KR20200062199A - 폐가스 배출 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

포름알데하이드의 제조 방법이 개시된다. 본 방법은 메탄올을 포함하는 공급물 스트림을 반응기에 공급하는 단계; 반응기에서 혼합 산화물 촉매를 사용하여 메탄올을 포름알데하이드로 전환시켜 포름알데하이드를 포함하는 공정 스트림을 생성하는 단계; 공정 스트림으로부터 포름알데하이드를 분리하여 포름알데하이드를 포함하는 생성물 스트림 및 폐가스 스트림을 생성하는 단계; 폐가스 스트림의 적어도 일부를 스팀 응축기에 공급하여 폐가스 스트림의 적어도 일부의 온도를 상승시켜 가열된 폐가스 스트림을 생성하는 단계; 및 가열된 폐가스 스트림을 촉매 연소층에 공급하여 가열된 폐가스 스트림의 성분들을 촉매 연소시켜 연소된 폐가스 스트림을 생성하는 단계를 포함한다.

Description

폐가스 배출 제어 시스템
본 발명은 공정 폐가스 스트림의 성분들의 촉매 연소를 위한 배출 제어 시스템에 관한 것이다. 특히 그러나 배타적이지는 않게, 본 발명은, 예를 들어 포르말린 또는 UFC로서의 포름알데하이드의 제조 방법에 사용하기 위한 배출 제어 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 예를 들어 포르말린 또는 UFC로서의 포름알데하이드의 제조 방법에 관한 것이다.
포름알데하이드는 메탄올의 촉매 산화 탈수소화에 의해 생성될 수 있다. 그러한 생성을 수행하기 위한 공정은, 예를 들어 국제특허 공개 WO9632189호 또는 미국 특허 제2504402호로부터 공지되어 있다. 촉매는 전형적으로 몰리브덴 및 철 산화물을 포함하는 소위 "혼합 산화물" 촉매를 포함한다. 포름알데하이드의 제조를 위한 잘 알려진 공정은 존슨 매테이(Johnson Matthey)에 의해 제공된 포르목스(Formox) 공정이다. 포르목스 공정은 혼합 산화물 촉매에 의한 메탄올의 촉매 산화 탈수소화를 포함한다. 포르목스 공정은 도 1에 예시되어 있다. 메탄올은 공기와 혼합되고, 기화되고, 공급물 스트림으로서 반응기에 공급되는데, 여기서 메탄올은 포름알데하이드로 전환된다. 반응기를 빠져나온 공정 스트림은 흡수기로 통과되고, 포름알데하이드는 공정 스트림으로부터 제거되고 전형적으로 포르말린 또는 UFC로서 흡수기의 하부에서 생성물 스트림 중에서 빠져나간다. 흡수기의 상부로부터의 폐가스 스트림의 일부가 배출 제어 유닛으로 공급되며(나머지는, 예를 들어, 재순환됨), 여기서 일산화탄소, DME 및 메탄올과 같은 유해한 성분을 촉매 연소에 의해 연소시켜 스택을 통해 통기될 수 있는 연소된 폐가스 스트림을 생성한다. 본 설계에서, 연소된 폐가스 스트림은 배출 제어 시스템으로 들어가는 폐가스 스트림을 촉매 연소에 필요한 점화 온도로 예열하는 데 사용된다. 본 배출 제어 시스템은 그러한 시스템이 없는 공정에 비해 상당한 이점을 제공하지만, 자본 비용을 감소시키고 압력 강하를 감소시키도록 시스템을 추가로 개선하고자 하는 것이 바람직하다. 이는 배출 제어 시스템이 기존 공정에 개장되어 그의 배출 표준을 개선할 수 있기 때문에 특히 그러하다.
본 발명은 포름알데하이드의 생성을 위한 개선된 배출 제어 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 포름알데하이드의 제조 방법이 제공되며, 이 방법은 :
메탄올을 포함하는 공급물 스트림을 반응기에 공급하는 단계;
혼합 산화물 촉매를 사용하여 반응기에서 메탄올을 포름알데하이드로 전환시켜 포름알데하이드를 포함하는 공정 스트림을 생성하는 단계;
공정 스트림으로부터 포름알데하이드를 분리하여 포름알데하이드를 포함하는 생성물 스트림 및 폐가스 스트림을 생성하는 단계;
폐가스 스트림의 적어도 일부를 스팀 응축기에 공급하여 폐가스 스트림의 적어도 일부의 온도를 상승시켜 가열된 폐가스 스트림을 생성하는 단계; 및
가열된 폐가스 스트림을 촉매 연소층에 공급하여 가열된 폐가스 스트림의 성분들을 촉매 연소시켜 연소된 폐가스 스트림을 생성하는 단계를 포함한다.
폐가스 스트림을 스팀 응축기에 공급하여 폐가스 스트림의 온도를 상승시킴으로써, 촉매층으로 공급될 때의 가열된 폐가스 스트림의 온도를 제어하여 촉매층으로 들어가는 가열된 폐가스 스트림의 일정한 온도를 유지할 수 있다. 이러한 제어는, 스팀이 독립적으로 제어될 수 있기 때문에, 연소된 폐가스 스트림이 유입 폐가스 스트림을 가열하는 데 사용되는 종래 기술의 시스템보다 더 간단하다. 예를 들어, 촉매층 내로 소정 온도를 유지하기 위해, 최소 필요 스팀 압력을 갖는 최소 필요량의 스팀이 사용될 수 있다. 예를 들어, 14.6 barg의 스팀 압력은 200℃의 스팀 온도에 상응하고 22.2 barg의 스팀 압력은 220℃의 스팀 온도에 상응한다. 예시적인 공정에서, 촉매층은 존슨 매테이 포르목스로부터 입수가능한 PPd 및 PPt 촉매를 포함하는 촉매를 함유하며 12 barg의 스팀 압력으로 작동한다. 그러한 압력은 유리하게는 전형적인 플랜트로부터의 최소 방출(export) 스팀 압력에 상응한다. 효과적인 열 교환을 가능하게 하기 위해, 스팀 온도는 전형적으로 어프로치 온도(approach temperature)만큼 촉매층의 입구 온도를 초과할 필요가 있을 것이다. 따라서, 일부 실시 형태에서, 스팀 응축기에는 바람직하게는 10 내지 25 barg, 바람직하게는 15 내지 25 barg, 가장 바람직하게는 17 내지 20 barg의 압력의 스팀이 공급된다. 그러한 스팀 압력은 폐가스 스트림을 효율적으로 가열할 수 있다. 스팀 응축물을 수집하고 재사용할 수 있다. 스팀 응축기에서의 효율적인 열 전달은 또한 폐가스가 스팀 응축기를 통과할 때 더 낮은 압력 강하를 허용할 수 있다. 공정으로 들어가는 가스를 압축하는 데 필요한 에너지 및 그 에너지의 비용이 상당할 수 있기 때문에, 압력 강하를 감소시키는 것은 비용 효율적이고 에너지 효율적인 공정을 제공하는 데 유리할 수 있다. 바람직하게는, 스팀 응축기 및 촉매층은 단일 용기 내에 수용된다. 그러한 배열은 연결 배관의 필요성을 감소시키고, 따라서 시스템의 압력 강하를 추가로 감소시킬 수 있다.
