔP i are the same as those in Condition 1 above)

조건 3: 상기 개질반응기의 출구로 배출되는 일산화탄소의 농도가 5 mol% 이하Condition 3: The concentration of carbon monoxide discharged from the outlet of the above reforming reactor is 5 mol% or less.

구체적으로 개질촉매에 침적된 코크가 제거되는 제2모드는 제2모드 수행 중 개질반응기의 온도가 개질반응기에 구비된 개질촉매를 영구적으로 손상시킬 수 있는 온도에 도달할 경우 종료될 수 있다. Specifically, the second mode, in which coke deposited on the reforming catalyst is removed, may be terminated when the temperature of the reforming reactor reaches a temperature that may permanently damage the reforming catalyst provided in the reforming reactor during the second mode.

구체적 일 예로, 제2모드 수행 중 개질반응기의 촉매층 최고 온도가 1300 ℃초과, 1200 ℃초과, 1100 ℃초과, 1000 ℃초과 또는 900 ℃를 초과할 경우 개질촉매의 영구적 손상을 방지하기 위해 제2모드는 종료될 수 있다. 이 때, 전술한 온도의 범위는 개질반응기에 구비된 개질촉매에 따라 조절될 수 있음은 물론이다.As a specific example, if the maximum temperature of the catalyst bed of the reforming reactor during the second mode exceeds 1300°C, 1200°C, 1100°C, 1000°C, or 900°C, the second mode may be terminated to prevent permanent damage to the reforming catalyst. In this case, it goes without saying that the above-mentioned temperature range may be adjusted according to the reforming catalyst provided in the reforming reactor.

일 예로, 개질촉매의 재생은 500 내지 1300 ℃, 구체적으로 600 내지 1100 ℃, 보다 구체적으로 500 내지 900 ℃, 700 내지 900 ℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다.For example, the regeneration of the reforming catalyst may be performed at a temperature of 500 to 1300°C, specifically 600 to 1100°C, more specifically 500 to 900°C, 700 to 900°C.

또한, 제2모드는 ΔPt가 ΔPi를 기준으로 1.03 배 미만, 1.02 배 미만, 1.01 배 미만일 경우 종료될 수 있다. 즉, 개질촉매에 침적된 코크의 제거를 위해 공급되는 이탄화탄소로부터 기인한 개질반응기의 입구 및 출구에서 압력차이가 전술한 범위를 만족할 경우 제2모드는 종료될 수 있다.In addition, the second mode can be terminated when ΔP t is less than 1.03 times, less than 1.02 times, or less than 1.01 times based on ΔP i . That is, the second mode can be terminated when the pressure difference at the inlet and outlet of the reforming reactor caused by the carbon dioxide supplied for removing coke deposited on the reforming catalyst satisfies the above-mentioned range.

또한, 개질반응기의 출구로 배출되는 일산화탄소의 농도가 5 mol% 이하, 4 mol% 이하, 3 mol% 이하일 경우 제2모드는 종료될 수 있고, 실질적으로 0.5 mol% 이상, 보다 실질적으로 1.0 mol% 이상일 경우 종료될 수 있다. In addition, the second mode can be terminated when the concentration of carbon monoxide discharged from the outlet of the reforming reactor is 5 mol% or less, 4 mol% or less, or 3 mol% or less, and can be terminated when it is substantially 0.5 mol% or more, or more substantially 1.0 mol% or more.

제2모드를 통해 공급된 이산화탄소와 코크가 반응(역부다 반응)하여 일산화탄소가 생성되는데 이 때, 개질반응기의 출구로 배출되는 일산화탄소의 농도는 개질촉매가 재생됨에 따라 줄어들 수 있고, 전술한 농도 기준을 만족할 경우 제2모드가 종료될 수 있다. Carbon dioxide and coke supplied through the second mode react (reverse Bodda reaction) to generate carbon monoxide. At this time, the concentration of carbon monoxide discharged through the outlet of the reforming reactor may decrease as the reforming catalyst is regenerated, and the second mode may be terminated when the aforementioned concentration standard is satisfied.

구체적 일 예로, 개질반응기의 출구로 배출되는 일산화탄소의 농도가 5 mol%를 초과할 경우 개질촉매는 여전히 침적된 코크를 포함하고 있기 때문에 다시 제1모드로 변환 시 코크의 침적이 가속화될 수 있고, 일산화탄소의 농도가 0.5 mol% 미만을 만족할 때까지 제2모드를 수행할 경우 제2모드의 수행시간이 증가하여 합성가스 생산을 위한 효율이 저하될 수 있기 때문에 제2모드는 개질반응기의 출구로 배출되는 일산화탄소의 농도가 전술한 범위를 만족하는 경우 종료되는 것이 유리하다. As a specific example, if the concentration of carbon monoxide discharged through the outlet of the reforming reactor exceeds 5 mol%, the reforming catalyst still contains deposited coke, so when switching back to the first mode, coke deposition may be accelerated, and if the second mode is performed until the concentration of carbon monoxide satisfies less than 0.5 mol%, the performance time of the second mode may increase, which may lower the efficiency for producing synthesis gas. Therefore, it is advantageous for the second mode to be terminated when the concentration of carbon monoxide discharged through the outlet of the reforming reactor satisfies the above-mentioned range.

