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KR20140092244A - Feed ratio control for hter - Google Patents

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KR20140092244A
KR20140092244A KR1020140001828A KR20140001828A KR20140092244A KR 20140092244 A KR20140092244 A KR 20140092244A KR 1020140001828 A KR1020140001828 A KR 1020140001828A KR 20140001828 A KR20140001828 A KR 20140001828A KR 20140092244 A KR20140092244 A KR 20140092244A
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KR
South Korea
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mru
reformer
hter
steam
ratio
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020140001828A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
마르틴 프람 옌센
클라우스 팔레센 한센
Original Assignee
할도르 토프쉐 에이/에스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 할도르 토프쉐 에이/에스 filed Critical 할도르 토프쉐 에이/에스
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Abstract

The invention provides a method for designing the construction of a heat exchange reformer (HER) to minimize metal dusting, and a method for improved thermal control in the HER. By analysis of various parameters related to a main reforming unit (MRU) and the HER, improved thermal control and reduced metal dusting is achieved.

Description

HTER을 위한 원료 비율 제어{FEED RATIO CONTROL FOR HTER}Feed Ratio Control for HTER {FEED RATIO CONTROL FOR HTER}

증기 개질에 의한 합성 가스 생산과 관련하여, 탄화수소의 합성 가스로의 현실적 전환을 달성하기 위해서는 고온이 요구된다.With regard to syngas production by steam reforming, high temperatures are required to achieve realistic conversion of hydrocarbons to syngas.

전통적인 합성 가스 플랜트에서는 합성 가스 중의 감열(sensible heat)이 증기 생성에 사용되었다. 이것에 대한 핀치 포인트 분석을 행함으로써 고온 단부에서 온도 차이가 전형적으로 650-750℃의 범위일 때 개질기로부터 가스 중의 감열이 전형적으로 더 잘 이용될 수 있다는 결론이 나올 것이다. 그러나, 금속 더스팅으로 알려진 부식 현상으로 인하여 플랜트 신뢰성이 열화되지 않는 방식으로 열 교환 장치를 설계하는 것은 곤란하다. 고온 금속 표면이 금속 더스팅에 대한 친화력을 가질 가능성이 증기/물 측에서 상대적으로 낮은 온도와 높은 열 전달 계수로 인하여 상당히 감소되는 전통적인 합성 가스 플랜트에서 사용된 폐열 보일러에서도 금속 더스팅으로 인한 장애가 나타났다.In conventional syngas plants, sensible heat in syngas is used to generate steam. By conducting a pinch point analysis on this, it will be concluded that the temperature difference in the hot end is typically in the range of 650-750 ° C, and the heat in the gas from the reformer is typically better utilized. However, it is difficult to design heat exchangers in a manner that does not degrade plant reliability due to corrosion phenomena known as metal dusting. In the waste heat boiler used in conventional syngas plants, where the possibility of a high temperature metal surface having affinity for metal dusting is considerably reduced due to the relatively low temperature and high heat transfer coefficient on the steam / water side, .

따라서, 증기 개질 구역으로부터 감열을 이용하는 장치를 설계할 때는 금속 더스팅 현상에 대한 상당한 지식과 경험을 이용하는 것이 가장 중요하다.Therefore, when designing a device that uses direct heat from a steam reforming zone, it is most important to take advantage of the considerable knowledge and experience of the metal dusting phenomenon.

핀치 포인트 분석 및/또는 CAPEX/OPEX(기업비/운영비) 평가는 전형적으로 투자 비용과 운영 비용 간에 최적의 균형을 맞추려면 온도 근사치가 10-150℃ 사이여야 하는 것으로 나타난다. 더 높은 값은 일반적으로 고온 및/또는 높은 부식 가능성을 가진 환경에서 더 "독성" 물질과 관련된다.Pinch point analysis and / or CAPEX / OPEX (enterprise / operational cost) evaluations typically show that the temperature approximation must be between 10 and 150 ° C to achieve an optimal balance between investment and operating costs. Higher values are generally associated with more "toxic" materials in environments with high temperature and / or high corrosion potential.

합성 가스 생성을 위하여 주 개질 구역의 출구 온도는 850-1050℃의 범위 내인데, 이것은 감열을 사용하여 공정 스트림을 600-900℃까지 가열할 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 스트림은 개질 공정 자체 말고는 합성 가스 공정에 존재하지 않는다. 따라서, 추가의 증기 개질을 위하여 주 개질기로부터 합성 가스 중의 감열의 이용을 위한 다른 개념들이 고려되었는데, 예를 들어 Aasberg-Petersen K., Dybkjaer I., Ovesen C.V., Schjodt N.C., Sehested J., Thomsen S.G. "Natural gas to synthesis gas - Catalysts and catalytic processes", Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2011 등이다.The outlet temperature of the main reforming zone for synthesis gas production is in the range of 850-1050 ° C, which means that the process stream can be heated to 600-900 ° C using direct heat. This stream is not present in the syngas process other than the reforming process itself. Thus, other concepts for the use of direct heat in syngas from the main reformer for further steam reforming have been considered, such as Aasberg-Petersen K., Dybkjaer I., Ovesen C.V., Schjodt N. C., Sehested J., Thomsen S.G. "Natural gas to synthesis gas - Catalysts and catalytic processes", Journal of Natural Gas Science and Engineering,

가스 가열된 증기 개질기는 주 개질기와 일렬로(HTER-s라고 하며, 일렬로 있는 열 교환 개질기) 또는 주 개질기와 평행으로(HTER-p) 위치될 수 있다. 주 개질기는 관형 개질기, 2차 개질기 또는 자열 개질기일 수 있다. HTER-s는 더 높은 평균 출구 온도가 얻어질 수 있다는 장점을 갖는데, 이것은 원료의 전체적인 전환과 관련하여 유익하고, 또한 합성 연료를 위한 합성 가스의 경우 더 높은 CO/H2 비에 있어서 특히 유익하지만, HTER-p 개념에서는 프론트-엔드에서 전체적인 압력 강하가 더 낮다. 이후 HTER-p만 논의될 것이며, 도 1-3에는 상이한 플랜트 타입들에서 HTER-p의 실시형태가 도시된다.The gas-heated steam reformer may be located in line with the main reformer (HTER-s) and in parallel with the main reformer (HTER-p). The main reformer may be a tubular reformer, a secondary reformer, or a string reformer. HTER-s has the advantage that a higher average outlet temperature can be obtained, which is beneficial in relation to the overall conversion of the feedstock and is particularly beneficial for higher CO / H 2 ratios for syngas for synthetic fuels , The overall pressure drop in the front-end is lower in the HTER-p concept. Only then will HTER-p be discussed, and in Figures 1-3 an embodiment of HTER-p in different plant types is shown.

주 개질기로부터 전형적인 작동 변수들이 표 1에 제시된다.Typical operating parameters from the main reformer are shown in Table 1.

week 개질기의Reformer 전형적인 조건 Typical conditions H2 플랜트H 2 plant NH3 플랜트NH 3 plant ATR-기반 플랜트ATR-based plant 증기 대 탄소 비Steam to carbon ratio 1.8-2.51.8-2.5 2.5-3.62.5-3.6 0.6-0.90.6-0.9 2차 개질기Secondary reformer 아니오no Yes -- 출구 온도
(주 개질기), ℃
Outlet temperature
(Main reformer), ° C
850-930850-930 950-1000950-1000 1000-10501000-1050
H2/CO 비H 2 / CO ratio 3.3-4.53.3-4.5 ~4~ 4 ~2~ 2