포름알데하이드를 포함하는 생성물 스트림은 바람직하게는 포르말린 또는 UFC이다. 혼합 산화물 촉매는 바람직하게는 몰리브덴 및 철 산화물을 포함한다. 예를 들어, 반응기에서의 메탄올의 포름알데하이드로의 전환 및 포름알데하이드를 포함하는 생성물 스트림의 분리는 포르목스 공정에 따라 수행될 수 있다.
바람직하게는, 폐가스 스트림은 스팀 응축기의 하부의 부근에서 들어가서 스팀 응축기를 통해 위로 유동하고, 가열된 폐가스 스트림은 촉매층을 통해 위로 유동한다. 이는 몇몇 이점을 가질 수 있다. 예를 들어, 배출 제어 시스템 내의 촉매층은 전형적으로 촉매 망(net) 상에 지지된다. 가열된 폐가스 스트림을 촉매층을 통해 위로 유동시키는 것은 망이 촉매층의 더 차가운 입구 단부에 있음을 의미한다. 이는 망이 고온을 견뎌야할 필요가 없고 망 파손의 위험성이 감소되기 때문에 유리하다. 따라서, 필요한 기계적 강도를 갖는 망을 제공하는 것이 더 간단할 수 있다. 상향 가열된 폐가스 유동으로 인한 촉매의 이동을 감소시키기 위해 촉매층의 상부에서 추가의 망이 필요할 수 있지만, 그러한 망은 촉매층의 하부에 있는 망과 동일한 힘을 받지는 않으며 따라서 강할 필요가 없다. 따라서, 이는 촉매층의 출구에서 고온을 다루도록 더 용이하게 설계될 수 있다. 더욱이, 스팀 응축기를 통해 단일 방향으로 폐가스 스트림을 유동시키고, 이어서 촉매층을 통해 계속 유동시키는 것은 유리하게는 압력 강하를 감소시킬 수 있다. 폐가스 스트림을 상향으로 유동시키는 것은 특히 유리할 수 있는데, 그 이유는 스팀 응축기에서 응축된 응축물(예를 들어, 물)이 중력 하에서 역류 방식으로 하향으로 유동하는 것을 가능하게 하여, 가열된 폐가스 스트림이 촉매층으로 통과하는 스팀 응축기의 상부에서 온도가 최고가 되게 할 수 있기 때문이다. 따라서, 바람직하게는 스팀은 스팀 응축기의 상부의 부근에서 스팀 응축기로 들어가고 스팀 응축기를 통해 아래로 유동하여 응축되어 응축물을 형성하고, 응축물은 스팀 응축기의 하부의 부근에서 스팀 응축기를 빠져나간다.
바람직하게는, 스팀 응축기는 쉘 및 튜브(shell and tube) 스팀 응축기이고, 폐가스 스트림은 스팀 응축기의 튜브 측을 통해 유동하고 스팀은 스팀 응축기의 쉘 측에서 응축된다. 그러한 배열은 압력 강하 및 열 전달 효율을 최적화할 수 있다.
바람직하게는, 본 방법은, 연소된 폐가스 스트림을 스팀 발생기 - 여기서, 연소된 폐가스 스트림이 냉각되고 스팀이 생성됨 - 에 공급하는 단계를 추가로 포함한다.
따라서, 본 방법은 공정의 다른 곳에서 또는 플랜트의 다른 곳에서 사용될 수 있는 스팀을 발생시키기 위해 연소로부터의 열을 사용할 수 있다. 예를 들어, 스팀은 플랜트 스팀 망에 제공될 수 있다. 상이한 압력의 스팀이 스팀 응축기에서 사용되고 스팀 발생기에서 발생되는 경우에, 스팀을 플랜트 스팀 망에 제공하면서 플랜트의 다른 곳으로부터의 스팀을 스팀 응축기에서 사용하는 것이 효율적인 선택사양(option)일 수 있지만, 특히 바람직한 실시 형태에서는, 스팀 발생기에서 생성되는 스팀이 스팀 응축기에서 사용된다. 따라서, 본 방법은 바람직하게는
스팀 발생기로부터 스팀 응축기로 스팀을 공급하여 단계 d에서 폐가스 스트림의 온도를 상승시키는 단계를 추가로 포함한다.
따라서, 연소된 폐가스 스트림으로부터 열이 회수되고, 폐가스 스트림이 촉매층에 공급되기 전에 폐가스 스트림을 가열하는 데 사용되지만, 회수 및 가열은 스팀을 사용하여 간접적으로 수행된다. 스팀은 연소된 폐가스 스트림으로부터의 열을 사용하여 생성되며, 이어서 그 열을 유입 폐가스 스트림으로 전달하는 데 사용된다. 그러한 시스템의 이점은 공정의 스팀 측에서의 압력 강하가 포름알데하이드 생성 공정의 전체 압력 강하에 영향을 미치지 않는다는 점이다. 따라서, 전체 포름알데하이드 공정에 대한 임의의 압력 강하의 영향을 고려할 필요 없이 스팀 측에서의 열 전달의 유효성이 최적화될 수 있다. 열 전달은, 어떠한 경우든, 연소된 폐가스 스트림으로 폐가스 스트림을 직접 가열하는 경우에 사용될 수 있는 가스-가스 열교환기에서보다 응축기에서 더 효율적일 수 있다. 더욱이, 더 많은 열이 필요한 경우 추가의 스팀이 부가될 수 있거나, 또는 열이 과도한 경우 일부 스팀이 제거되어 다른 곳에서 사용될 수 있기 때문에, 열 조정(heat integration)이 더 효율적으로 균형을 이룰 수 있다. 시스템은 또한 시동 시에 이점을 가질 수 있는데, 그 이유는 다른 공급원으로부터의 스팀이 초기에 폐가스 스트림을 가열하는 데 사용될 수 있기 때문이다. 이에 따라, 시동 시에 배출 제어 시스템을 가열하기 위한 전기 가열기의 비용이 발생하지 않을 수 있다.
바람직하게는, 스팀 발생기는 쉘 및 튜브 스팀 발생기이고, 연소된 폐가스 스트림은 스팀 발생기의 튜브 측을 통해 유동하고 스팀은 스팀 발생기의 쉘 측에서 발생된다. 유리하게는, 이는 연소된 폐가스 스트림의 압력 강하를 감소시킬 수 있다. 일부 실시 형태에서, 스팀 발생기는 스팀 과열기(super-heater)를 포함할 수 있고, 일부 실시 형태에서 스팀 발생기는 스팀 과열기일 수 있다.