전술한 바와 같이, 제2모드의 시작 및 종료가 상술한 조건에 따라 수행됨에 따라 개질반응 동안에 코킹현상에 의한 개질촉매의 영구적인 손상을 예방함과 동시에 개질촉매의 활성을 보존하여 합성가스의 생산 효율을 향상시킬 수 있는 것이다.As described above, since the start and end of the second mode are performed according to the conditions described above, permanent damage to the reforming catalyst due to coking during the reforming reaction is prevented, while the activity of the reforming catalyst is preserved, thereby improving the production efficiency of the synthesis gas.

일 실시예로 합성가스 생산의 연속 운전 방법은 제조되는 합성가스에 포함된 미반응 이산화탄소를 분리 및 회수하는 제3모드를 더 포함할 수 있다.As an example, the continuous operation method for producing synthesis gas may further include a third mode for separating and recovering unreacted carbon dioxide contained in the synthesis gas produced.

이 때, 제3모드를 통해 분리 및 회수된 미반응 이산화탄소는 제1모드의 합성가스 제조를 위한 원료물질 또는 제2모드의 개질촉매 재생에 이용될 수 있다.At this time, the unreacted carbon dioxide separated and recovered through the third mode can be used as a raw material for producing synthesis gas in the first mode or for regenerating the reforming catalyst in the second mode.

구체적으로 제3모드에 의해 분리 및 회수되는 미반응 이산화탄소는 당업계에 알려진 이산화탄소 분리 및 회수 공정을 이용하여 수행될 수 있고, 분리된 이산화탄소는 적어도 일 개질반응기로 재순환시켜 원료물질 또는 코크가 침적된 개질촉매를 재생시키기 위한 물질로 사용할 수 있다. 이를 통해, 미반응 이산화탄소를 재사용함으로써 자원화 효율을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 이산화탄소의 배출을 최소화하여 온실효과를 예방하는데 유리한 장점이 있다.Specifically, the unreacted carbon dioxide separated and recovered by the third mode can be performed using a carbon dioxide separation and recovery process known in the art, and the separated carbon dioxide can be recycled to at least one reforming reactor and used as a material for regenerating a raw material or a reforming catalyst on which coke is deposited. Through this, not only can the resource efficiency be improved by reusing the unreacted carbon dioxide, but there is also an advantage in preventing the greenhouse effect by minimizing carbon dioxide emissions.

비 한정적인 예로, 이산화탄소의 분리 및 회수는 흡수법(absorption), 흡착법(adsorption), 저온냉각법(low temperature distillation), 막분리법(membrane system) 등의 방법을 이용하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As a non-limiting example, separation and recovery of carbon dioxide can be performed using methods such as, but not limited to, absorption, adsorption, low temperature distillation, and membrane systems.

본 발명은 다른 일 양태에 따라 합성가스 생산 시스템을 제공한다.The present invention provides a synthesis gas production system according to another aspect.

본 발명의 일 구현예에 따른 합성가스 생산 시스템은 서로 독립적인 원료물질인 메탄을 포함하는 탄화수소 가스 스트림 및 이산화탄소를 포함하는 제1스트림이 독립적으로 공급관을 통해 공급되는 원료물질 공급부; 및 각각의 개질촉매가 구비된 다관형의 개질반응기가 구비된 개질반응부; 를 포함하고, 상기 원료물질은 각각의 개질반응기와 연통된 상기 공급관을 통해 상기 개질반응기의 입구로 공급되어 상기 개질반응기의 출구로 배출되는 수소 및 일산화탄소를 포함하는 합성가스를 생산하되, 적어도 일 개질반응기로 제1스트림을 공급하고, 상기 일 개질반응기로 제1스트림을 제외한 원료물질의 공급을 차단하여 코크가 침적된 개질촉매를 재생시키되, 다른 일 개질반응기로 상기 원료물질이 지속적으로 공급되는 것을 특징으로 한다.According to one embodiment of the present invention, a synthesis gas production system comprises: a raw material supply unit into which a hydrocarbon gas stream including methane, which are independent raw materials, and a first stream including carbon dioxide are independently supplied through supply pipes; and a reforming reactor having a multi-tubular reforming reactor, each of which is equipped with a reforming catalyst; wherein the raw materials are supplied to the inlets of the reforming reactors through the supply pipes communicated with each of the reforming reactors to produce a synthesis gas including hydrogen and carbon monoxide discharged from the outlet of the reforming reactors, wherein the first stream is supplied to at least one reforming reactor, and the supply of raw materials except for the first stream to the one reforming reactor is blocked to regenerate a reforming catalyst in which coke is deposited, and the raw materials are continuously supplied to another reforming reactor.

이 때, 탄화수소 가스 스트림은 이산화탄소를 더 포함할 수 있다.At this time, the hydrocarbon gas stream may further contain carbon dioxide.