HTER-p의 듀티는 전형적으로 표준 플랜트 구성에 적용된 폐열 보일러(및 적용 가능하다면 증기 과열기)의 듀티의 최대 40-50%일 수 있고, 개질 용량은 주 개질기의 용량의 25-30%에 상응한다. 암모니아, 메탄올 및 수소 플랜트에서 이것은 관형/1차 개질기의 듀티가 상응하여 감소될 수 있다는 것을 의미한다. 개질기 크기의 감소와는 별도로 또한 연료 소비와 회수되는 폐열도 상당히 감소되며, 그 결과 전체적인 원료+연료 소비가 낮아지고, 관형 개질기의 폐열 구간의 크기가 감소한다. 자열 개질기(ATR)가 적용된 플랜트의 경우에는 ATR에 대한 산소 요건이 감소되며, 결과적으로 공기 분리 유닛의 운영 비용이 낮아지고, 유닛 크기가 감소한다. 규모의 경제학은 합성 연료 플랜트에서 특히 관련이 있으며, 공기 분리 유닛 용량이 주로 병목이기 때문에, HTER-p(및 HTER-s)의 실시는 동일한 O2 소비에 대해서 전체 플랜트 용량을 증강시킬 수 있다.The duty of HTER-p can typically be up to 40-50% of the duty of the waste heat boiler (and, if applicable, steam superheater) applied to the standard plant configuration, and the reforming capacity corresponds to 25-30% of the capacity of the main reformer . In ammonia, methanol and hydrogen plants this means that the duty of the tubular / primary reformer can be correspondingly reduced. In addition to the reduction in reformer size, the fuel consumption and recovered waste heat are also considerably reduced, resulting in lower overall raw material + fuel consumption and reduced size of the waste heat section of the tubular reformer. In the case of a plant employing an autoregressor (ATR), the oxygen requirement for ATR is reduced, resulting in lower operating costs of the air separation unit and reduced unit size. The implementation of HTER-p (and HTER-s) can enhance overall plant capacity for the same O 2 consumption, since economies of scale are particularly relevant in synthetic fuel plants and air separation unit capacity is a major bottleneck.

상기 논의된 대로, 합성 가스 플랜트의 원료 및 연료 소비와 관련한 효율이 개선되고, CO2 방출이 감소된다. 그러나, 일부 경우, 합성 가스 플랜트에서 생성된 증기는 전체 복합물에서 상당한 값을 가질 수 있으며, 이러한 경우에는 합성 가스 플랜트로부터 증기 수출을 정하는 것이 중요하다. Andersen N.U., Olsson H., "The hydrogen generation game", Hydrocarbon Engineering 2011 참조. 대체로 합성 가스 플랜트에서 증기 생성 효율은 94%만큼 높을 수 있지만, 보조 보일러의 전형적인 효율은 92.5%이다. 그러나, 보조 보일러의 효율이 개선되고(예를 들어, 유기 랭킨 사이클의 사용에 의한 저온 열량으로부터 힘 생성의 실시에 의해서) , 주요 펌프와 압축기가 전기로의 변화를 추진함에 따라, HTER의 장점은 더욱더 중요하게 된다.As discussed above, the efficiency associated with raw material and fuel consumption of the syngas plant is improved, and CO 2 emissions are reduced. However, in some cases, the vapors produced in the syngas plant may have significant values in the overall composite, in which case it is important to determine the steam export from the synthesis gas plant. Andersen NU, Olsson H., "The hydrogen generation game", Hydrocarbon Engineering 2011. Generally, the steam generation efficiency in syngas plants can be as high as 94%, but the typical efficiency of the auxiliary boiler is 92.5%. However, as the efficiency of the auxiliary boiler improves (e.g., by the implementation of force generation from low temperature heat by the use of an organic Rankine cycle), the main advantage of HTER is that as pumps and compressors drive the change of electric furnace It becomes important.

HTER-p에서는 점화된 관형 개질기에서 얻어진 전체 열 전달과 비교하여 높은 열 전달 계수가 얻어지고, 이것은 관형 개질기와 비교하여 HTER-p에 대해 매우 작은 플롯 면적을 가져온다(표 2 참조).In HTER-p, a higher heat transfer coefficient is obtained compared to the total heat transfer obtained in the ignited tubular reformer, which results in a very small plot area for HTER-p compared to the tubular reformer (see Table 2).

개질기에서In the reformer 반응기 체적 및 전달된  The reactor volume and delivered 듀티Duty
(예로서 (For example EssarEssar OilOil HH 22 플랜트) plant)
HTER-pHTER-p 관형 개질기Tubular reformer 전달된 듀티, Gcal/hTransferred duty, Gcal / h 2323 9696 반응기/노 체적, m3 Reactor / volume, m 3 4848 29002900 "열 강도" m3 당 kcal/h "Heat Strength" kcal / h per m 3 480,000480,000 33,00033,000

HTER-p의 열 강도는 전형적인 관형 개질기의 강도보다 10배 이상 더 높은 것으로 보이며, 이것은 HTER-p의 구성이 더 복잡하며, 구성 재료가 더 고가임에도 불구하고 HTER-p가 새로운 또는 기존의 관형 개질기에 개질 용량을 추가하는 현실적인 방식이라는 사실을 뒷받침한다.The thermal strength of HTER-p appears to be 10 times higher than the strength of a typical tubular reformer, which is more complicated in HTER-p configuration and HTER-p is a new or existing tubular reformer Which is a realistic way to add a modifying capacity.

전체 플랜트의 전체적인 비용을 최소화하기 위하여 전체 플랜트에서 중요한 변수들을 아는 것이 중요하다. Topsoe는 상업적 운영에 두 가지 종류의 HTER-p를 가지고 있는데, 1) 베이오넷 튜브 HTER-p, 및 2) 이중 튜브 HTER-p이다.It is important to know the important parameters in the entire plant to minimize the overall cost of the entire plant. Topsoe has two types of HTER-p for commercial operation: 1) bayonet tube HTER-p, and 2) double tube HTER-p.

베이오넷 튜브 HTER-p(도 4 참조)는 각 튜브 조립체가 3개의 동심 튜브로 구성된 튜브 번들로 구성된다. 외부 고리 흐름에서 주 개질기로부터 가열 가스는 위를 향해 흐르고, 중간 고리에서는 원료 가스가 촉매층을 통과해 아래로 흐르며, 거기로부터 빠져나가 중심 튜브(베이오넷 튜브)로 방향을 돌려서 챔버의 출구로 위를 향해 흐르고, 여기서 냉각된 개질된 가스가 외부 고리로부터의 냉각된 가열 가스와 혼합된다.The bayonet tube HTER-p (see FIG. 4) consists of tube bundles each consisting of three concentric tubes. In the outer ring flow, the heating gas flows upward from the main reformer, and in the middle loop, the feed gas flows down through the catalyst bed, from which it is directed and directed to the center tube (bayonet tube) Where the cooled reformed gas is mixed with the cooled heated gas from the outer ring.

이중 튜브 HTER-p(도 5 참조)는 이중 튜브를 가진 튜브 번들로 구성된다. 촉매가 중심 튜브의 내부와 외부 튜브의 외부에 로딩된다. 원료 가스는 튜브 내부의 촉매를 통과하고 튜브 외부의 촉매를 통과해서 아래를 향해 흐른다. 촉매층으로부터의 개질된 가스는 주 개질기로부터의 가열 가스와 혼합되고, 촉매층을 흐르는 가스와 열을 교환하면서 이중 튜브 조립체 사이의 고리에서 위를 향해 흐른다.The double tube HTER-p (see Figure 5) consists of tube bundles with double tubes. The catalyst is loaded inside the center tube and outside the outer tube. The raw gas passes through the catalyst inside the tube and flows downward through the catalyst outside the tube. The reformed gas from the catalyst bed mixes with the heated gas from the main reformer and flows upward from the loop between the dual tube assemblies exchanging heat with the gas flowing through the catalyst bed.