바람직하게는, 스팀 응축기, 촉매층 및 스팀 발생기는 단일 용기 내에 수용된다. 이는 유리하게는 별개의 용기들 사이의 연결과 관련될 압력 강하를 없앨 수 있다. 이는 또한 기존 플랜트에 개장될 수 있는 단일 유닛을 제공할 수 있다. 스팀 응축기, 촉매층 및 스팀 발생기를 단일 용기 내에 수용하는 것은 또한 기계적으로 유리할 수 있는데, 그 이유는 그렇지 않으면 특히 촉매층과 스팀 발생기 사이에서 필요할 고온 배관 및 플랜지에 대한 필요성을 없앨 수 있기 때문이다. 종래 기술의 시스템에서 촉매층을 빠져나온 연소된 폐가스 스트림은 대략 550℃의 온도에 도달할 수 있고, 따라서 촉매층과 스팀 발생기 사이의 임의의 배관 및 플랜지는 그러한 온도를 다룰 필요가 있을 수 있다. 예를 들어 22.2 barg, 220℃의 스팀이 스팀 발생기에서 발생되는 경우, 스팀 발생기를 빠져나온 연소된 폐가스 스트림의 온도는 대략 230℃ 내지 245℃일 수 있다. 따라서, 촉매층 및 스팀 발생기가 동일한 용기 내에 수용되는 경우, 그 용기의 배관 및 플랜지는 550℃ 대신에 대략 230℃ 내지 245℃의 온도에 대해 설계될 수 있으며, 이는 상당한 절감을 가져올 수 있다. 더욱이, 본 발명에서 촉매층과 스팀 발생기 사이에 배관 및 플랜지가 필요 없는 경우, 촉매층의 출구에서의 공정 온도는 유리하게는 합리적인 비용으로, 예를 들어 580℃ 이상, 바람직하게는 590℃ 이상 그리고 더욱 바람직하게는 600℃ 이상으로 증가될 수 있다. 그러한 증가는 공정의 배출 제어를 개선할 수 있다. 바람직하게는, 스팀 발생기는 10 내지 25 barg, 더욱 바람직하게는 15 내지 25 barg의 압력을 갖는 스팀을 생성한다. 스팀 발생기는 17 내지 20 barg의 압력을 갖는 스팀을 생성할 수 있다.
바람직하게는 스팀 응축기는 쉘 및 튜브 스팀 응축기이며, 여기서 폐가스 스트림은 스팀 응축기의 튜브 측을 통해 유동하고 스팀 응축기의 쉘 측에서 응축되고; 스팀 발생기는 쉘 및 튜브 스팀 발생기이고, 연소된 폐가스 스트림은 스팀 발생기의 튜브 측을 통해 유동하고 스팀은 스팀 발생기의 쉘 측에서 발생된다. 스팀 응축기 및 스팀 발생기의 튜브 측에서 폐가스 스트림 및 연소된 폐가스 스트림(즉, 공정 폐가스 스트림)을 유지하는 것은 배출 제어 시스템의 규모 확장에 대해 상당한 이점을 가질 수 있다. 그러한 시스템에서는, 용량 요구에 따라 튜브의 수를 정함으로써 시스템의 규모를 확장시키는 경우에 압력 강하가 유지될 수 있다. 바람직하게는 이는, 연소된 폐가스 스트림이 쉘 측에 있고 폐가스 스트림이 튜브 측에 있으며 규모 확장이 더 복잡한 종래 기술의 시스템에 비해 유리하다.
바람직하게는, 스팀 발생기에 공급되기 전에, 연소된 폐가스 스트림은 터보차저(turbocharger)의 팽창기 부분을 통해 공급되어 터보차저의 압축기 부분을 구동시켜, 공급물 스트림의 일부를 형성하도록 공정에 공급되는 공기 스트림을 가압한다. 공급물 스트림의 일부를 형성하도록 공정에 공급되는 공기 스트림을 가압하기 위해, 따라서 공급물 스트림을 가압하기 위해 사용되는 터보차저에서 연소된 폐가스 스트림으로부터의 에너지의 적어도 일부를 사용하는 것은 유리하게는 연소된 폐가스 스트림으로부터 가능한 한 많은 에너지를 회수하기에 효율적인 방식이다. 연소된 폐가스 스트림을 스팀 발생기에 공급하기 전에 연소된 폐가스 스트림을 터보차저에 공급하는 것은 촉매층을 빠져나온 고온의 연소된 폐가스 스트림을 최대한 활용하는 데 유리할 수 있다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 공정 폐가스 스트림의 성분들의 촉매 연소를 위한 배출 제어 시스템이 제공되며, 배출 제어 시스템은 공정 폐가스 스트림의 성분들의 촉매 연소를 위한 촉매를 포함하는 촉매층; 및 공정 폐가스 스트림 입구 및 촉매층과 유체 연통하는 튜브 측과, 스팀 입구 및 응축물 출구와 유체 연통하는 쉘 측을 갖는 스팀 응축기를 포함하여, 작동 중에, 공정 폐가스 스트림 입구로 들어가는 공정 폐가스 스트림이 촉매층으로 통과하기 전에 스팀 응축기에서 가열된다.
바람직하게는, 배출 제어 시스템은 촉매층과 스팀 응축기 둘 모두를 수용하는 용기를 포함한다. 촉매층 및 스팀 응축기 둘 모두가 동일한 용기 내에 있는 것은 유리하게는 저렴한 장치 및 배출 제어 시스템에 걸쳐 유리하게 낮은 압력 강하를 갖는 장치를 생성할 수 있다.
바람직하게는, 공정 폐가스 스트림 입구는 용기의 하부의 부근에 있으며; 스팀 응축기의 튜브 측은 출구 단부보다 낮은 입구 단부를 갖는 튜브, 바람직하게는 수직 튜브를 포함하고; 스팀 입구는 스팀 응축기의 쉘 측의 상부의 부근에 있으며; 응축물 출구는 스팀 응축기의 하부의 부근에 있고; 촉매층은 스팀 응축기 위에 배열되어, 작동 중에, 공정 폐가스 스트림 입구로 들어가는 공정 폐가스 스트림은 스팀 응축기의 튜브 측을 통해 위로 그리고 촉매층을 통해 위로 유동하고, 스팀 입구로 들어가는 스팀은 쉘 측을 통해 아래로 유동하여 응축물을 형성하고, 응축물은 쉘 측을 통해 아래로 그리고 응축물 출구를 통해 외부로 유동한다. 그러한 장치는, 예를 들어 쉘 측에서 응축물의 수준을 제어함으로써 작동 및 제어에 특히 효율적일 수 있다.
바람직하게는, 배출 제어 시스템은 촉매층 및 공정 폐가스 스트림 출구와 유체 연통하는 튜브 측과, 보일러 공급수 입구 및 스팀 출구와 유체 연통하는 쉘 측을 갖는 스팀 발생기를 추가로 포함하여, 작동 중에, 촉매층을 빠져나온 공정 폐가스 스트림은 스팀 발생기에서 냉각되어, 보일러 공급수 입구를 통해 들어가는 보일러 공급수를, 공정 폐가스 스트림 출구를 빠져나가기 전에, 스팀 출구를 통해 빠져나가는 스팀으로 전환시킨다. 스팀 출구는 플랜트 스팀 망에 연결되어 스팀을 플랜트로 내보낼 수 있다. 바람직하게는, 스팀 출구는 스팀 응축기의 스팀 입구와 유체 연통하여, 작동 중에, 스팀 발생기에서 발생된 스팀은 스팀 응축기로 통과되어 공정 폐가스 스트림 입구로 들어가는 공정 폐가스 스트림을 가열한다. 스팀 응축기에 연결된 스팀 발생기를 제공함으로써, 본 장치는 유리하게는 촉매층을 빠져나가는 연소된 공정 폐가스 스트림으로부터 촉매층으로 공급될 유입 공정 폐가스 스트림으로 열을 전달하는 데 사용될 수 있다. 스팀 발생기 및 스팀 응축기를 통한 열 전달을 수행하는 것의 이점은 배출 제어 시스템의 공정 측에서의 압력 강하가 낮게 유지될 수 있는 한편 배출 제어 시스템의 스팀 측의 설계를 통한 효율적인 열 전달을 여전히 유지한다는 것이다. 더욱이, 필요한 열 전달의 균형을 맞추기 위해 필요에 따라 추가의 스팀이 부가되거나 또는 스팀이 제거될 수 있다. 그러한 이유로, 스팀 발생기의 스팀 출구는 또한 스팀 네트워크, 예를 들어 플랜트 스팀 네트워크에 연결하기 위한 커넥터와 유체 연통할 수 있다.