상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스 생산 시스템은 원료물질 공급부에서 메탄을 포함한 탄화수소 가스 스트림 및 이산화탄소를 포함하는 제1스트림이 독립적으로 복수개의 개질반응기와 연통된 공급관을 통해 공급되어 수소 및 일산화탄소를 포함하는 합성가스를 생산하되, 적어도 일 개질반응기로 제1스트림을 공급하고, 상기 일 개질반응기로 탄화수소 가스 스트림의 공급을 차단하여 코크가 침적된 개질촉매를 재생시킴과 동시에 다른 일 개질반응기로 합성가스 생산을 위한 원료물질이 지속적으로 공급되어 개질촉매의 활성을 보존함과 동시에 합성가스의 생산을 지속적으로 유지할 수 있다.In detail, a synthesis gas production system according to one embodiment of the present invention supplies a hydrocarbon gas stream including methane and a first stream including carbon dioxide from a raw material supply unit through supply pipes independently connected to a plurality of reforming reactors to produce a synthesis gas including hydrogen and carbon monoxide, wherein the first stream is supplied to at least one reforming reactor, and the supply of the hydrocarbon gas stream to the one reforming reactor is blocked to regenerate a reforming catalyst having coke deposited thereon, and at the same time, raw materials for synthesis gas production are continuously supplied to another reforming reactor to preserve the activity of the reforming catalyst and continuously maintain production of the synthesis gas.

그리고 이때, 이산화탄소를 포함하는 제1스트림의 유량은 합성가스 생산조건에 따라 유량 조절이 가능하며 개질촉매 재생모드에서도 최적 유량 조절이 가능하다.And at this time, the flow rate of the first stream containing carbon dioxide can be adjusted according to the synthesis gas production conditions, and optimal flow rate adjustment is also possible in the reforming catalyst regeneration mode.

이하, 도면을 통하여 본 발명의 일 구현예에 따른 합성가스 생산 시스템을 보다 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a synthesis gas production system according to one embodiment of the present invention will be described in more detail through drawings.

도 1(a) 및 도 1(b)는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 초기 합성가스 생산 시스템 및 코크가 침적된 개질촉매의 재생 공정을 포함하는 합성가스 생산 시스템의 공정도를 도시한 도면이다.FIG. 1(a) and FIG. 1(b) are diagrams illustrating a process diagram of a synthesis gas production system including an initial synthesis gas production system and a regeneration process of a reforming catalyst with coke deposited thereon, respectively, according to one embodiment of the present invention.

도 1(a)에 도시된 바와 같이, 원료물질 공급부(10)에서 메탄을 포함하는 탄화수소 가스 스트림 및 이산화탄소를 포함하는 제1스트림이 각각 독립적으로 개질반응부(20)에 구비된 각각의 개질촉매를 포함하는 다관형의 개질반응기(210 내지 240)로 공급되어 수소 및 일산화탄소를 포함하는 합성가스를 생산할 수 있다.As illustrated in Fig. 1(a), a hydrocarbon gas stream containing methane and a first stream containing carbon dioxide from a raw material supply unit (10) are each independently supplied to a multi-tubular reforming reactor (210 to 240) including a reforming catalyst provided in a reforming reaction unit (20), thereby producing a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide.

여기서 개질반응부(20)는 복수개의 개질반응기를 포함할 수 있는데 구비된 개질반응기의 수로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Here, the reforming reaction unit (20) may include a plurality of reforming reactors, but the present invention is not limited to the number of reforming reactors provided.

전술한 바와 같이, 합성가스 생산을 위한 개질반응 과정에서 개질반응기에 포함된 개질촉매는 탄화수소의 직접 열분해 및/또는 부다(Boudouard) 반응에 의해 코크가 침적되어 촉매 활성이 초기 대비 열위될 수 있다.As described above, during the reforming reaction process for producing synthesis gas, the reforming catalyst included in the reforming reactor may have its catalytic activity deteriorated compared to the initial state due to coke deposition caused by direct thermal decomposition of hydrocarbons and/or Boudouard reaction.

이 때, 도 1(b)에 나타난 바와 같이, 촉매 활성이 저하된 개질촉매를 포함하는 일 개질반응기(240)로 제1스트림을 공급하되, 탄화수소 가스의 공급을 차단하여 역부다 반응을 통해 코크가 침적된 개질촉매를 재생시킬 수 있다.At this time, as shown in Fig. 1(b), the first stream is supplied to a reforming reactor (240) including a reforming catalyst with reduced catalytic activity, but the supply of hydrocarbon gas is blocked to regenerate the reforming catalyst on which coke has been deposited through a reverse Budar reaction.

동시에, 다른 일 개질반응기(210 내지 230)로 원료물질인 탄화수소 및 제1이산화탄소를 지속적으로 공급하여 시스템의 완전한 중단 없이 합성가스를 지속적으로 생산할 수 있다. At the same time, raw materials such as hydrocarbons and carbon dioxide can be continuously supplied to other reforming reactors (210 to 230) to continuously produce synthesis gas without complete system interruption.

전술한 바와 같이, 코크가 침적된 개질촉매의 재생을 선택적으로 또는 순차적으로 진행하여 개질촉매의 활성을 보존함과 동시에 합성가스를 지속적으로 생산하여 합성가스의 생산효율을 향상시킬 수 있는 것이다.As described above, the regeneration of the reforming catalyst in which coke has been deposited can be selectively or sequentially performed to preserve the activity of the reforming catalyst while continuously producing synthesis gas, thereby improving the production efficiency of synthesis gas.