높은 전환이 매우 중요한 플랜트에서는 전형적으로 합성 가스에서 최소 메탄 누출을 보장하기 위하여 촉매층의 출구 온도가 가능한 높아야 한다. 이것은, 예를 들어 낮은 증기 대 탄소 비에서 작동할 때 연료 균형이 타이트한 암모니아 플랜트와 수소 플랜트에서 주로 일어나는 상황이다. 이러한 경우, 주 개질기(관형 개질기 또는 2차 개질기)로부터의 가열 가스는 열 교환이 발생하기 전에는 HTER-p 촉매 유출물 가스와 혼합되지 않으므로 베이오넷 타입 HTER-p가 최적이다. 이것은 이중 튜브 HTER-p의 경우보다 HTER-p의 고온 단부에서 동일한 온도 근사치에서 HTER-p에서 더 높은 개질 온도(대략 30-40℃)를 가져온다. 메탄 슬립이 좀 적은 경우, 이중 튜브 HTER-p는 튜브 조립체 사이의 공간이 촉매층으로 이용되어 HTER-p를 더욱더 컴팩트하게 만들기 때문에 더욱 컴팩트하게 된다는 장점을 가진다. 이중 튜브 HTER-p는 전형적으로 주 개질기 출구 온도가 상대적으로 높은 ATR-기반 플랜트와 수소 플랜트에서 가장 현실적인 해결책이며, 여기서는 연료 균형이 이런 설계를 허용한다(주로 증기 대 탄소 비가 공급원료의 종류에 의해서 결정된다).In plants where high conversion is critical, typically the outlet temperature of the catalyst bed should be as high as possible to ensure minimal methane leaks in the syngas. This is a situation where, for example, the fuel balance occurs mainly in ammonia plants and hydrogen plants, which operate at low steam to carbon ratios. In this case, the heating gas from the main reformer (tubular reformer or secondary reformer) is not mixed with the HTER-p catalyst effluent gas before heat exchange occurs, so Bayonet type HTER-p is optimal. This results in a higher reforming temperature (approximately 30-40 ° C) in HTER-p at the same temperature approximation at the high temperature end of HTER-p than in the double tube HTER-p case. When the methane slip is less, the double tube HTER-p has the advantage that the space between the tube assemblies is used as a catalyst layer, making the HTER-p more compact and more compact. The dual tube HTER-p is the most realistic solution in ATR-based plants and hydrogen plants, where the main reformer outlet temperature is typically relatively high, where fuel balancing allows this design (mainly due to the steam to carbon ratio being dependent on the type of feedstock Lt; / RTI >

상기 기준은 전형적으로 일부이며, 많은 다른 요인들이 HTER-p의 최종적이며 가장 현실적인 레이아웃에 영향을 미칠 수 있다.The criteria are typically part of, and many other factors may affect the final and most realistic layout of the HTER-p.

개질된 공정 가스에 의해서 가열된 열 교환 개질기와 관련된 주요 난관은 금속 더스팅에 의한 부식이며, 이것은 전형적으로 CO 및/또는 탄화수소로 부화된 분위기에서 400-800℃의 온도 범위에서 일어날 수 있다.The main tubing associated with a heat exchanger reformer heated by a modified process gas is corrosion by metal dusting, which can typically occur in a temperature range of 400-800 [deg.] C in an atmosphere enriched with CO and / or hydrocarbons.

금속 더스팅을 위한 전구물질은 탄소 형성이며, 개질된 가스에서 탄소 형성에 대한 가능한 메커니즘은, Aguero A., Gutierrez M., Korcakova L., Nguyen T. T.M, Hinnemann B., Saadi S.. "Metal Dusting Protective Coatings. A Literature Review", Oxidation of Metals, 2011를 참조한다:The precursors for metal dusting are carbon formation, and possible mechanisms for carbon formation in the reformed gas are described in Aguero A., Gutierrez M., Korcakova L., Nguyen TTM, Hinnemann B., Saadi S. "Metal Dusting Protective Coatings. A Literature Review ", Oxidation of Metals, 2011:

<부다 반응><Buda reaction>

(1) 2 CO <-> C + CO2 (1) 2 CO <-> C + CO 2

<CO 환원><CO reduction>

(2) CO + H2 <-> C + H2O (2) CO + H 2 < -> C + H 2 O

<메탄 분해><Methane decomposition>

(3) CH4 <-> C + 2 H2 (3) CH 4 <-> C + 2 H 2

부다 반응 (1)과 CO 환원 반응 (2)은 모두 발열 반응인데, 즉 실제 온도가 평형 온도 이하일 때 두 반응으로부터 탄소 형성에 대한 친화력이 있다. 그러나, 특정 온도에서, 즉 400-450℃에서는 반응 속도가 너무 느려서 실제로는 미미한 부식이 일어난다. 메탄 분해 반응 (3)은 흡열 반응이며, 즉 평형 온도 이상에서 탄소 형성에 대한 친화력이 존재한다. 표 3에 탄소 형성 반응에 대한 전형적인 평형 온도가 제시된다.Both the Buda reaction (1) and the CO reduction reaction (2) are exothermic, ie they have an affinity for carbon formation from the two reactions when the actual temperature is below the equilibrium temperature. However, at a certain temperature, that is, at 400-450 ° C, the reaction rate is too slow, resulting in very slight corrosion. The methane decomposition reaction (3) is an endothermic reaction, that is, there is an affinity for carbon formation above the equilibrium temperature. Table 3 shows typical equilibrium temperatures for the carbon forming reaction.

상이한 플랜트 종류에서 탄소-형성 반응에 대한For the carbon-forming reaction in different plant types
전형적인 평형 온도Typical Equilibrium Temperature
H2 플랜트H 2 plant NH3 플랜트NH 3 plant ATR-기반 플랜트ATR-based plant 평형 온도Equilibrium temperature 부다 반응, Teq, ℃Buda reaction, T eq , ° C 790-800790-800 800-810800-810 CO 환원, Teq, ℃CO reduction, T eq , ° C 750-780750-780 760-770760-770 메탄 분해, Teq, ℃Methane decomposition, T eq , ° C >950> 950 >1200> 1200

공정 가스가 임계 온도 범위를 지나고, 탄소 형성에 대한 친화력과 금속 더스팅의 가능성이 존재한다는 것이 보인다. 탄소에 대한 친화력을 갖는 것이 허용되지 않는 금속 더스팅 부식을 갖는 것과 반드시 동일한 것은 아니다(그러나 종종 그렇다). 일부 상업용 합금은 긴 인큐베이션 시간과 낮은 부식 속도를 가지며, 따라서 이들은 금속 더스팅에 대한 친화력이 있는 조건에서의 작동에 적합하게 된다. 그러나, 탄소 형성에 대한 친화력이 있는 조건에서의 작동은 상업용 유닛에서 사용하기 전에 광범위한 시험이 필요하며, Topsoe는 연구실에서 금속 더스팅 공격을 맵핑하기 위하여 재료와 작동 조건을 계속 시험하고 있고, 특수 합금을 개발중인 선두 기업들과 광범위한 협력관계를 갖고 있다. 마지막으로, 그러나 Topsoe는 금속 더스팅 분야에서 대류 개질기의 운영에 있어서 수십 년 이상 동안 성공적인 산업적 경험을 지니고 있다.It is seen that the process gas crosses the critical temperature range and there is a possibility of affinity for carbon formation and metal dusting. It is not necessarily (but often) the same as having metal dusting corrosion that is not allowed to have affinity for carbon. Some commercial alloys have long incubation times and low corrosion rates and are therefore suitable for operation under conditions with affinity for metal dusting. However, operation in the presence of affinity for carbon formation requires extensive testing prior to use in commercial units, and Topsoe continues to test materials and operating conditions to map metal dusting attacks in the laboratory, And has extensive partnerships with leading companies in the development of Finally, however, Topsoe has had decades of successful industrial experience in the operation of convection reformers in the field of metal dusting.

Haldor Topsoe A/S(Topsoe)는 1990년부터 대류 개질기를 운영해왔다. 최초의 열 교환기 개질기는 연도 가스로부터의 대류에 기초했다(Haldor Topsoe 대류 개질기 "HTCR"). 운영되고 있는(30종 이상) HTCR은 대부분 베이오넷 타입이며(도 6 참조), 비교적 복잡한 열 전달 메커니즘을 가진다. 대류 개질기에서 열 전달에 대한 광범위한 경험과 피드백이 이들 유닛으로부터 얻어졌으며, 이것은 다른 타입의 대류 개질기의 설계를 최적화하는데 사용되었다.Haldor Topsoe A / S (Topsoe) has been operating a convection reformer since 1990. The original heat exchanger reformer was based on convection from flue gas (Haldor Topsoe convection reformer "HTCR"). Operating (more than 30) HTCRs are mostly bayonet-type (see FIG. 6) and have relatively complex heat transfer mechanisms. Extensive experience and feedback on heat transfer in convection reformers has been obtained from these units, which have been used to optimize the design of other types of convection reformers.