바람직하게는, 배출 제어 시스템은 스팀 응축기, 촉매층 및 스팀 발생기를 수용하는 용기를 포함한다. 단일 용기에 3개의 스테이지를 모두 조합함으로써 유리하게는 장비의 비용이 감소되고 압력 강하가 낮게 유지된다. 그러한 조합은 또한 용기들 사이의 고온의, 예를 들어 600℃의, 플랜지 연결에 대한 필요성을 없앨 수 있다. 촉매층과 스팀 발생기 사이의 온도는 대략 600℃일 수 있지만, 그러한 구성요소들이 동일한 용기 내에 있는 경우, 필요한 유일한 연결은 스팀 발생기의 하류에서의 연결이며, 여기서 온도는 예를 들어 대략 230℃ 내지 245℃일 수 있다.
바람직하게는, 스팀 발생기는 촉매층 위에 위치된다. 그러한 방식으로, 공정 폐가스 스트림은 배출 제어 시스템의 모든 부분들을 통해 차례대로 위로 유동하므로, 압력 강하를 증가시킬 수 있는 굴곡 또는 다른 상당한 방향 변화를 피한다.
바람직하게는, 배출 제어 시스템은 촉매층과 유체 연통하는 터빈 측 입구 및 스팀 발생기의 튜브 측과 유체 연통하는 터빈 측 출구를 갖는 터보차저를 추가로 포함하여, 작동 중에, 촉매층을 빠져나온 공정 폐가스 스트림은 터보차저의 터빈 측을 통해 스팀 발생기의 튜브 측으로 통과된다. 따라서, 공정 폐기물 스트림 내의 에너지는 터보차저에서 터빈을 구동시켜 공정 폐기물 스트림 내의 에너지의 일부를 회수하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 터보차저는 공정에 공급되는 스트림, 예를 들어 공기 스트림을 가압하도록 구성될 수 있으며, 따라서 공급물 스트림을 가압하는 데 필요한 새로운 에너지를 감소시킬 수 있다.
바람직하게는, 배출 제어 시스템은 본 발명의 제1 태양에 따른 방법에 사용하기 위한 것이다. 바람직하게는, 배출 제어 시스템은 포름알데하이드의 생성을 위한 기존 공정 또는 플랜트에 대한 개장에 적합하다. 본 발명에 따른 배출 제어 시스템을 설치하는 것은 전체 공정의 압력 강하에 악영향을 주지 않으면서 플랜트 또는 공정이 더 우수한 환경 성능을 달성하는 데 도움을 줄 수 있다.
바람직하게는, 배출 제어 시스템은 이러한 공정에서 폐가스 스트림을 처리하는 데 사용된다.
본 발명의 일 태양에 대해 기재된 특징들이 본 발명의 다른 태양들에 동일하게 적용가능할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 포름알데하이드의 제조를 위한 본 발명의 방법과 관련하여 기술된 특징들이 본 발명의 배출 제어 시스템에 동등하게 적용가능할 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다. 선택적인 특징들이 적용되지 않을 수 있으며, 본 발명의 소정 태양으로부터 배제될 수 있음이 또한 이해될 것이다.
본 발명은 단지 예로서 하기의 도면을 참조하여 추가로 설명될 것이다:
도 1은 포름알데하이드의 생성을 위한 종래 기술의 포르목스 공정의 다이어그램이고;
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 포름알데하이드의 제조 방법의 다이어그램이고;
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배출 제어 시스템이고;
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 배출 제어 시스템이고;
도 5는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 배출 제어 시스템이고;
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 배출 제어 시스템이다.
도 1에서 포름알데하이드를 생성하기 위한 종래 기술의 포르목스 공정(1)에서는, 신규의 공기 스트림(5)이 가압 송풍기(4)에 통과되고 이어서 재순환 스트림(22)과 혼합되어 혼합 스트림(23)을 형성한 후에, 재순환 송풍기(3)를 통해 기화기(10)에 공급된다. 기화기(10)에서, 혼합 스트림(23)은 메탄올 스트림(2)과 혼합되고, 이는 반응기(9)를 빠져나온 공정 스트림(24)으로부터의 열을 사용하여 기화된다. 생성된 공급물 스트림(25)은 반응기(9)로 공급되는데, 이 실시 형태에서 반응기(9)는 열 전달 유체(32)의 기화에 의해 냉각되는 등온 반응기이다. 열 전달 유체(32)는, 반응기(9)로 복귀되기 전에, 응축기(8)로 통과되는데, 여기서 열 전달 유체(32)가 응축되며 보일러 공급수(7)로부터 스팀(6)이 발생된다. 반응기(9)에서, 공급물 스트림(25) 내의 메탄올은 철/몰리브덴 산화물 촉매 상에서 반응하여 포름알데하이드를 생성하며, 이는 공급물 스트림(25)의 미반응 부분 및 포름알데하이드를 포함하는 공정 스트림(24)으로 반응기(9)를 빠져나간다. 공정 스트림(24)은 기화기(10) - 여기서, 공정 스트림(24) 내의 열이 공급물 스트림(25)을 기화시키는 데 사용됨 - 를 통과하고, 흡수기(11)로 공급된다. 흡수기(11)에서는, 공정수(12) 및 선택적으로 우레아(13)가 아래로 유동하여 흡수기(11)에서 위로 유동하는 공정 스트림(24)으로부터 포름알데하이드를 스트리핑한다. 물(12) 및 선택적으로 우레아(13)는 포름알데하이드와 함께 생성물 스트림(21)으로서 흡수기의 하부를 빠져나간다. 전형적으로, 그러한 생성물 스트림(21)은 공정수(12)만 사용되는 경우 55% 포르말린이거나, 또는 우레아(13)가 사용되는 경우 UFC이다. 공정 스트림(24)의 나머지는 폐가스 스트림(26)으로서 흡수기의 상부를 빠져나간다. 폐가스 스트림(26)은 재순환 스트림(22)으로서 부분적으로 재순환되고 나머지는 배출 제어 시스템(16)으로 보내진다. 배출 제어 시스템(16)에서, 폐가스 스트림(26)은 배출 제어 시스템(16)을 빠져나오는 연소된 폐가스 스트림(27)으로부터의 에너지를 사용하여 예열기(14)에서 우선 가열되고 이어서 PPd 및 PPt를 포함하는 촉매를 갖는 촉매층(15)에서 연소되어 연소된 폐가스 스트림(27)을 형성한다. 촉매층(15)을 빠져나온 연소된 폐가스 스트림(27)은 대략 500℃ 내지 550℃의 온도를 가지며 스팀 발생기(20) - 여기서, 연소된 폐가스 스트림(27)은 냉각되고, 보일러 공급수(19)는 스팀(18)으로 전환됨 - 에 공급되고, 이어서 배출 제어 시스템(16)의 예열기(14)로 다시 공급되어 유입 폐가스 스트림(26)을 가열한다. 예열기(16)를 빠져나온 연소된 폐가스 스트림(27)은 스택(17)으로 보내진다.
