게시판 > 질답게시판 > conditioning process의 원리 문의및 Reactor(Converter) 앞에 Compressor를 두는 이유.

스테파노 Stefano

14-09-04 13:56

(1) 이곳은 단지 질문자와 답변자만 이용하는 것이 아닙니다.

한글로 쓸수 있는 것을 굳이 혼자만이 알아볼 수 있는 영문의 약어로 쓰지 말아달라고 이곳 싸이트가 개설된 직후부터 강조해 왔습니다. 이곳을 찾는 독자들을 위해 처음 나오는 약어는 반드시 풀어서 써주고나서 약어를 사용하는 것이 예절바른 일입니다.

약간만 노력하면 됩니다. 예를들어 Boiler Feed Water(BFW).... 라고 쓰고 다음에 나올때 BFW를 사용하면 되잖아요.

(2) 답글을 올리기 전 아래의 용어를 먼저 풀어써주세요.

FT=
AGR=
BFW=
KO=
rxn=
OSBL=
LP=

정재욱 euphoria86

14-09-04 15:08

죄송합니다. 제가 미처 해당사항에 대한 안내를 읽지 못하였습니다. (생각도 조금 좁았구요.)

FT= Fischer Tropsch
AGR= Acid Gas Removal
BFW= Boiler Feed Water
KO= Knock Out Drum
rxn= Reaction
OSBL= Out Side of Battery Limit
LP=Low Pressure

입니다. 감사합니다.

스테파노 Stefano

14-09-04 21:30

(0) 너무 언짢아 하지 마세요. 모두 독자들을 위한 것이라고 받아들이면 마음이 놓일 것입니다. 약어는 모두 미리 풀어주었기 때문에 이제 약어를 써도 되겠습니다. 순서대로 답글을 올리지요

(1A) ZnO/Ac/CuO
(대개 Water Gas Shit Reactor 촉매들도 유황에 의한 촉매독 현상이 있기 때문에 Shit Reactor 도입전 ZnO Bed 같은 Sulfur 제거탑을 두는데 잔류유황을 미리제거하지 않고 여기까지 끌고와서 제거하는 이유가 먼저 궁금합니다.)

AGR Unit에서는 Amine 종류의 흡수제를 이용하여 대부분의 H2S(CO2 포함)를 제거했겠지만 남아있는 유황성분을 제거하기 위해사용되는 물질입니다. (ZnO Bed와 AC/CuO Bed가 분리된 층으로 된 경우도 있으므로 Licenser의 설명서를 잘 찾아보세요)
ZnO: 잔류 H2S와 반응, ZnO + H2S --> ZnS+H2O ZnO는 소모품으로 사용하거나 주기적으로 산소+스팀을 사용하여 재생 (ZnS+ O2-->ZnO+S)하기도 함. (귀 공장에서의 사용방법을 알아보세요.)
Ac: H2S외에 COS, Mercaptans등을 흡착하기 위해 사용.
CuO: Ac에 흡착된 H2S, COS, Mercaptans을 산소로 산화시킬때 촉매역할. COS + O2-->COS + S, RSH + O2-->RH + H2S, H2S + O2-->H2O + S

(2A) <HCN+H2O->NH3+CO>반응
이 반응은 Cooler를 거친 후 상온에서 일어날 수 있는 반응이 아닌 것으로 판단됩니다. 이는 CH4 + H2O --> 3H2 + CO반응, 즉 Methane의 Reforming 반응과 유사한 HCN Reforming 반응이라서 ( CH4와 H2O가 아주 안정된 물질이므로) 아마 수백도 이상의 온도와 촉매상에서만 일어나는 반응으로 봅니다.

따라서 Water Washing 효과는 위의 반응 목적이 아니라 수용성 물질을 물에 흡수시켜 제거하는 목적일 것으로 봅니다. Manual을 잘 찾아보세요. 혹시 앞공정에서 위 반응이 일어나고 여기서 생성된 NH3를 물에 흡수시킨다면 가능한 이야기 입니다.

(3A) BFW 수질
반응기에서 발생하는 반응열을 냉각하면서 동시에 Steam을 발생시키기 위하여 BFW를 Steam Drum에 공급하도록 되어 있는데 액상의 BFW가 공급되어 순수한 물만 수증기로 증발되어 나가게 되므로 공급한 BFW에 들어있던 Ca, Mg 염들이 Boiler Water에 농축됩니다. Filtered Water나 냉각수를 사용하면 1주일도 되지 않아 뻘같은 물질이 코일벽에 달라붙어 운전이 불가능해집니다.

염분이 농축되면 Coil 외벽에 Scale이 쌓이게 되면 열전달이 되지 않고 Tube는 과열되어 파손될 수 있습니다. 따라서 BFW는 순수에 가까울 정도로 정수시켜 사용해야 하고 그렇다고 해도 부식방지제, 분산제, 산소제거제 등이 농축되기 때문에 연속적으로 보일러수를 배출(Blow-down)시키면서 운전해야 합니다. 수질이 좋지 않으면 Blow-down량이 많아져서 열손실이 크게 늘어납니다. 정수비용 아끼려다 열손실만 늘어나 비경제적 공정운전이 될 수 있습니다.