2003년에는 최초의 HTER이 남아프리카 세쿤다에 있는 Sasol's Synfuel Plant에서 성공적으로 시동되었고, 이후 계속 운영되고 있다(Thomsen S.G., Han P. A., Loock S., Ernst W. "The first Industrial Experience with the Haldor Topsoe Exchanger Reformer", AIChE Ammonia Safety Symposium, 2006). HTER은 이중 튜브 타입이며, HTER의 적용에 의해서 합성 가스 생산이 30% 이상까지 증강되었다. 이 개질기에 대한 작동 조건은 고온 및 낮은 증기 대 탄소 비로 인하여 금속 더스팅에 관해 상대적으로 가혹하다. 이 최초의 튜브 번들은 7년 이상 운영되고 있었는데, 금속 더스팅 부식은 예상된 속도 이내여서 튜브 번들을 교체할 이유는 없었다.In 2003, the first HTER was successfully commissioned at Sasol's Synfuel Plant in Secunda, South Africa and continues to operate since then (Thomsen SG, Han PA, Loock S., Ernst W. "The First Industrial Experience with the Haldor Topsoe Exchanger Reformer ", AIChE Ammonia Safety Symposium, 2006). The HTER is a double tube type, and the synthesis of syngas has been increased to more than 30% by the application of HTER. The operating conditions for this reformer are relatively harsh with respect to metal dusting due to the high temperature and low steam to carbon ratios. This first tube bundle had been in service for more than seven years, and metal dusting corrosion was within the expected rate, so there was no reason to replace the tube bundle.

2010년에는 베이오넷 타입 HTER이 인도에 있는 Numaligarh Refinery Limited에서 시동되었다(Konwar S., Thakuria A.. "New Paradigms in Revamp Options for Hydrogen Units - The HTERp in NRL" 16th Refinery Technology Meet., 2011). HTER은 연료 생성물에 대한 더욱 엄격한 환경상의 요건으로 인하여 리파이너리 컴플렉스에서 전체적인 H2 요구와 관련된 개조 부분이었다. 기존 수소 유닛의 원래 용량은 38000 MTPY(52,400N㎥/h)이었고, HTER에 의해 제공된 추가 H2 생산은 14,600 N㎥/h이며, 25% 이상의 용량 증가가 있다. 2007년에 Essar Oil Vadinar Limited와 Haldor Topsoe는 130,000 N㎥/h 수소의 용량을 가진 수소 유닛의 설계에 동의했다.In 2010, Bayonet type HTER was launched at Numaligarh Refinery Limited in India (Konwar S., Thakuria A .. "New Paradigms in Revamp Options for Hydrogen Units - The HTERP in NRL" 16th Refinery Technology Meet., 2011). The HTER was a modification of the refinery complex, related to the overall H 2 demand, due to the more stringent environmental requirements for fuel products. Was originally capacity 38000 MTPY (52,400N㎥ / h) of hydrogen existing units, additional H 2 production is provided by the HTER N㎥ 14,600 / h, an increase of over 25% capacity. Essar Oil Vadinar Limited and Haldor Topsoe agreed in 2007 to design a hydrogen unit with a capacity of 130,000 Nm3 / h of hydrogen.

이 수소 유닛의 원료 및 연료 소비에 관한 운영 비용과 장점을 생각해서 Essar Oil은 이중 튜브 HTER을 실시하기로 결정했다. 이 수소 유닛의 구성은 도 7에 도시된다. 이 플랜트는 높은 유연성과 공급 원료로서 천연가스, 리파이너리 연로 가스, LPG 및 나프타 모두에 대해 설계된다. 공급 원료에서 높은 유연성을 수용하기 위하여 2.5의 증기 대 탄소 비가 예비 개질기 및 관형 개질기에 대해 선택되었고, 예비 개질기 작동이 최적화되는 것을 확보한다.In view of the operating costs and benefits associated with the raw material and fuel consumption of this hydrogen unit, Essar Oil decided to implement a dual-tube HTER. The configuration of this hydrogen unit is shown in Fig. The plant is designed for both high flexibility and feedstock for both natural gas, refinery fugitive gas, LPG and naphtha. To accommodate the high flexibility in the feedstock, a steam to carbon ratio of 2.5 was selected for the preliminary and tubular reformers and ensures that the preliminary reformer operation is optimized.

관형 개질기는 최고 효율 및 전환을 달성하기 위하여 915℃의 최대 작동 출구 온도로 설계되었고, 또한 이것은 HTER-p의 더욱 나은 활용을 허용한다. HTER-p의 듀티는 대략 23 Gcal/h이며, 이것은 대략 280℃(폐열 보일러로부터의 일반적인 출구 온도)까지 냉각할 때 합성 가스 중의 감열의 대략 40%에 상응한다. 또한, 이 듀티는 대략 5%의 수소 유닛까지 원료 및 연료의 감소에 상응한다(그리고 증기 수출도 따라서 감소된다).The tubular reformer was designed with a maximum operating outlet temperature of 915 ° C to achieve peak efficiency and conversion, which also allows for better utilization of the HTER-p. The duty of HTER-p is approximately 23 Gcal / h, which corresponds to approximately 40% of the heat in syngas when cooled to approximately 280 ° C (the typical outlet temperature from the waste heat boiler). In addition, this duty corresponds to a reduction of raw materials and fuel to about 5% hydrogen unit (and steam exports are therefore reduced).

상기 언급된 대로, 금속 더스팅에 의해 야기되는 과도한 부식을 피하기 위하여 금속 표면의 온도가 특정 한계 내에 있는 것을 보장하는 것이 매우 중요하다. Essar Oil H2 플랜트에서 HTER-p의 경우, 가장 중요한 변수는 CO 환원 온도이다. 촉매층으로 열을 전달하면서 금속 더스팅에 대한 친화력을 가지고 합성 가스가 임계 온도를 지나기 때문에, 금속 더스팅에 대한 충분한 내성을 가진 재료가 튜브 번들의 관련 부분들에 대해 선택되는 것이 중요하다. 재료의 선택은 비용 및 작동 유연성을 고려하여 최적화된다. Essar Oil H2 플랜트는 예비 개질기를 갖도록 설계되고, HTER-p로의 원료는 예비 개질기의 하류에서 취해지기 때문에, HTER-p에서 원료 조성(일정한 증기 대 탄소 비에서)은 공급 원료 종류(NG, RFG, LPG 또는 나프타)의 변동과 무관하게 비교적 일정하지만, 다른 변수들은 HTER에서의 온도 프로파일에 중요하다.As mentioned above, it is very important to ensure that the temperature of the metal surface is within certain limits in order to avoid excessive corrosion caused by metal dusting. For HTER-p in the Essar Oil H 2 plant, the most important parameter is the CO reduction temperature. It is important that a material with sufficient resistance to metal dusting is selected for the relevant portions of the tube bundle, since the syngas passes the critical temperature with affinity for metal dusting while transferring heat to the catalyst bed. The choice of material is optimized in terms of cost and operating flexibility. Since the Essar Oil H 2 plant is designed to have a pre-reformer and the feed to HTER-p is taken downstream of the pre-reformer, the feed composition (at a constant steam to carbon ratio) , LPG or naphtha), other parameters are important for the temperature profile in HTER.

- 관형 개질기와 비교하여 HTER에 대한 상대적인 원료 비율- Ratio of raw material relative to HTER as compared to tubular reformer

- 관형 개질기 출구 온도- tubular reformer outlet temperature

- 증기 대 탄소 비- steam to carbon ratio

도 8에 온도 프로파일에 대한 상기 변수들의 영향이 도시된다.The effect of these variables on the temperature profile is shown in Fig.

재료 선택은 플랜트 작동 변수의 변동을 허용하는 견고한 설계를 보장하고, 제어를 수월하게 하며 금속 더스팅에 의해 야기된 부식을 최소화하도록 행해지고, 플랜트는 HTER로의 원료 흐름이 최적의 방식으로 제어되는 것을 보장하는 알고리즘을 갖도록 설계된다.Material selection is made to ensure a robust design that allows for variations in plant operating parameters, to facilitate control, minimize corrosion caused by metal dusting, and ensure that the plant controls the flow of raw material to the HTER in an optimal manner Lt; / RTI &gt;

도 8로부터 보이는 대로, 온도 프로파일에 대한 중요한 변수는 HTER 원료 유속 및 관형 개질기 출구 온도이다. 관형 개질기 출구 온도는 다른 요건들(개질기 튜브 금속 온도, 관의 점화 속도 등)에 의해서 결정될 수 있으므로, HTER에서 최적 온도 프로파일을 갖기 위하여 HTER로의 원료 흐름에 따라서 원료 유속을 조작할 수 있도록 선택되었다.8, the important parameters for the temperature profile are HTER feed flow rate and tubular reformer outlet temperature. Since the tubular reformer outlet temperature can be determined by other requirements (reformer tube metal temperature, tube ignition speed, etc.), it was chosen to manipulate the feed flow rate according to feed flow to HTER to have an optimal temperature profile in HTER.