도 2에서, 본 발명에 따른 공정이 제시된다. 신규의 공기 스트림(55)이 가압 송풍기(54)에 통과되고 이어서 재순환 스트림(72)과 혼합되어 혼합 스트림(73)을 형성한 후에, 재순환 송풍기(53)를 통해 기화기(60)에 공급된다. 기화기(60)에서, 혼합 스트림(73)은 메탄올 스트림(52)과 혼합되고, 이는 반응기(59)를 빠져나온 공정 스트림(74)으로부터의 열을 사용하여 기화된다. 생성된 공급물 스트림(75)은 반응기(59)로 공급되는데, 이 실시 형태에서 반응기(59)는 열 전달 유체(82)의 기화에 의해 냉각되는 등온 반응기이다. 열 전달 유체(82)는, 반응기(59)로 복귀되기 전에, 응축기(58)로 통과되는데, 여기서 열 전달 유체(82)가 응축되며 보일러 공급수(57)로부터 스팀(56)이 발생된다. 반응기(59)에서, 공급물 스트림(75) 내의 메탄올은 철/몰리브덴 산화물 촉매 상에서 반응하여 포름알데하이드를 생성하며, 이는 공급물 스트림(75)의 미반응 부분 및 포름알데하이드를 포함하는 공정 스트림(74)으로 반응기(59)를 빠져나간다. 공정 스트림(74)은 기화기(60) - 여기서, 공정 스트림(74) 내의 열이 공급물 스트림(75)을 기화시키는 데 사용됨 - 를 통과하고, 흡수기(61)로 공급된다. 흡수기(61)에서는, 공정수(62) 및 선택적으로 우레아(63)가 아래로 유동하여 흡수기(61)에서 위로 유동하는 공정 스트림(74)으로부터 포름알데하이드를 스트리핑한다. 물(62) 및 선택적으로 우레아(63)는 포름알데하이드와 함께 생성물 스트림(71)으로서 흡수기의 하부를 빠져나간다. 전형적으로, 그러한 생성물 스트림(71)은 공정수(62)만 사용되는 경우 55% 포르말린이거나, 또는 우레아(63)가 사용되는 경우 UFC이다. 공정 스트림(74)의 나머지는 폐가스 스트림(76)으로서 흡수기의 상부를 빠져나간다. 폐가스 스트림(76)은 재순환 스트림(72)으로서 부분적으로 재순환되고 나머지는 배출 제어 시스템(66)으로 보내진다. 배출 제어 시스템(66)에서, 폐가스 스트림(76)은 먼저 스팀 응축기(79)에서 가열된다. 폐가스 스트림(76)은 스팀 응축기(79)의 하부로 그리고 응축기(79)를 통해 위로 유동한다. 스팀 응축기(79)로 들어가는 스팀(68)은 튜브 상에 응축되고 응축물(80)로서 스팀 응축기(79)의 아래로 그리고 외부로 유동한다. 응축물(80)은 수집되어 재사용된다. 이렇게 생성된 가열된 폐가스 스트림은 스팀 응축기(79)로부터 PPd 및 PPt를 포함하는 촉매를 갖는 촉매층(65)으로 유동한다. 촉매층(65)에서는, 가열된 폐가스 스트림의 성분들, 예를 들어 일산화탄소, DME 및 메탄올이 연소되어 연소된 폐가스 스트림을 형성하며, 이는 스팀 발생기(70)로 들어간다. 스팀 발생기(70)에서는, 연소된 폐가스 스트림이 냉각되고 보일러 공급수(69)가 스팀(68)으로 전환된다. 스팀(68)은 12 barg 스팀일 수 있으며, 이는 표준 플랜트로부터의 최소 방출 스팀 압력과 일치한다. 스팀 발생기(70)에서 상승된 스팀(68)은 스팀 응축기(79)에 공급되어 유입 폐가스 스트림(76)의 온도를 상승시킨다. 스팀(68)은 또한 플랜트 스팀 네트워크(78)에 공급되거나 그로부터 보충될 수 있다. 스팀 발생기(70)를 빠져나가는 연소된 폐가스 스트림(77)은 스택(67)으로 보내진다. 스택(67)의 온도는 스팀(68)의 압력에 따라 좌우된다. 예를 들어, 25℃의 온도 어프로치(즉, 연소된 폐가스 스트림(77)과 스팀 사이의 온도 차이)로, 225℃의 스택(67)의 온도는 14.6 barg의 스팀(68)의 압력에 상응하고 245℃의 스택(67)의 온도는 22.2 barg의 스팀(68)의 압력에 상응한다. 스팀 응축기(79), 촉매층(65) 및 스팀 발생기(70)는 모두 단일 용기 내에 수용된다. 용기 출구에서의 플랜지 및 배관은, 도 1의 종래 기술의 공정(1)에서 배출 제어 시스템(16)과 스팀 발생기(20) 사이의 연결부가 다루어야 하는 500℃ 내지 550℃보다 상당히 더 낮은 스택(67)의 온도를 다루기에 적합할 필요가 있다. 유리하게는, 이는 심지어 더 높은 공정 온도, 예를 들어 600℃가 촉매층(65)의 출구에서 사용되게 할 수 있는데, 그 이유는, 종래 기술과는 달리, 스팀 응축기(79), 촉매층(65) 및 스팀 발생기(70)가 모두 단일 용기 내에 포함될 때, 촉매층(65)의 출구에서 배관 및 플랜지가 필요 없기 때문이다.
시동 동안, 플랜트 스팀 네트워크(78) 내의 다른 곳으로부터 스팀이 스팀 응축기(79)에 공급될 수 있으며, 따라서 배출 제어 시스템(66)을 위한 별도의 전기 가열기가 필요하지 않다.