일 구현예로, 코크가 침적된 개질촉매 재생의 시작은 하기 조건식 1에 의해 제어되고, 개질촉매 재생의 종료는 하기 조건 1 내지 조건 3 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 인자에 의해 제어될 수 있다.In one embodiment, the start of the regeneration of the reforming catalyst in which coke is deposited is controlled by the following conditional expression 1, and the end of the regeneration of the reforming catalyst can be controlled by one or more factors selected from the following conditions 1 to 3.

(조건식 1)(Condition 1)

ΔPt > 1.1 x ΔPi ΔP t > 1.1 x ΔP i

조건식 1의 ΔPt는 임의의 시간(t) 동안 제1모드가 수행된 후 다관형의 개질반응기 각각에서의 입구 및 출구에서 측정되는 압력의 차이(P입구 - P출구)이고, ΔPi는 제1모드가 수행된 초기에 측정되는 다관형의 개질반응기 각각의 입구 및 출구에서의 압력차이다.ΔP t in Conditional Equation 1 is the pressure difference (P inlet - P outlet ) measured at the inlet and outlet of each multi-tubular reforming reactor after the first mode is performed for an arbitrary time (t), and ΔP i is the pressure difference at the inlet and outlet of each multi-tubular reforming reactor measured at the initial stage when the first mode is performed.

조건 1: 상기 개질반응기의 촉매층 최고 온도가 900℃ 초과Condition 1: The maximum temperature of the catalyst layer of the above reforming reactor exceeds 900℃.

조건 2: ΔPt < 1.01 x ΔPi ( ΔPt 및 ΔPi는 상기 조건식 1의 규정과 동일)Condition 2: ΔP t < 1.01 x ΔP i (ΔP t and ΔP i are the same as those in Condition 1 above)

조건 3: 상기 개질반응기의 출구로 배출되는 일산화탄소의 농도가 5 mol% 이하Condition 3: The concentration of carbon monoxide discharged from the outlet of the above reforming reactor is 5 mol% or less.

구체적으로 코크가 침적된 개질촉매 재생의 시작 및 종료는 제어부(미도시)를 통해 각각 조건식 1 및 조건 1 내지 조건 3에 기반하여 제어될 수 있고, 조건식 1 및 조건 1 내지 조건 3에 기반한 설명은 전술한 바와 유사 내지 동일한 것으로 상세한 설명은 생략한다.Specifically, the start and end of the regeneration of the reforming catalyst in which coke is deposited can be controlled through a control unit (not shown) based on conditional expression 1 and conditions 1 to 3, respectively, and the description based on conditional expression 1 and conditions 1 to 3 is similar to or identical to that described above, so a detailed description is omitted.

일 실시예에 있어, 도 2에 도시된 바와 같이, 원료공급부(10)는 원료물질로 수증기를 더 포함하여 개질반응부(20)에 구비된 각각의 개질촉매를 포함하는 다관형의 개질반응기(210 내지 240)로 공급할 수 있다.In one embodiment, as illustrated in FIG. 2, the raw material supply unit (10) may further include steam as a raw material and supply it to the multi-tubular reforming reactors (210 to 240) each including a reforming catalyst provided in the reforming reaction unit (20).

이 때, 선택적으로 또는 순차적으로 코크가 침적된 개질촉매의 재생을 위하여 코킹현상이 일어난 개질반응기로 제1스트림을 공급하되, 탄화수소 가스 및 수증기의 공급을 차단시킬 수 있다.At this time, the first stream may be supplied to a reforming reactor in which coking has occurred for the purpose of regenerating the reforming catalyst in which coke has been deposited, either selectively or sequentially, but the supply of hydrocarbon gas and water vapor may be blocked.

일 실시예로, 합성가스 생산 시스템은 개질반응부(20) 후단에 위치하는 이산화탄소 분리부(30)를 더 포함할 수 있다. 이산화탄소 분리부(30)를 통해 개질반응부(20)를 통해 생산되는 합성가스에 포함된 미반응 이산화탄소를 분리 및 포집할 수 있다. As an example, the synthesis gas production system may further include a carbon dioxide separation unit (30) located after the reforming reaction unit (20). Unreacted carbon dioxide included in the synthesis gas produced through the reforming reaction unit (20) can be separated and captured through the carbon dioxide separation unit (30).

도 3을 참조하면, 이산화탄소 분리부(30)에서 합성가스 스트림과 고농도의 이산화탄소 스트림이 생성된다. 이 중, 이산화탄소 스트림은 일 개질반응기(240)로 재공급하여 반응원료로 재사용되거나 개질촉매에 침적된 코크를 제거할 수 있다. Referring to Fig. 3, a synthesis gas stream and a high-concentration carbon dioxide stream are generated in a carbon dioxide separation unit (30). Among these, the carbon dioxide stream can be resupplied to a reforming reactor (240) to be reused as a reaction raw material or to remove coke deposited on a reforming catalyst.

이 때, 이산화탄소 스트림은 일 개질반응기(240) 뿐만 아니라 다른 일 개질반응기(210 내지 230)로 재공급될 수 있음은 물론이다.At this time, it goes without saying that the carbon dioxide stream can be re-supplied to not only one reforming reactor (240) but also to another reforming reactor (210 to 230).