FHTER = f (Ftub . ref , Tout , tub . ref , S/C) F HTER = f (F tub. . Ref, T out, tub ref, S / C)

여기서,here,

FHTER: HTER로의 원료 유속F HTER : Raw material flow rate to HTER

Ftub . ref: 관형 개질기로의 원료 유속F tub . ref : Raw material flow rate to tubular reformer

Tout , tub . ref: 관형 개질기로부터의 출구 온도T out , tub . ref : outlet temperature from tubular reformer

S/C: 개질 구역까지 증기 대 탄소 비S / C: steam to carbon ratio to the reforming zone

증기 대 탄소(S/C)는 주어진 공정 스트림에서 H2O 대 탄소의 몰 비를 의미한다.Steam to carbon (S / C) means the molar ratio of H 2 O to carbon in a given process stream.

탄소-형성 반응을 위한 평형 온도는 관형 개질기로부터의 출구 온도와 증기 대 탄소 비에 의해서 영향을 받는다. 평형 온도는 감소된 출구 온도 및 증가된 증기 대 탄소 비를 위해서 감소되고, 이로써 관형 개질기에 대해 더 온건하게 고려된 작동 조건은 HTER에 대해서도 더 온건하며, 따라서 HTER 및 관형 개질기에 대한 원료의 비율이 일정하게 유지되는 한 일종의 자기-조절이 주어진다. 그러나, 제어를 수월하게 하며, 오작동으로 인한 조기 장애의 위험을 최소화할 것이므로 진보된 알고리즘을 이용하는 것이 항상 권장된다.The equilibrium temperature for the carbon-forming reaction is affected by the outlet temperature from the tubular reformer and the vapor to carbon ratio. The equilibrium temperature is reduced for a reduced outlet temperature and increased steam to carbon ratio, whereby operating conditions that are more moderately considered for the tubular reformer are also more benign for HTER and therefore the ratio of feed to HTER and tubular reformer is One type of self-regulation is given as long as it remains constant. However, it is always recommended to use advanced algorithms as it will ease control and minimize the risk of premature failure due to malfunction.

HTER-p는 Topsoe에 의해서 설계되고 조달되었다. 압력 쉘은 내화제 라이닝되고, 내화제는 플랜트의 커미셔닝 전에 2011년 8월에 현장에서 건조되었다. 흐름이 커미셔닝(또는 작동) 동안 내화제를 따라 지나도록 의도되지 않으므로 압력 쉘 내화제는 예비 커미셔닝/커미셔닝 동안에는 건조될 수 없다(출구 수집기의 내화제로서).HTER-p was designed and procured by Topsoe. The pressure shell was lined with fire retardant and the fire retardant was dried on site in August 2011 before commissioning of the plant. Since the flow is not intended to pass along the refractory during the commissioning (or operation), the topping agent in the pressure shell can not be dried during the preliminary commissioning / commissioning (as refractory of the exit collector).

2011년 9월에 압력 쉘이 직수되었고, 튜브 번들이 설치되었다.In September 2011, the pressure shell was launched and the tube bundle was installed.

HTER-p는 2011년 11월에 16x8mm 크기로 열 교환 개질기에 Topsoe 촉매와 함께 로딩되었고, 그것은 원활히 진행했으며, 튜브에서 로딩 밀도와 압력 강하 간에 매우 낮은 편차(+3.1/-2.2%)가 얻어졌다. 이것은 튜브들 간에 우수한 흐름 분포를 보장한다. 튜브 내부 촉매와 튜브 외부 촉매 양쪽에 대한 전체 촉매 로딩 시간은 주간 근무 기준으로 10일이었다. 이 시간은 감소될 수 있을 것으로 기대되며, 유사한 H2 생산 용량(80-100개 개질기 튜브에 상응하는 ~32,000N㎥/h)을 가진 종래의 관형 개질기와 비교하여, HTER의 로딩 시간은 단지 3-4일 더 길었을 뿐이며, 이것은 HTER의 컴팩트함과 HTER의 로딩은 전형적으로 중요한 경로가 아니라는 사실을 고려하면 합리적이라고 생각될 수 있다.The HTER-p was loaded with a Topsoe catalyst in a heat exchanger reformer at 16x8 mm in November 2011, which proceeded smoothly and resulted in a very low deviation (+ 3.1 / -2.2%) between loading density and pressure drop in the tube . This ensures a good flow distribution between the tubes. The overall catalyst loading time for both in-tube catalyst and tube-external catalyst was 10 days on a weekly basis. This time is expected to be reduced and compared to conventional tubular reformers with similar H 2 production capacity (~ 32,000 Nm 3 / h corresponding to 80-100 reformer tubes), the loading time of HTER is only 3 It is only four days longer, which can be considered reasonable considering the compactness of the HTER and the loading of the HTER is not typically a critical path.

H2 플랜트는 2012년 1월에 기계적으로 완성되어 충분히 예비 커미셔닝되었으며, 직후 커미셔닝이 시작되었다. 순환하는 질소 중에서 개질 구역(예비 개질기, 관형 개질기 및 HTER-p)의 가열이 1월 12일에 시작되었고, 1월 15일에는 원료가 개질 구역에 도입되었다.The H 2 plant was mechanically completed in January 2012 and was fully commissioned, commissioning commenced shortly after. Heating of the reforming zone (pre-reformer, tubular reformer and HTER-p) in the circulating nitrogen started on January 12, and on January 15 the raw material was introduced into the reforming zone.

Essar Oil H2 플랜트는 중간 온도 이동(MTS)을 갖도록 설계되고, 시동에 있어서 수입 수소의 이용률로 인하여 중간 온도 이동이 우회된 상태에서 H2 플랜트 자체에 의해서 생산된 H2에 의하여 MTS 촉매를 환원시키도록 선택되었다. 이것은 감소된 용량, 개질기(관형 개질기 및 HTER)로부터의 감소된 출구 온도 및 증가된 증기 대 탄소 비에서 개질 구역을 작동시킴으로써 행해질 수 있으며, 이런 방식으로 압력 스윙 흡착(PSA) 유닛으로 공급하기에 적합한 합성 가스가 생산되고, 이런 방식으로 MTS 촉매 환원을 위한 H2가 생산된다.The Essar Oil H 2 plant is designed to have an intermediate temperature shift (MTS), and the MTS catalyst is reduced by H 2 produced by the H2 plant itself, with the intermediate temperature shift bypassed due to the utilization rate of imported hydrogen in the start- . This can be done by operating the reforming zone at a reduced capacity, at a reduced outlet temperature from the reformer (tubular reformer and HTER) and at an increased steam to carbon ratio, and is thus suitable for feeding into a pressure swing adsorption (PSA) unit Syngas is produced, and H 2 for MTS catalytic reduction is produced in this manner.

MTS 촉매 환원은 1월 20일에 마무리되었고, 중간 온도 전환장치가 같은 날에 삽입되었으며, 2012년 1월 21일에 60% 용량에 도달되었고, 2012년 1월 22일에 85% 생산 용량에 도달되었다. H2 플랜트는 리파이너리 컴플렉스에서 H2 요구에 따라서 운전되었다.The MTS catalytic reduction was completed on January 20 and the mid-temperature switch was inserted on the same day, reaching 60% capacity on January 21, 2012 and reaching 85% capacity on January 22, 2012 . The H 2 plant was operated according to H 2 requirements at the refinery complex.

H2 플랜트는 2012년 제2 분기에 조기 재시동되었고, 2012년 5월에 100% 용량에서 시범 운전이 수행되었다. 작동 데이터가 데이터 조합 프로그램을 사용하여 분석되었으며, 이것은 플랜트와 HTER의 분석이 열 및 질량 균형 상에 오차 없이 일관된 데이터 세트에 기초하여 행해지는 것을 보장한다. 작동 및 소비 수치는 예상된 대로 130,130N㎥/hdml 용량에 있었고, 현장 최적화에 의해서 예상되고 보증된 것보다 더 나은 소비 수치가 얻어질 수 있었던 것으로 나타났다(표 4 참조).The H 2 plant was restarted early in the second quarter of 2012 and piloted at 100% capacity in May 2012. Operational data was analyzed using a data combination program, which ensures that the analysis of the plant and HTER is done on a consistent dataset without errors on heat and mass balance. Operating and consumption figures were in the 130,130 Nm3 / hdml capacity as expected and better consumption figures could be obtained than expected and guaranteed by site optimization (see Table 4).