도 3에서, 공정 폐가스 스트림(105)의 성분들의 촉매 연소를 위한 배출 제어 시스템(101)이 제공된다. 배출 제어 시스템(101)은 공정 폐가스 스트림(105)의 성분들의 촉매 연소를 위한 촉매를 포함하는 촉매층(111)을 포함한다. 촉매는, 예를 들어 존슨 매테이 포르목스에 의해 공급되는 바와 같은 PPd 및 PPt를 전형적으로 포함한다. 스팀 응축기(103)는 공정 폐가스 스트림 입구 - 여기서, 공정 폐가스 스트림(105)이 배출 제어 시스템(101)에 공급됨 - 및 촉매층(111)과 유체 연통하는 튜브 측을 갖는다. 스팀 응축기(103)는 스팀 스트림(112)이 공급되는 스팀 입구 및 응축물 출구(108)와 유체 연통하는 쉘 측을 갖는다. 촉매층(111)의 하류에서, 배출 제어 시스템(101)은 촉매층(111) 및 공정 폐가스 스트림 출구(104)와 유체 연통하는 튜브 측과, 보일러 공급수 입구(118) 및 스팀 출구(107)와 유체 연통하는 쉘 측을 갖는 스팀 발생기(102)를 추가로 포함한다. 스팀 출구(107)는 스팀 응축기(103)의 스팀 입구 스트림(112)과 유체 연통한다. 스팀 스트림(106)은 스팀 출구(107) 및 스팀 입구 스트림(112)과 연결되어, 임의의 특정 시간에 필요에 따라 과도한 스팀이 제거되거나 보충 스팀이 부가될 수 있다.
스팀 응축기(103), 촉매층(111) 및 스팀 발생기(102)는 단일 용기 내에 있다. 용기의 출구 온도는 약 225℃ 내지 245℃이며, 이는 촉매층(111)을 빠져나온 연소된 폐가스 스트림의 500℃ 내지 550℃ 온도보다 상당히 더 낮다. 동일한 용기에서 그러한 스트림을 촉매층(111)으로부터 스팀 발생기(102)로 곧바로 공급함으로써, 고온 배관 및 연결부가 필요 없게 된다. 촉매층(111)의 하류의 고온 영역에서의 배관 및 연결부의 제거는 공정의 그 시점에 더 높은 공정 온도, 예를 들어 600℃가 사용될 수 있게 한다.
스팀 응축기(103)는 용기의 하부에 있으며, 그 위에 촉매층(111)이 있고 그 위에 스팀 발생기(102)가 있다. 작동 중, 촉매층(111)을 빠져나온 공정 폐가스 스트림은 공정 폐가스 스트림 출구(104)를 빠져나가기 전에 스팀 발생기(102)에서 냉각되고, 스팀 발생기(102)에서 발생된 스팀은 스팀 응축기(103)로 통과되어 공정 폐가스 스트림 입구로 들어가는 공정 폐가스 스트림(105)을 가열한다. 필요한 경우 온도를 추가로 제어하기 위해, 예를 들어 주위 온도의 공기일 수 있는 냉각 가스(109) 또는 가열을 위한 스팀(110)이 또한 배출 제어 시스템(101)에 공급될 수 있다. 공정 폐가스 스트림(105)은 배출 제어 시스템(101)을 통해 상향으로 유동하고, 스팀 스트림(112)은 스팀 응축기(103)의 상부로 공급되며 응축물은 스팀 응축기(103)의 하부에서 응축물 출구(108)로부터 제거된다. 따라서, 스팀 응축기(103)의 튜브의 외부에 응축된 스팀은 중력 하에서 응축물 출구(108)를 향해 하향으로 유동할 것이다. 공정 폐가스 스트림(105)은 배출 제어 시스템(101)의 하부로 들어가서 배출 제어 시스템(101)을 통해 비교적 직선 경로로 위로 유동하므로, 불필요한 압력 강하를 피한다. 포름알데하이드 생성에 있어서 압축 비용이 상당할 수 있으며, 심지어 배출 제어 시스템(101)에서도 임의의 압력 강하가 공급 가스의 초기 압축에서 고려되어야 한다. 따라서, 불필요한 압력 강하를 피하는 것이 비용 효율적인 공정을 생성하는 데 중요할 수 있다.
따라서, 작동 중에, 유입 공정 폐가스 스트림(105)은 촉매층(111)에서 연소되기 전에 스팀 응축기(103)에서 응축 스팀에 의해 가열된다. 촉매층(111)을 빠져나온 뜨거운 연소된 폐가스 스트림은 스팀 발생기(102)에서 냉각되어 스팀(107)을 생성하며, 이는 결국 스팀 응축기(103)를 가동시키는 데 사용된다. 유출 연소된 폐가스 스트림과 유입 공정 폐가스 스트림 사이에서 열이 직접 전달되는 종래 기술의 시스템과는 달리, 공정 측의 압력 강하에 영향을 미치지 않고서 스팀 발생기(102) 및 스팀 응축기(103)의 스팀 측에 대한 열 전달 효율이 최적화될 수 있다. 스팀 발생기(102)에서 발생된 스팀이 유입 공정 폐가스 스트림(105)을 예열시키기에 충분하지 않을 때, 예를 들어 시동 동안, 스팀 스트림(106)을 통해 플랜트의 다른 부분으로부터 스팀 응축기(103)에 스팀이 공급될 수 있다. 이는 배출 제어 시스템(101)의 시동을 위한 전용 가열기에 대한 필요성을 없애서, 자본 비용을 절감한다.
도 4에서, 배출 제어 시스템(201)에 공정 폐가스 스트림(205)이 공급된다. 도 4에서 배출 제어 시스템이 수용된 용기의 하부인 배출 제어 시스템(201)의 상류 단부에, 스팀 응축기(203)가 있다. 스팀 응축기(203)의 튜브 측은 공정 폐가스 스트림(205) 및 촉매층(211)과 유체 연통한다. 공정 폐가스 스트림(205)은 스팀 응축기(203)를 통해 그리고 촉매층(211)을 통해 위로 유동하며, 여기서 스트림의 유해 성분들이 연소되어 연소된 폐가스 스트림을 형성한다. 촉매층(211)의 하류에는 스팀 과열기(217)가 있다. 스팀 과열기(217)의 하류에는 스팀 발생기(202) 및 이코노마이저(economiser)(223)가 있다. 보일러 공급수(218)가 이코노마이저(223)의 쉘 측에 공급되며, 이는 스팀 발생기(202)의 쉘 측 입구에 연결되는 출구 스트림(216)을 갖는다. 스팀 발생기(202)의 쉘 측은 스팀 스트림(206)과 연결되는 스팀 스트림 출구(207)를 가지며, 이에 의해 스팀이 필요에 따라 제거되거나 부가될 수 있다. 연결 후에, 스팀 스트림은 스팀 과열기(217)에 공급되어 과열된 방출 스팀(215)을 생성하는 스트림(214) 및 스팀 응축기(203)에 공급되는 스팀 스트림(212)으로 분할된다. 촉매층(211)을 빠져나온 연소된 폐가스 스트림은 스팀 과열기(217)의 쉘 측을 통과하고, 스팀 발생기(202)의 튜브 측을 통과하고 이어서 이코노마이저(223)의 튜브 측을 통과한 후에, 연소된 가스 스트림 출구(204)를 통해 빠져나가는데, 이는 전형적으로 스택으로 공급된다.