이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 합성가스 생산의 연속 운전 방법에 대해 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.Hereinafter, the continuous operation method for producing synthesis gas according to the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are only a reference for explaining the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and may be implemented in various forms.

또한, 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.Also, unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used in the description herein is only for the purpose of effectively describing particular embodiments and is not intended to be limiting of the invention.

(실시예 1)(Example 1)

알루미나 담지체에 담지된 니켈을 포함하는 상용촉매(Ni 15wt%)를 실험실 수준의 소형 개질반응기에 도입시킨 후 메탄가스와 이산화탄소를 1: 1의 몰비로 공급하여 건식 개질반응을 하기의 반응 조건하에서 수행하였다.A commercial catalyst (Ni 15 wt%) containing nickel supported on an alumina support was introduced into a laboratory-scale small-scale reforming reactor, and methane gas and carbon dioxide were supplied at a molar ratio of 1:1 to perform a dry reforming reaction under the following reaction conditions.

촉매층 반응온도: 800 ℃ Catalyst layer reaction temperature: 800 ℃

중량 시간당 공간속도(weight hourly space velocity, WHSV): 24L/h gWeight hourly space velocity (WHSV): 24L/h g

반응압력: 상압 (0 barg)Reaction pressure: Atmospheric pressure (0 barg)

반응을 통해 제조되는 합성가스 중 메탄, 이산화탄소 그리고 일산화탄소의 농도를 가스 크로마토그래피의 열전도도 검출기(Thermal coductivity detector, TCD)를 이용하여 실시간으로 모니터링 하였다. The concentrations of methane, carbon dioxide, and carbon monoxide in the synthesis gas produced through the reaction were monitored in real time using a thermal conductivity detector (TCD) of a gas chromatograph.

이후, 촉매층 입출구의 차압(ΔPt)이 0.2 barg가 되었을 때, 메탄가스의 공급을 중단하고 이산화탄소만을 공급하여 촉매의 재생을 시작하였다. 이 때, 개질반응 시작 후 바로 측정한 촉매층 입출구의 차압(ΔPi)은 0.18 barg였다.Afterwards, when the differential pressure (ΔP t ) at the inlet and outlet of the catalyst bed became 0.2 barg, the supply of methane gas was stopped and only carbon dioxide was supplied to start the regeneration of the catalyst. At this time, the differential pressure (ΔP i ) at the inlet and outlet of the catalyst bed measured immediately after the start of the reforming reaction was 0.18 barg.

촉매의 재생이 시작된 이후, 일산화탄소의 농도가 5 mol % 미만이 되었을 때, 다시 메탄가스 및 이산화탄소를 공급하여 건식 개질반응을 연속적으로 수행하였다.After the catalyst regeneration began, when the concentration of carbon monoxide became less than 5 mol %, methane gas and carbon dioxide were supplied again to continuously perform the dry reforming reaction.

(실시예 2)(Example 2)

실시예 1과 동일하게 실시하되, 촉매층 입출구의 차압(ΔPt)이 0.25 barg가 되었을 때 촉매의 재생을 시작한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.The same procedure as Example 1 was followed, except that catalyst regeneration was started when the differential pressure (ΔP t ) at the inlet and outlet of the catalyst bed became 0.25 barg.

(실시예 3)(Example 3)

실시예 1과 동일하게 실시하되, 촉매층 입출구의 차압(ΔPt)이 0.35 barg가 되었을 때 촉매의 재생을 시작한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.The same procedure as Example 1 was followed, except that catalyst regeneration was started when the differential pressure (ΔP t ) at the inlet and outlet of the catalyst bed became 0.35 barg.

(실시예 4)(Example 4)

실시예 1과 동일하게 실시하되, 건식개질 반응에 의해 제조된 합성가스와 미반응 이산화탄소가 혼합된 혼합가스로부터 이산화탄소 분리 및 포집공정을 통해서 분리한 후 재사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was followed, except that the carbon dioxide was separated and captured from a mixed gas containing synthesis gas produced by a dry reforming reaction and unreacted carbon dioxide, and then reused.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

실시예 1과 동일하게 실시하되, 촉매의 재생을 위해 이산화탄소를 공급하는 대신 수증기를 공급한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.The same procedure as Example 1 was followed, except that water vapor was supplied instead of carbon dioxide for catalyst regeneration.

(촉매 재생 효율 및 합성가스 생성 효율 비교)(Comparison of catalyst regeneration efficiency and synthesis gas production efficiency)

도 4는 실시예 1에 따라 수행되는 촉매의 재생이 수행되는 결과를 도시한 도면이고, 도 5는 촉매 재생 시간에 따른 CO 농도의 변화를 도시한 도면이다. 도 5에 나타난 바와 같이, 촉매의 재생이 효과적으로 일어나는 것을 알 수 있다.FIG. 4 is a drawing showing the results of catalyst regeneration performed according to Example 1, and FIG. 5 is a drawing showing the change in CO concentration according to catalyst regeneration time. As shown in FIG. 5, it can be seen that catalyst regeneration occurs effectively.