특이적 순 에너지 소비 (Specific net energy consumption ( GcalGcal /1000 / 1000 NmNm 33 HH 22 ))
(칼럼에서 "연료 최적"은 시범 운전의 4시간 최적화된 기간을 나타낸다)("Fuel optimized" in the column represents an optimized period of 4 hours of pilot operation)
  로우low 데이터  data  조합된 데이터 Combined data 설계design 시범
운전
Demonstration
driving
(연료
최적)
(fuel
optimal)
시범 운전Pilot driving (연료 최적)(Fuel optimum)
원료 + 연료 - 증기Raw materials + fuel - steam 3.153.15 3.153.15 3.123.12 3.173.17 3.143.14 원료 + 연료Raw material + fuel 3.393.39 3.423.42 3.393.39 3.453.45 3.423.42 원료Raw material 3.163.16 3.043.04 3.043.04 3.063.06 3.063.06

또한, 시범 운전 동안 HTER-p의 작동 및 성능이 평가되었고, Topsoe 개질기 모델(도 9 참조)에 의해서 시뮬레이트된 온도로 잘 맞춰 온도가 측정되었으며, 이들은 운전 시작시 실제 열 전달이 모델에 의해서 예측된 열 전달보다 약간 더 낫다는 것을 나타낸다.Also, the operation and performance of the HTER-p was evaluated during the trial run, and the temperature was measured in good agreement with the simulated temperature by the Topsoe reformer model (see FIG. 9) Which is slightly better than heat transfer.

조합된 종료 온도를 사용하여 시뮬레이트된 개질기 모델로부터의 직접 결과와 비교한 온도 프로파일의 평가는 임계 온도의 위치가 단지 대략 0.5m 이동하며, 이 경우(그리고 일반적으로 이중 튜브 HTER-p의 경우) 그 위치는 위를 향해, 즉 금속 더스팅에 대한 높은 내성을 가진 재료로 구성된 튜브 조립체의 부분 쪽으로 더 이동한다는 것을 나타낸다. 예를 들어 도 10을 참조한다.The evaluation of the temperature profile compared to the direct result from the simulated reformer model using the combined termination temperature shifts the position of the critical temperature by only about 0.5m, and in this case (and generally in the case of the double tube HTER-p) Position indicates that it moves further toward the top, i. E. Toward the portion of the tube assembly comprised of the material with high resistance to metal dusting. See FIG. 10, for example.

결론적으로, Haldor Topsoe 교환 개질기의 설치는 H2 플랜트에서 원료 및 연료 소비를 상당히 감소시키고, 따라서 또한 플랜트로부터 CO2 배출을 감소시킨다. HTER-p는 매우 컴팩트한 개질기이며, 매우 높은 열 강도를 갖고, 이로써 이것은 평범한 플랜트와 개조 프로젝트에서 모두 실현 가능하게 된다.In conclusion, the installation of the Haldor Topsoe exchange reformer significantly reduces raw material and fuel consumption in the H 2 plant and thus also reduces CO 2 emissions from the plant. The HTER-p is a very compact reformer and has a very high thermal strength, which makes it possible for both ordinary plant and retrofit projects.

개질기의 크기를 정하기 위한 설계 도구는 열 전달과 촉매 활성을 모두 정확하게 예측하고, 열적 설계와 촉매 성능 간의 상호작용을 고려하는 것이 중요하다. 열 전달과 촉매 활성의 과잉 추산은 설계 용량을 충족할 수 없는 장치를 가져올 것이지만, "설계 마진"의 적용은 너무 우수한 열 전달 및/또는 촉매 활성이 금속 더스팅 공격과 함께 중요한 작동을 가져올 수 있으므로 해결책은 아니다.It is important to accurately predict both heat transfer and catalytic activity, and to consider the interaction between thermal design and catalytic performance, as a design tool for sizing the reformer. Excessive estimates of heat transfer and catalytic activity will lead to devices that can not meet design capacity, but application of "design margins" can lead to too much heat transfer and / or catalytic activity to play a critical role with metal dusting attacks It is not a solution.

Essar Oil H2 플랜트의 커미셔닝 및 작동은 HTER-p의 실시가 커미셔닝 및 시동 시간에 부정적인 영향을 미치지 않고, HTER-p의 작동이 견고하며 안정하고, 플랜트 신뢰성에 영향을 미치지 않는다는 것을 보여준다. Essar Oil H2 플랜트로부터의 작동 데이터의 평가는 열 전달 및 촉매를 예측하는데 사용된 모델이 매우 정확하며, HTER-p의 적절하고 안전한 설계를 보장한다는 것을 보여준다.The commissioning and operation of the Essar Oil H 2 plant shows that the implementation of HTER-p does not negatively affect commissioning and start-up time, HTER-p operation is robust and stable, and does not affect plant reliability. The evaluation of the operational data from the Essar Oil H 2 plant shows that the model used to predict heat transfer and catalyst is very accurate and ensures a proper and safe design of the HTER-p.

Topsoe에 의해서 설계된 HTER-p를 구비한 9개의 유닛이 2013-1015 기간에 시동될 것으로 예견된다.It is anticipated that nine units with HTER-p designed by Topsoe will start up in 2013-1015.

미국특허 제6224789호는 평행하게 놓인 자열 개질기와 열 교환 개질기를 포함하는 합성 가스를 생산하기 위한 방법으로서, 자열 개질기로부터의 유출물이 열 교환 개질기를 가열하기 위하여 사용되는 방법을 설명한다.U.S. Patent No. 6224789 describes a method for producing syngas comprising a self-heat reformer and a heat exchange reformer placed in parallel, wherein the effluent from the autothermal reformer is used to heat the heat exchange reformer.

본 발명에 의해서, 금속 더스팅에 대해 내성인 금속이 열 교환 개질기의 입구로부터 거리를 두고 사용되고, 이러한 거리가 주 개질기의 증기 대 탄소 비, 유출물 출구 온도 및 탄화수소 흐름은 물론 열 교환 개질기의 증기 대 탄소 비 및 탄화수소 유속으로부터 계산되는 방법이 개시된다.According to the present invention, metals resistant to metal dusting are used at a distance from the inlet of the heat exchange reformer, and this distance is determined by the steam-to-carbon ratio, effluent outlet temperature and hydrocarbon flow of the main reformer, To carbon ratio and hydrocarbon flow rate.

도 1: NH3 플랜트 프론트 엔드에서 HTER
도 2: 합성 연료를 위한 ATR-기반 프론트 엔드에서 HTER
도 3: H2 플랜트에서 HTER
도 4: 베이오넷 튜브 HTER
도 5: 이중 튜브 HTER
도 6: HTCR에서 열 전달
도 7: Essar Oil 수소 플랜트
도 8: HTER에서 온도 프로파일
도 9: HTER-p 종료 온도의 평가
도 10: 시뮬레이트되고 추산된 실제 온도 프로파일
Figure 1: HTER at the NH 3 plant front end
2: ATR-based front end for synthetic fuel
Figure 3: HTER &lt; RTI ID = 0.0 &gt;
Figure 4: Bayonet tube HTER
5: Double tube HTER
Figure 6: Heat transfer in HTCR
Figure 7: Essar Oil hydrogen plant
Figure 8: Temperature profile in HTER
Figure 9: Evaluation of HTER-p termination temperature
Figure 10: Simulated and estimated actual temperature profile

본원에 따라서 그리고 첨부된 청구항들에 상응하는 본 발명의 양태는 다음과 같다:An aspect of the present invention that follows and in accordance with the appended claims is as follows:

양태 1: 금속 더스팅을 최소화하기 위한 열 교환 개질기(HER)의 구성을 설계하는 방법으로서, 상기 HER은 합성 가스 생산 유닛의 일부이며, 상기 합성 가스 생산 유닛은 주 개질 유닛(MRU) 및 열 교환 개질기(HER)를 포함하고, MRU로부터의 유출물은 HER에 열을 제공할 수 있도록 배치되며, 탄화수소 공급 원료는 MRU와 HER을 모두 평행하게 통과하도록 배치되고, 이로써Embodiment 1: A method for designing a configuration of a heat exchange reformer (HER) for minimizing metal dusting, the HER being part of a syngas production unit comprising a main reforming unit (MRU) (HER), the effluent from the MRU being arranged to provide heat to the HER, the hydrocarbon feedstock being arranged to pass both the MRU and the HER in parallel,

a. MRU 증기 대 탄소 비(MRUS /C), 유출물 출구 온도(TMRU) 및 MRU 탄화수소 유속(FMRU)을 갖는 MRU 탄화수소 원료 및a. MRU hydrocarbon feedstock with MRU steam to carbon ratio (MRU S / C ), effluent outlet temperature (T MRU ) and MRU hydrocarbon flow rate (F MRU )

b. HER 증기 대 탄소 비(HERS /C) 및 HER 탄화수소 유속(FHER)을 갖는 HER 탄화수소 원료를 제공하며,b. Provides a HER hydrocarbon feed having a HER steam to carbon ratio (HER S / C ) and a HER hydrocarbon flow rate (F HER )

상기 방법은 The method

- HER 내에서 온도 프로파일이 FHER/FMRU의 비, MRU 출구 온도(TMRU), MRU 증기 대 탄소 비(MRUS /C), HER 증기 대 탄소 비(HERS /C) 및 전체 탄화수소 유속(FMRU+FHER)의 함수로서 HER의 입구로부터 거리를 두고 어느 정도 변하는지 결정하는 단계;- the temperature profile within the HER indicates the ratio of F HER / F MRU , MRU outlet temperature (T MRU ), MRU steam to carbon ratio (MRU S / C ), HER steam to carbon ratio (HER S / C ) (F MRU + F HER ) as a function of distance from the entrance of the HER to a certain extent;

- 상기 온도 프로파일로부터 금속 더스팅이 적게 발생하는 HER의 입구로부터의 거리(A)를 결정하는 단계;- determining a distance (A) from the entrance of the HER where less metal dusting occurs from said temperature profile;

- HER의 입구로부터의 상기 거리(A)를 초과하는 거리에서 금속 더스팅에 대해 높은 내성을 가진 제1 금속으로부터 HER을 구성하는 단계; 및- constructing a HER from a first metal having a high resistance to metal dusting at a distance exceeding said distance (A) from the inlet of the HER; And

- HER의 입구로부터의 상기 거리(A) 미만의 거리에서 상기 제1 금속보다 금속 더스팅에 대한 내성이 낮은 제2 금속으로부터 HER을 구성하는 단계를 포함하는 방법.- constructing a HER from a second metal having a lower resistance to metal dusting than said first metal at a distance less than said distance (A) from the entrance of the HER.

양태 2: 합성 가스 생산 유닛의 열 교환 개질기(HER)에서 열적 제어를 개선하는 방법으로서, 상기 합성 가스 생산 유닛은 주 개질 유닛(MRU) 및 열 교환 개질기(HER)를 포함하고, MRU로부터의 유출물은 HER에 열을 제공할 수 있도록 배치되며, 탄화수소 공급 원료는 MRU와 HER을 모두 평행하게 통과하도록 배치되고, 이로써Aspect 2: A method for improving thermal control in a heat exchange reformer (HER) of a syngas production unit, said syngas production unit comprising a main reforming unit (MRU) and a heat exchange reformer (HER) The water is arranged to provide heat to the HER and the hydrocarbon feedstock is arranged to pass both MRU and HER in parallel,

a. MRU 증기 대 탄소 비(MRUS /C), 유출물 출구 온도(TMRU) 및 MRU 탄화수소 유속(FMRU)을 갖는 MRU 탄화수소 원료 및a. MRU hydrocarbon feedstock with MRU steam to carbon ratio (MRU S / C ), effluent outlet temperature (T MRU ) and MRU hydrocarbon flow rate (F MRU )

b. HER 탄화수소 유속(FHER)을 갖는 HER 탄화수소 원료를 제공하며,b. Provides a HER hydrocarbon feed having a HER hydrocarbon flow rate (F HER )

상기 방법은 MRUS /C, TMRU, HERS /C 및 전체 탄화수소 흐름(FMRU+FHER)에 기초하여 MRU 및 HER로의 탄화수소 흐름을 조정함으로써 FHER/FMRU의 비를 조정하여, 이로써 열 교환 개질기(HER)에서 안정한 온도 프로파일을 유지하는 단계를 포함하는 방법.The method adjusts the ratio of F HER / F MRU by adjusting the hydrocarbon flow to MRU and HER based on MRU S / C , T MRU , HER S / C and total hydrocarbon flow (F MRU + F HER ) And maintaining a stable temperature profile in a heat exchange reformer (HER).

양태 3: 양태 2에 있어서, 상기 방법은 FHER/FMRU의 비를 증가 또는 감소시키는 단계, 바람직하게 FHER/FMRU의 비를 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Embodiment 3: The method according to embodiment 2, wherein the method comprises the step of increasing or decreasing the ratio of F HER / F MRU , preferably decreasing the ratio of F HER / F MRU .

양태 4: 양태 2에 있어서, 상기 방법은 MRU 증기 대 탄소 비(MRUS /C)를 증가 또는 감소시키고, MRU 유출물 출구 온도(TMRU)를 증가 또는 감소시키고, HER 증기 대 탄소 비(HERS /C)를 증가 또는 감소시키고 및/또는 전체 탄화수소 흐름(FMRU+FHER)을 증가 또는 감소시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Embodiment 4: The method of embodiment 2, wherein said method increases or decreases the MRU steam to carbon ratio (MRU S / C ), increases or decreases the MRU effluent outlet temperature (T MRU ) S / C ) and / or increasing or decreasing the total hydrocarbon flow (F MRU + F HER ).

양태 5: 양태 4에 있어서, 상기 방법은 TR 증기 대 탄소 비(TRS /C)를 증가시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Embodiment 5: The method of embodiment 4, wherein the method comprises increasing the TR vapor-to-carbon ratio (TR S / C ).

양태 6: 전술한 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 HER은 베이오넷 타입 HER 또는 이중 튜브 타입 HER인 것을 특징으로 하는 방법.Embodiment 6: A method according to any one of the preceding embodiments, wherein the HER is bayonet type HER or double tube type HER.

양태 7: 전술한 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 방법은 FHER/FMRU의 비를 감소시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Mode 7: The method according to any one of the preceding aspects, wherein the method comprises reducing the ratio of F HER / F MRU .

양태 8: 전술한 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 MRU는 수소 플랜트, 암모니아 플랜트, 메탄올 플랜트 및/또는 합성연료 플랜트에 합성 가스를 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.Embodiment 8: A method according to any one of the preceding embodiments, wherein the MRU provides syngas to a hydrogen plant, an ammonia plant, a methanol plant, and / or a synthetic fuel plant.

양태 9: 전술한 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 MSR은 관형 개질기, 에어-블로운 2차 개질기, 산소-블로운 2차 개질기 및 자열 개질기로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.Embodiment 9: A method according to any one of the preceding embodiments, wherein the MSR is selected from a tubular reformer, an air-blown secondary reformer, an oxygen-blown secondary reformer, and an autothermal reformer.

양태 10: 전술한 양태 중 어느 하나에 있어서, MRU로부터의 유출물은 HER에 공급되는 HER 탄화수소와 같은 방향으로 또는 반대 방향으로 흐르도록 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.Embodiment 10: A method according to any one of the preceding embodiments, wherein the effluent from the MRU is arranged to flow in the same or opposite direction as the HER hydrocarbons fed to the HER.

양태 11: 전술한 양태 중 어느 하나에 있어서, 탄화수소 공급 원료는 천연가스, LPG, 나프타, 재배합 가솔린(RFG) 또는 LPG와 나프타의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Embodiment 11: A method according to any one of the preceding embodiments, wherein the hydrocarbon feedstock comprises natural gas, LPG, naphtha, redistilled gasoline (RFG) or a mixture of LPG and naphtha.

양태 12: 전술한 양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 합성 가스 생산 유닛은 MRU 및/또는 HER의 상류에 배치된 예비 개질기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Embodiment 12: The method of any of the preceding embodiments, wherein the syngas production unit further comprises a pre-reformer disposed upstream of the MRU and / or the HER.

양태 13: HER에서 금속 더스팅을 감소시키기 위한 양태 2-11 중 어느 하나에 따른 방법의 사용.Mode 13: Use of the method according to any one of aspects 2-11 for reducing metal dusting in HER.