도 3의 실시 형태에서와 같이, 공정 폐가스 스트림(205)은 촉매층(211)에서 연소되기 전에 스팀 응축기(203)에서 가열되어 유해 성분들을 연소시키고 연소된 폐가스 스트림을 생성한다. 연소된 폐가스 스트림은 이어서 스팀 과열기(217), 스팀 발생기(202) 및 이코노마이저(223)에서 냉각된다. 이코노마이저(223)는 저압 스팀 발생기로 대체될 수 있다. 이코노마이저(223) 또는 저압 스팀 발생기는 연소된 폐가스 스트림이 스팀 발생기(202)를 통과한 후에 연소된 폐가스 스트림에 남아 있는 저온 열을 사용함으로써 열 회수 효율을 개선한다. 이코노마이저(223)의 쉘 측에 공급되는 보일러 공급수(218)는 연소된 폐가스 스트림의 냉각에 의해 가열되고, 스팀 발생기(202)의 쉘 측에 공급되며, 여기서 스팀으로 전환된다. 스팀은 스팀 과열기(217)에 공급되어 과열된 스팀(215)을 생성하는데, 이는 유입 공정 폐가스 스트림(205)을 예열하기 위해 스팀 응축기(203)로 또는 플랜트의 다른 부분으로 내보내기 위한 것이다. 역시, 도 3의 실시 형태에서와 같이, 배출 제어 시스템(201)은 스팀 스트림(206)을 통해 플랜트 내의 다른 곳으로부터의 스팀을 사용하여 시동될 수 있으며, 따라서 전용 시동 가열기가 필요 없다. 더욱이, 공정 측의 압력 강하에 영향을 주지 않고서 배출 제어 시스템(201)의 스팀 측에 대한 열 전달 효율이 최적화될 수 있다.
역시, 배출 제어 시스템(201)은 단일 용기 내에 수용된다. 이는 용기간 연결부, 특히 고온 용기간 연결부에 대한 필요성을 감소시키기 때문에 유리할 수 있다. 이는 자본 비용 및 또한 압력 강하를 감소시킬 수 있으며, 이는 결국 작동 비용을 감소시킬 수 있다. 스팀 응축기(203)가 용기의 하부에 있고 공정 폐가스 스트림이 스팀 응축기(203)로부터 촉매층(211)을 통해 위로 유동하기 때문에, 촉매층이 놓이는 지지 망은 촉매층(211)의 냉각기 단부에 있다. 이는 촉매층(211)의 출구에서 고온을 견딜 필요가 없는 경우에 충분한 강도의 지지 망이 더 용이하게 제공될 수 있기 때문에 유리할 수 있다. 연소된 폐가스 스트림 중에서 촉매가 휩쓸려 가는 것을 방지하기 위해 촉매층(211) 위에 제2 망이 제공될 수 있지만, 그러한 망은 촉매층(211)의 전체 중량을 지지할 필요는 없다.
도 5에서, 배출 제어 시스템(301)은 스팀 응축기(303), 촉매층(311) 및 노-유형(furnace-type) 스팀 과열기(319)를 포함한다. 노-유형 스팀 과열기(319)는 과열된 스팀을 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 노-유형 스팀 과열기(319)에서 저온 열을 회수하는 것은 불가능하기 때문에, 이러한 방식으로 과열된 스팀을 생성하는 것은 스택 온도를 증가시킬 수 있다. 그러나, 플랜트의 다른 곳에서 가치가 있을 수 있는 과열된 스팀을 발생시키는 이점을 갖는다. 공정 폐가스 스트림(305)은 촉매층(311) - 여기서, 유해 성분들이 연소되어 연소된 폐가스 스트림을 형성함 - 으로 통과하기 전에 스팀 응축기(303)에서 예열된다. 연소된 폐가스 스트림은, 연소된 폐가스 스트림을 냉각시키면서 과열된 스팀을 발생시키는 노-유형 스팀 과열기(319)에 공급된다. 냉각된 연소된 폐가스 스트림은 출구(304)를 통해 노-유형 스팀 과열기(319)를 빠져나가고 스택으로 통과한다. 노-유형 스팀 과열기(319)에서 상승된 과열된 스팀은 스팀 응축기(303)의 쉘 측에 공급되어 유입 공정 폐가스 스트림(305)을 예열하는 데 사용될 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 노-유형 스팀 과열기(319)는 스팀 응축기(303) 및 촉매층(311)을 수용하는 용기와는 상이한 용기 내에 있다. 예를 들어 하나의 용기 내에 모든 것을 가짐으로써 감소된 연결부 및 그에 따른 감소된 압력 강하의 관점에서 이점이 있을 수 있지만, 예를 들어 기존의 공정을 업그레이드할 때의 공간 제약으로 인해 하나 초과의 용기를 사용하는 것이 바람직한 경우도 있을 수 있다.
도 6의 배출 제어 시스템(401)에서, 촉매층(411)은 스팀 응축기(403)의 하류에 그리고 이 실시 형태에서는 스팀 응축기(403) 위에 위치된다. 공정 폐가스 스트림(405)은 스팀 응축기(403)의 튜브 측을 통해 위로 유동하고, 이어서 촉매층(411)을 통해 위로 유동한다. 다른 실시 형태와 관련하여 상기에 설명된 바와 같이, 공정 폐가스 스트림(405)을 촉매층(411)을 통해 위로 유동시키는 것은 촉매층(411)에 대한 지지 망이 노출되는 온도 조건의 관점에서 이점을 제공한다. 스팀 응축기(403)에는 쉘 측의 상부 근처의 스팀 입구 스트림(412)으로부터 스팀이 공급되고, 응축물은 쉘 측의 하부 근처의 응축물 출구(408)를 통해 빠져나간다. 따라서, 스팀은 튜브 상에서 응축되고 중력 하에 응축물 출구(408)로 아래로 유동한다. 그렇게 함에 있어서, 스팀 응축기는 공정 폐가스 스트림(405)이 촉매층(411)에 공급되기 전에 공정 폐가스 스트림을 가열한다.
촉매층(411)을 빠져나온 연소된 폐가스 스트림은 터보차저(420)에 공급된다. 터보차저(420)에서, 연소된 폐가스 스트림의 압력이 감소되고, 공정에 대한 공급물 스트림이 가압된다. 전형적으로, 연소된 폐가스 스트림은 터보차저(420)의 팽창기 부분을 통과하고, 공정에 대한 신규의 공기 공급물 스트림이 터보차저(420)의 압축기 부분을 통과한다. 공정 가스의 압축은 포름알데하이드 생성 공정에서 상당한 작동 비용이 될 수 있으며, 따라서 연소된 폐가스 스트림의 일부 에너지를 공급물 스트림의 압축으로서 회수하는 것이 유리할 수 있다.
터보차저(420)로부터, 연소된 폐가스 스트림이 스팀 발생기(402)의 튜브 측을 통과하고, 여기에 쉘 측에서 보일러 공급수(421)가 공급되어 스팀(422)을 상승시킨다. 그렇게 상승된 스팀은 필요에 따라 추가의 스팀의 인출 또는 첨가와 함께 스팀 입구 스트림(412)에 공급되며, 유입 공정 폐가스 스트림(405)을 예열하는 데 사용된다. 따라서, 연소된 폐가스 스트림 내의 에너지가 유입 공정 폐가스 스트림(405)을 예열하는 데 사용되지만, 열은 스팀 발생기(402) 및 스팀 응축기(403)를 사용하여 간접적으로 전달된다. 상기에 논의된 바와 같이, 이는 공정 폐가스 스트림에 대한 압력 강하를 감소시키고 시동 동안 플랜트의 다른 부분으로부터의 대체 스팀을 사용하여, 배출 제어 시스템(401)을 위한 전용 시동 가열기에 대한 필요성을 없앨 수 있는 기회를 포함하는 몇몇 이점을 갖는다. 터보차저(420)의 포함은, 연소된 폐가스 스트림이 가장 뜨거운 상태에 있는 동안 상기 연소된 폐가스 스트림의 에너지를 터보차저(420)에서 사용하고 이어서 연소된 폐가스 스트림이 터보차저(420)를 통과한 후에는 이를 스팀 발생기(402)에서 스팀을 발생시키는 데 사용함으로써 상기 연소된 폐가스 스트림 내의 에너지가 효과적으로 사용될 수 있게 한다.