촉매의 재생 과정에서 코크가 주입된 이산화탄소와 반응하여 일산화탄소가 되므로 일산화탄소의 농도를 모니터링한 결과 시간이 지남에 따라 더 이상 코크의 제거가 이루어지지 않는 점을 알 수 있다. During the catalyst regeneration process, coke reacts with the injected carbon dioxide to become carbon monoxide, and monitoring the concentration of carbon monoxide reveals that coke is no longer removed over time.

촉매 재생모드에서 이산화탄소만 주입하고 있을 경우 실시예 1에서는 재생모드 시작 후 약 6분 동안에 일산화탄소의 생성량이 현저히 낮아지는 것(검출되는 일산화탄소의 농도: 약 5mol%)을 확인하였고, 약 7분 후에 검출되는 일산화탄소의 농도는 약 1mol% 이하로 일정하게 유지되는 것을 확인하였다.In Example 1, when only carbon dioxide is injected in the catalyst regeneration mode, it was confirmed that the amount of carbon monoxide produced was significantly reduced (detected carbon monoxide concentration: approximately 5 mol%) for approximately 6 minutes after the start of the regeneration mode, and the detected carbon monoxide concentration after approximately 7 minutes was confirmed to be maintained at a constant level of approximately 1 mol% or less.

실시예 1 및 실시예 2에서 촉매 재생 효율 및 합성가스 생성 효율이 가장 우수한 것이 관찰된 반면에, 비교예 1의 경우는 촉매 재생 효율이 미세하게 우수하나, 합성가스 생성효율이 가장 떨어지는 것이 관찰되었다. 이는 수증기를 이용하여 촉매를 재생할 경우 촉매의 재생이 상대적으로 빠르게 진행되나, 촉매의 산화로 인해 활성이 저하되어 합성가스 생성 효율이 저하된 것으로 판단된다. In Examples 1 and 2, it was observed that the catalyst regeneration efficiency and synthesis gas production efficiency were the best, whereas in the case of Comparative Example 1, the catalyst regeneration efficiency was slightly better, but the synthesis gas production efficiency was the worst. It is judged that this is because when the catalyst is regenerated using steam, the regeneration of the catalyst proceeds relatively quickly, but the activity is reduced due to oxidation of the catalyst, thereby reducing the synthesis gas production efficiency.

또한, 실시예 2의 경우는 촉매 재생에 소요되는 시간이 약 8분으로 실시예 1 대비 미세하게 증가하였으나 실시예 3의 경우는 촉매 재생에 소요되는 시간이 약 30분으로 급격히 증가하는 것이 관찰되었다. 이는 촉매 재생 시작이 지연될 경우 촉매에 침적된 코크의 양이 증가하여 촉매 재생 효율이 급격이 감소한 것으로 판단된다. In addition, in the case of Example 2, the time required for catalyst regeneration slightly increased to about 8 minutes compared to Example 1, but in the case of Example 3, the time required for catalyst regeneration was observed to increase rapidly to about 30 minutes. This is believed to be because when the start of catalyst regeneration is delayed, the amount of coke deposited on the catalyst increases, resulting in a rapid decrease in catalyst regeneration efficiency.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. Although the present invention has been described with reference to specific matters, limited examples, and drawings, these have been provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above examples, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations may be made from this description.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the idea of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all things that are equivalent or equivalent to the claims described below as well as the same are included in the scope of the idea of the present invention.

Claims (15)