Claims (13)

금속 더스팅을 최소화하기 위한 열 교환 개질기(HER)의 구성을 설계하는 방법으로서, 상기 HER은 합성 가스 생산 유닛의 일부이고, 상기 합성 가스 생산 유닛은 주 개질 유닛(MRU) 및 열 교환 개질기(HER)를 포함하며, MRU로부터의 유출물은 HER에 열을 제공할 수 있도록 배치되고, 탄화수소 공급 원료는 MRU와 HER을 모두 평행하게 통과하도록 배치되며, 이로써
a. MRU 증기 대 탄소 비(MRUS /C), 유출물 출구 온도(TMRU) 및 MRU 탄화수소 유속(FMRU)을 갖는 MRU 탄화수소 원료 및
b. HER 증기 대 탄소 비(HERS /C) 및 HER 탄화수소 유속(FHER)을 갖는 HER 탄화수소 원료를 제공하고,
상기 방법은
- HER 내에서 온도 프로파일이 FHER/FMRU의 비, MRU 출구 온도(TMRU), MRU 증기 대 탄소 비(MRUS /C), HER 증기 대 탄소 비(HERS /C) 및 전체 탄화수소 유속(FMRU+FHER)의 함수로서 HER의 입구로부터 거리를 두고 어느 정도 변하는지 결정하는 단계;
- 상기 온도 프로파일로부터 금속 더스팅이 적게 발생하는 HER의 입구로부터의 거리(A)를 결정하는 단계;
- HER의 입구로부터의 상기 거리(A)를 초과하는 거리에서 금속 더스팅에 대해 높은 내성을 가진 제1 금속으로부터 HER을 구성하는 단계; 및
- HER의 입구로부터의 상기 거리(A) 미만의 거리에서 상기 제1 금속보다 금속 더스팅에 대한 내성이 낮은 제2 금속으로부터 HER을 구성하는 단계를 포함하는 방법.
A method for designing a configuration of a heat exchange reformer (HER) for minimizing metal dusting, the HER being part of a syngas production unit, the syngas production unit comprising a main reforming unit (MRU) and a heat exchange reformer Wherein the effluent from the MRU is arranged to provide heat to the HER and the hydrocarbon feedstock is arranged to pass both the MRU and the HER in parallel,
a. MRU hydrocarbon feedstock with MRU steam to carbon ratio (MRU S / C ), effluent outlet temperature (T MRU ) and MRU hydrocarbon flow rate (F MRU )
b. Providing a HER hydrocarbon feed having a HER steam to carbon ratio (HER S / C ) and a HER hydrocarbon flow rate (F HER )
The method
- the temperature profile within the HER indicates the ratio of F HER / F MRU , MRU outlet temperature (T MRU ), MRU steam to carbon ratio (MRU S / C ), HER steam to carbon ratio (HER S / C ) (F MRU + F HER ) as a function of distance from the entrance of the HER to a certain extent;
- determining a distance (A) from the entrance of the HER where less metal dusting occurs from said temperature profile;
- constructing a HER from a first metal having a high resistance to metal dusting at a distance exceeding said distance (A) from the inlet of the HER; And
- constructing a HER from a second metal having a lower resistance to metal dusting than said first metal at a distance less than said distance (A) from the entrance of the HER.
합성 가스 생산 유닛의 열 교환 개질기(HER)에서 열적 제어를 개선하는 방법으로서, 상기 합성 가스 생산 유닛은 주 개질 유닛(MRU) 및 열 교환 개질기(HER)를 포함하며, MRU로부터의 유출물은 HER에 열을 제공할 수 있도록 배치되고, 탄화수소 공급 원료는 MRU와 HER을 모두 평행하게 통과하도록 배치되며, 이로써
a. MRU 증기 대 탄소 비(MRUS /C), 유출물 출구 온도(TMRU) 및 MRU 탄화수소 유속(FMRU)을 갖는 MRU 탄화수소 원료 및
b. HER 탄화수소 유속(FHER)을 갖는 HER 탄화수소 원료를 제공하고,
상기 방법은 MRUS /C, TMRU, HERS /C 및 전체 탄화수소 흐름(FMRU+FHER)에 기초하여 MRU 및 HER로의 탄화수소 흐름을 조정함으로써 FHER/FMRU의 비를 조정하여, 이로써 열 교환 개질기(HER)에서 안정한 온도 프로파일을 유지하는 단계를 포함하는 방법.
A method for improving thermal control in a heat exchange reformer (HER) of a syngas production unit, said syngas production unit comprising a main reforming unit (MRU) and a heat exchange reformer (HER) And the hydrocarbon feedstock is arranged to pass both the MRU and the HER in parallel,
a. MRU hydrocarbon feedstock with MRU steam to carbon ratio (MRU S / C ), effluent outlet temperature (T MRU ) and MRU hydrocarbon flow rate (F MRU )
b. Providing a HER hydrocarbon feed having a HER hydrocarbon flow rate (F HER )
The method adjusts the ratio of F HER / F MRU by adjusting the hydrocarbon flow to MRU and HER based on MRU S / C , T MRU , HER S / C and total hydrocarbon flow (F MRU + F HER ) And maintaining a stable temperature profile in a heat exchange reformer (HER).
제 2 항에 있어서, 상기 방법은 FHER/FMRU의 비를 증가 또는 감소시키는 단계, 바람직하게 FHER/FMRU의 비를 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.3. The method of claim 2, wherein the method comprises increasing or decreasing the ratio of F HER / F MRUs , preferably decreasing the ratio of F HER / F MRUs . 제 2 항에 있어서, 상기 방법은 MRU 증기 대 탄소 비(MRUS /C)를 증가 또는 감소시키고, MRU 유출물 출구 온도(TMRU)를 증가 또는 감소시키고, HER 증기 대 탄소 비(HERS /C)를 증가 또는 감소시키고 및/또는 전체 탄화수소 흐름(FMRU+FHER)을 증가 또는 감소시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 2, wherein the method MRU steam-to-carbon ratio (MRU S / C) increasing or decreasing the, increase or decrease the MRU effluent outlet temperature (T MRU) and, HER steam-to-carbon ratio (HER S / C ), and / or increasing or decreasing the total hydrocarbon flow (F MRU + F HER ). 제 4 항에 있어서, 상기 방법은 TR 증기 대 탄소 비(TRS /C)를 증가시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.5. The method of claim 4, wherein the method comprises increasing the TR vapor to carbon ratio (TR S / C ). 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 HER은 베이오넷 타입 HER 또는 이중 튜브 타입 HER인 것을 특징으로 하는 방법.6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the HER is bayonet type HER or double tube type HER. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 FHER/FMRU의 비를 감소시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.7. A method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the method comprises reducing the ratio of the F HER / F MRU . 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 MRU는 수소 플랜트, 암모니아 플랜트, 메탄올 플랜트 및/또는 합성연료 플랜트에 합성 가스를 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the MRU provides synthesis gas to a hydrogen plant, an ammonia plant, a methanol plant and / or a synthetic fuel plant. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 MSR은 관형 개질기, 에어-블로운 2차 개질기, 산소-블로운 2차 개질기 및 자열 개질기로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the MSR is selected from a tubular reformer, an air-blown secondary reformer, an oxygen-blown secondary reformer and an autothermal reformer. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, MRU로부터의 유출물은 HER에 공급되는 HER 탄화수소와 같은 방향으로 또는 반대 방향으로 흐르도록 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.10. A process according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the effluent from the MRU is arranged to flow in the same or opposite direction as the HER hydrocarbons fed to the HER. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 탄화수소 공급 원료는 천연가스, LPG, 나프타, 재배합 가솔린(RFG) 또는 LPG와 나프타의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.11. A process according to any one of the preceding claims, characterized in that the hydrocarbon feedstock comprises a mixture of natural gas, LPG, naphtha, redistilled gasoline (RFG) or LPG and naphtha. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 가스 생산 유닛은 MRU 및/또는 HER의 상류에 배치된 예비 개질기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.12. A process according to any one of the preceding claims, characterized in that the syngas production unit further comprises a pre-reformer located upstream of the MRU and / or the HER. HER에서 금속 더스팅을 감소시키기 위한 제 2 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 사용.Use of a method according to any one of claims 2 to 12 for reducing metal dusting in HER.
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