도 3, 도 4, 도 5 및 도 6의 배출 제어 시스템(101, 201, 301, 401)이 예를 들어 도 2의 공정(51)에서 사용될 수 있다.
상기에 기술된 실시 형태는 본 발명의 예이며, 당업자는 본 발명의 범주 내에서 변형이 가능함을 이해할 것이다. 예를 들어, 스팀 응축기 및 스팀 발생기는 동일하거나 상이한 용기 내에 있을 수 있고, 시스템은 수평으로 또는 나란한 용기로 배열될 수 있다. 공정 폐가스 스트림은 공정의 일부 또는 모든 부분을 통해 하향으로 또는 수평으로 유동할 수 있다.

Claims (16)

  1. 포름알데하이드의 제조 방법으로서,
    a. 메탄올을 포함하는 공급물 스트림을 반응기에 공급하는 단계;
    b. 혼합 산화물 촉매를 사용하여 반응기에서 메탄올을 포름알데하이드로 전환시켜 포름알데하이드를 포함하는 공정 스트림을 생성하는 단계;
    c. 공정 스트림으로부터 포름알데하이드를 분리하여 포름알데하이드를 포함하는 생성물 스트림 및 폐가스 스트림을 생성하는 단계;
    d. 폐가스 스트림의 적어도 일부를 스팀 응축기에 공급하여 폐가스 스트림의 적어도 일부의 온도를 상승시켜 가열된 폐가스 스트림을 생성하는 단계; 및
    e. 가열된 폐가스 스트림을 촉매 연소층에 공급하여 가열된 폐가스 스트림의 성분들을 촉매 연소시켜 연소된 폐가스 스트림을 생성하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 스팀 응축기 및 촉매층은 단일 용기 내에 수용되는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스팀 응축기는 쉘 및 튜브(shell and tube) 스팀 응축기이고, 폐가스 스트림은 스팀 응축기의 튜브 측을 통해 유동하고 스팀은 스팀 응축기의 쉘 측에서 응축되는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    f. 연소된 폐가스 스트림을 스팀 발생기 - 여기서, 연소된 폐가스 스트림이 냉각되고 스팀이 생성됨 - 에 공급하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  5. 제4항에 있어서, 스팀 발생기는 쉘 및 튜브 스팀 발생기이고, 연소된 폐가스 스트림은 스팀 발생기의 튜브 측을 통해 유동하고 스팀은 스팀 발생기의 쉘 측에서 발생되는, 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 연소된 폐가스 스트림은, 스팀 발생기에 공급되기 전에, 터보차저(turbocharger)의 팽창기 부분을 통해 공급되어, 공급물 스트림의 일부를 형성하도록 공정에 공급되는 공기 스트림을 가압하기 위해 터보차저의 압축기 부분을 구동시키는, 방법.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    g. 스팀 발생기로부터 스팀 응축기로 스팀을 공급하여 단계 d에서 폐가스 스트림의 온도를 상승시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 스팀 응축기, 촉매층 및 스팀 발생기는 단일 용기 내에 수용되는, 방법.
  9. 공정 폐가스 스트림의 성분들의 촉매 연소를 위한 배출 제어 시스템으로서, 공정 폐가스 스트림의 성분들의 촉매 연소를 위한 촉매를 포함하는 촉매층; 및 공정 폐가스 스트림 입구 및 촉매층과 유체 연통하는 튜브 측과, 스팀 입구 및 응축물 출구와 유체 연통하는 쉘 측을 갖는 스팀 응축기를 포함하여, 작동 중에, 공정 폐가스 스트림 입구로 들어가는 공정 폐가스 스트림이 촉매층으로 통과하기 전에 스팀 응축기에서 가열되는, 배출 제어 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 촉매층과 스팀 응축기 둘 모두를 수용하는 용기를 포함하는, 배출 제어 시스템.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 촉매층 및 공정 폐가스 스트림 출구와 유체 연통하는 튜브 측과, 보일러 공급수 입구 및 스팀 출구와 유체 연통하는 쉘 측을 갖는 스팀 발생기를 추가로 포함하여, 작동 중에, 촉매층을 빠져나온 공정 폐가스 스트림은 스팀 발생기에서 냉각되어, 보일러 공급수 입구를 통해 들어가는 보일러 공급수를, 공정 폐가스 스트림 출구를 빠져나가기 전에, 스팀 출구를 통해 빠져나가는 스팀으로 전환시키는, 배출 제어 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 스팀 응축기, 촉매층 및 스팀 발생기를 수용하는 용기를 포함하는, 배출 제어 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 촉매층과 유체 연통하는 팽창기 측 입구 및 스팀 발생기의 튜브 측과 유체 연통하는 팽창기 측 출구를 갖는 터보차저를 추가로 포함하여, 작동 중에, 촉매층을 빠져나온 공정 폐가스 스트림은 터보차저의 팽창기 측을 통해 스팀 발생기의 튜브 측으로 통과되는, 배출 제어 시스템.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 스팀 출구는 스팀 응축기의 스팀 입구와 유체 연통하여, 작동 중에, 스팀 발생기에서 발생된 스팀은 스팀 응축기로 통과되어 공정 폐가스 스트림 입구로 들어가는 공정 폐가스 스트림을 가열하는, 배출 제어 시스템.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법에 사용하기 위한, 배출 제어 시스템.
  16. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법에서 폐가스 스트림을 처리하기 위한 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배출 제어 시스템의 용도.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021220150A2 (en) * 2020-04-28 2021-11-04 University of Maribor The process of removing formaldehyde and volatile organic compounds from waste industrial gases
GB202016230D0 (en) * 2020-10-13 2020-11-25 Johnson Matthey Plc Process for formaldehyde manufacture

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2504402A (en) * 1945-10-27 1950-04-18 Du Pont Formaldehyde synthesis
US8323602B2 (en) * 2010-07-08 2012-12-04 Air Products And Chemicals, Inc. Treatment of flue gas from an oxyfuel combustion process
EP3374074B1 (en) * 2015-11-13 2020-12-30 Johnson Matthey Public Limited Company Apparatus and process for the production of formaldehyde
CN105973017B (zh) * 2016-06-30 2018-07-31 中冶华天工程技术有限公司 环冷机废气余热综合利用系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20260004883A (ko) 2024-07-02 2026-01-09 이영철 폐가스를 이용한 보일러 연소장치 및 방법

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Patent event date: 20211207

WITB Written withdrawal of application