메탄을 포함하는 탄화수소 가스 스트림 및 이산화탄소를 함유하는 제1스트림을 각각의 개질촉매가 위치하는 다관형의 개질반응기의 입구로 공급하여 상기 다관형의 개질반응기 출구로 배출되는 수소 및 일산화탄소를 포함하는 합성가스를 제조하는 제1모드; 및
상기 탄화수소 가스 스트림을 차단하고, 상기 제1스트림을 선택적으로 또는 순차적으로 상기 다관형의 적어도 일 개질반응기로 공급하여 코크가 침적된 개질촉매를 재생하는 제2모드; 를 포함하며,
상기 제2모드가 수행되는 동시에 다른 일 개질반응기로 상기 탄화수소 가스 스트림 및 제1스트림이 지속적으로 공급되어 상기 제1모드가 연속적으로 작동되고,
상기 제2모드는 하기 조건식 1을 만족하는 경우 시작되는 합성가스 생산의 연속 운전 방법.
(조건식 1)
ΔPt > 1.1 x ΔPi
(조건식 1의 ΔPt는 임의의 시간(t) 동안 제1모드가 수행된 후 다관형의 개질반응기 각각에서의 입구 및 출구에서 측정되는 압력의 차이(P입구 - P출구)이고, ΔPi는 제1모드가 수행된 초기에 측정되는 다관형의 개질반응기 각각의 입구 및 출구에서의 압력차이다)
A first mode for producing a synthesis gas including hydrogen and carbon monoxide discharged from an outlet of the multi-tubular reforming reactor by supplying a hydrocarbon gas stream including methane and a first stream containing carbon dioxide to the inlet of a multi-tubular reforming reactor in which each reforming catalyst is positioned; and
A second mode for blocking the hydrocarbon gas stream and selectively or sequentially supplying the first stream to at least one reforming reactor of the multi-tubular type to regenerate the reforming catalyst in which coke is deposited;
While the second mode is being performed, the hydrocarbon gas stream and the first stream are continuously supplied to another reforming reactor so that the first mode is continuously operated.
The above second mode is a continuous operation method for producing synthesis gas that starts when the following condition 1 is satisfied.
(Condition 1)
ΔP t > 1.1 x ΔP i
(ΔP t in Conditional Equation 1 is the pressure difference (P inlet - P outlet ) measured at the inlet and outlet of each multi-tubular reforming reactor after the first mode is performed for an arbitrary time (t), and ΔP i is the pressure difference at the inlet and outlet of each multi-tubular reforming reactor measured at the beginning of the first mode being performed.)
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제2모드는 하기 조건 1 내지 조건 3 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 만족하는 경우 종료되는 합성가스 생산의 연속 운전 방법.
조건 1: 상기 개질반응기의 촉매층 최고 온도가 900℃ 초과
조건 2: ΔPt < 1.01 x ΔPi ( ΔPt 및 ΔPi는 상기 조건식 1의 규정과 동일)
조건 3: 상기 개질반응기의 출구로 배출되는 일산화탄소의 농도가 5 mol% 이하
In the first paragraph,
The above second mode is a continuous operation method for producing synthesis gas, which is terminated when any one or more of the following conditions 1 to 3 are satisfied.
Condition 1: The maximum temperature of the catalyst layer of the above reforming reactor exceeds 900℃.
Condition 2: ΔP t < 1.01 x ΔP i (ΔP t and ΔP i are the same as those in Condition 1 above)
Condition 3: The concentration of carbon monoxide discharged from the outlet of the above reforming reactor is 5 mol% or less.
제1항에 있어서,
상기 제1모드는 수증기 스트림을 더 공급하여 수행되는 합성가스 생산의 연속 운전 방법.
In the first paragraph,
The above first mode is a continuous operation method for producing synthesis gas by supplying an additional steam stream.
제4항에 있어서,
상기 개질반응기에서 탄화수소 가스를 이산화탄소와 반응시켜 개질하는 건식 개질 반응 또는 탄화수소 가스를 이산화탄소 및 수증기와 동시에 반응시켜 개질하는 복합 개질 반응이 일어나는 것인 합성가스 생산의 연속 운전 방법.
In paragraph 4,
A continuous operation method for producing synthesis gas, wherein a dry reforming reaction in which hydrocarbon gas is reformed by reacting it with carbon dioxide in the above-mentioned reforming reactor or a combined reforming reaction in which hydrocarbon gas is reformed by reacting it with carbon dioxide and water vapor simultaneously occurs.
제5항에 있어서,
상기 건식 개질 반응을 위해 개질반응기로 공급되는 탄화수소 가스: 이산화탄소의 몰비는 1: 1 내지 2인 합성가스 생산의 연속 운전 방법.
In paragraph 5,
A continuous operation method for producing synthesis gas in which the molar ratio of hydrocarbon gas:carbon dioxide supplied to a reforming reactor for the above dry reforming reaction is 1:1 to 2.
제5항에 있어서,
상기 복합 개질 반응을 위해 개질반응기로 공급되는 탄화수소 가스: 수증기의 몰비는 1: 0.1 내지 1.5인 합성가스 생산의 연속 운전 방법.
In paragraph 5,
A continuous operation method for producing synthesis gas, wherein the molar ratio of hydrocarbon gas:steam supplied to a reforming reactor for the above complex reforming reaction is 1:0.1 to 1.5.
제1항에 있어서,
상기 개질촉매는 철(Fe), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 및 백금(Pt) 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 전이금속을 포함하는 합성가스 생산의 연속 운전 방법.
In the first paragraph,
A continuous operation method for producing synthesis gas, wherein the above reforming catalyst comprises at least one transition metal selected from iron (Fe), aluminum (Al), nickel (Ni), chromium (Cr), palladium (Pd), rhodium (Rh), and platinum (Pt).
제1항에 있어서,
상기 제2모드에서 침적된 코크는 역부다(Reverse Boudouard) 반응에 의해 제거되는 합성가스 생산의 연속 운전 방법.
In the first paragraph,
A continuous operation method for producing synthesis gas in which the coke deposited in the second mode is removed by a reverse Boudouard reaction.
제1항에 있어서,
상기 개질촉매의 재생은 500 내지 900 ℃의 온도에서 수행되는 합성가스 생산의 연속 운전 방법.
In the first paragraph,
A continuous operation method for producing synthesis gas, wherein the regeneration of the above-mentioned reforming catalyst is performed at a temperature of 500 to 900°C.
서로 독립적인 원료물질인 탄화수소 가스 스트림 및 이산화탄소를 포함하는 제1스트림이 독립적으로 공급관을 통해 공급되는 원료물질 공급부; 및
각각의 개질촉매가 구비된 다관형의 개질반응기가 구비된 개질반응부; 를 포함하고,
상기 원료물질은 각각의 개질반응기와 연통된 상기 공급관을 통해 상기 개질반응기의 입구로 공급되어 상기 개질반응기의 출구로 배출되는 수소 및 일산화탄소를 포함하는 합성가스를 생산하되,
적어도 일 개질반응기로 제1스트림을 공급하고, 상기 일 개질반응기로 제1스트림을 제외한 원료물질의 공급을 차단하여 코크가 침적된 개질촉매를 재생시키되, 다른 일 개질반응기로 상기 원료물질이 지속적으로 공급되는 것을 특징으로 하며,
상기 코크가 침적된 개질촉매 재생의 시작은 하기 조건식 1에 의해 제어되고, 개질촉매 재생의 종료는 하기 조건 1 내지 조건 3 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 인자에 의해 제어되는 합성가스 생산 시스템.
(조건식 1)
ΔPt > 1.1 x ΔPi
(조건식 1의 ΔPt는 임의의 시간(t) 동안 제1모드가 수행된 후 다관형의 개질반응기 각각에서의 입구 및 출구에서 측정되는 압력의 차이(P입구 - P출구)이고, ΔPi는 제1모드가 수행된 초기에 측정되는 다관형의 개질반응기 각각의 입구 및 출구에서의 압력차이다)
조건 1: 상기 개질반응기의 촉매층 최고 온도가 900℃ 초과
조건 2: ΔPt < 1.01 x ΔPi ( ΔPt 및 ΔPi는 상기 조건식 1의 규정과 동일)
조건 3: 상기 개질반응기의 출구로 배출되는 일산화탄소의 농도가 5 mol% 이하
A raw material supply unit in which a first stream containing a hydrocarbon gas stream and carbon dioxide, which are independent raw materials, are independently supplied through a supply pipe; and
A reforming reaction unit including a multi-tubular reforming reactor, each of which is equipped with a reforming catalyst;
The above raw material is supplied to the inlet of the reforming reactor through the supply pipe connected to each reforming reactor, and a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide is produced, which is discharged through the outlet of the reforming reactor.
It is characterized in that the first stream is supplied to at least one reforming reactor, and the supply of raw materials other than the first stream to the reforming reactor is blocked to regenerate the reforming catalyst in which coke is deposited, while the raw materials are continuously supplied to another reforming reactor.
A synthesis gas production system in which the start of the regeneration of the reforming catalyst in which the coke is deposited is controlled by the following conditional expression 1, and the end of the regeneration of the reforming catalyst is controlled by at least one factor selected from the following conditions 1 to 3.
(Condition 1)
ΔP t > 1.1 x ΔP i
(ΔP t in Conditional Equation 1 is the pressure difference (P inlet - P outlet ) measured at the inlet and outlet of each multi-tubular reforming reactor after the first mode is performed for an arbitrary time (t), and ΔP i is the pressure difference at the inlet and outlet of each multi-tubular reforming reactor measured at the beginning of the first mode being performed.)
Condition 1: The maximum temperature of the catalyst layer of the above reforming reactor exceeds 900℃.
Condition 2: ΔP t < 1.01 x ΔP i (ΔP t and ΔP i are the same as those in Condition 1 above)
Condition 3: The concentration of carbon monoxide discharged from the outlet of the above reforming reactor is 5 mol% or less.
삭제delete 제11항에 있어서,
상기 원료공급부는 원료물질로 수증기를 더 포함하여 공급하는 합성가스 생산 시스템.
In Article 11,
The above raw material supply unit is a synthesis gas production system that supplies raw material including additional steam.
제11항에 있어서,
상기 개질반응부 후단에 위치하여 미반응된 이산화탄소를 분리 및 포집하는 이산화탄소 분리부; 를 더 포함하는 합성가스 생산 시스템.
In Article 11,
A synthesis gas production system further comprising a carbon dioxide separation unit positioned at the rear end of the reforming reaction unit to separate and capture unreacted carbon dioxide.
제14항에 있어서,
상기 분리 및 포집된 이산화탄소를 상기 개질반응부의 적어도 일 개질반응기로 재공급하여 합성가스의 생산 또는 코크가 침적된 개질촉매를 재생시키는 합성가스 생산 시스템.
In Article 14,
A synthesis gas production system that re-supplies the separated and captured carbon dioxide to at least one reforming reactor of the reforming reaction unit to produce synthesis gas or regenerate a reforming catalyst on which coke has been deposited.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120156574A1 (en) 2010-12-15 2012-06-21 Duraiswamy Kandaswamy Hydrogen generation having co2 removal with steam reforming
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5601937A (en) * 1995-01-25 1997-02-11 Westinghouse Electric Corporation Hydrocarbon reformer for electrochemical cells
KR101291569B1 (en) 2010-12-28 2013-08-08 지에스칼텍스 주식회사 reform catalyst regeneration method of fuel processor for fuel cell system
KR101528037B1 (en) * 2013-09-30 2015-06-10 주식회사 포스코 The apparatus for dry reforming of methane

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120156574A1 (en) 2010-12-15 2012-06-21 Duraiswamy Kandaswamy Hydrogen generation having co2 removal with steam reforming
CN208975539U (en) 2018-07-26 2019-06-14 南京东大能源工程设计院有限公司 A kind of flue gases of cock oven low temperature SCR denitration and waste heat recycle integrated apparatus
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