(4A) Reactor Inter-Stage Compressor

<후단에 오는 converter의 size를 줄이고 bed의 pressure drop을 줄이기 위해서 둔다>라고 했는데 합성가스부피를 줄여서 반응기 크기를 줄이려 했다면 첫번째 반응기 전단에서 압력을 높여 첫번째 반응기도 크기를 줄이지 않는 이유가 설명되지 않습니다. 또 Pressure를 올렸다면 Pressure Drop이 더 늘어나게 되는데 거꾸로 Pressure Drop을 줄인다고 한것도 적당한 설명같아 보이지 않습니다.

필자의 판단으로 미류어 보면.. 반응기를 여러 단으로 만든 이유는 한개의 반응기로 전환율을 높이게 되면 과도한 온도의 상승으로 촉매의 변질과 Coke 생성이 우려 되기 때문으로 봅니다 . 또 중간에 Booster를 둔 이유는 반응기를 통과시키기 위한 압력차가 크기 때문에 반응기출구에서 냉각후 생성물을 분리해 준다음 미반응 합성가스를 다음 반응기에 주입하려는 것으로 추측합니다. 각 반응기의 전환율과 반응기의 상대적 크기가 궁금합니다.

(5A) Spill-back
이는 배출측의 가스를 흡입구 측으로 "흘려 되돌려 보내는 것"을 말합니다. "Spill"이라는 단어의 뜻처럼 애써 압축한 가스를 낮은 압력측으로 흘려보내는 것을 연상하면 됩니다. 흔히 "Kick-back" 이라는 용어나 "Bypass"라는 용어를 사용하기도 합니다. 축구에서 공격하다가 볼을 뒤로 Back Pass 하는 것과 닮아있는 조작입니다.

Spill-back Valve가 열리도록 하는 조절기는 Discharge Pressure 및/또는 Suction Drum의 압력을 감지하여 동작시킵니다. 이 Control Loop의 구성을 알아보세요.

(6A) Trim Condenser
Air Condenser로 미처 도달하지 못한 온도로 더 온도를 낮추어 응축(혹은 냉각)시키는 용도의 열교환기입니다. "Trim"은 '들쭉날쭉한 것을 다듬다', '꼬리나 끝부분을 잘라낸다'의 뜻으로 쓰이는데 예를들어 Air-Fan-Cooled Condenser (혹은 Cooler)에서 60도 정도밖에 냉각시키지 못한 것을 추가로 냉각수를 사용한 Trim Condenser(혹은 Cooler)에서 40도로 더 냉각하여 Condensate를 더 많이 얻어냅니다.

순성분 Condenser에서는 응축온도가 거의 일정하기 때문에 응축 후 Sub-cooling할 목적으로 "Trim Cooler"를 사용합니다. 질문과 관련된 공정에서는 여러 혼합물이 섞여있어서 "Trim Condenser"를 사용하여 응축 온도를 더 낮추게 되면 더 많은 반응생성물이 액상으로 응축되도록 Trim Condenser를 둔 것이지요.

(7A) Water Produced
FT 공정에서 필연적으로 생성되는 H2O는 모두 분리하여 폐수장으로 보내 처리하여 버리도록 되어있는 것으로 보이는데 Compressor Intercooler, Trim Cooler Effluent Separator 등에서 분리하여 FT 합성가스 제조시에 사용하는 Steam 절감용으로 사용할 수 있는지 고려해볼 필요가 있습니다. 압력이 높으면 물속에 합성가스가 용해되어 있기도 하고 생성되다가 만 저분자량의 Hydrocarbon도 섞여있어서 폐수처리하여 버리면 이들은 모두 손실되지만 합성가스 제조용으로 Steam Reformer 혹은 Steam Partial Oxidizer가 사용된다면 이들 물질이 조금 섞여있어도 문제되지 않을 수도 있습니다.

실제로 Methanol 합성공장의 압축기 Condensate를 Flashing 시키면 Flashed Gas가 생성되지만 이를 천연가스를 가열한 후 섞어주면 물이 증발하여 섞이게 됨으로써 Reforming용 Steam의 양을 절감하는 역할을 합니다.

Tail Gas를 Fuel로 사용할 경우라면 N2를 섞어줄 이유가 없지만 Flare Stack에서 소각시키려 한다면 Flare Header로 모아 태우게 됩니다. 이 때 Flare Gas Header는 항상 일정한 압력이 되도록 유지하면서 정체되지 않도록 질소를 흘려보내주는데 질문에서는 이를 언급하는 것 같습니다.

N2를 흘려주는 목적은 1)Header에 공기가 유입되지 않도록 함으로써 폭발을 방지하고 2)배출 Header내에서 일정압력을 유지함으로써 PSV의 동작압력이 일정하도록 하고, 3)Noncondensable Gas를 흘려보냄으로써 혹시 모를 Condensable Vapor의 응축, 냉각으로 인해 Header Duct에 누적되거나 내벽에서 결빙현상이 나타나지 않도록 하기 위함입니다.

대부분의 공정설명서에는 세부사항이 모두 설명되어 있지 않아 공정의 설계의도가 잘 표현되어 있지 않는 경우가 많습니다. 의문사항은 그 자료를 만든 분이나 해당 공정의 Licensor 에게 직접 문의해 보도록 하세요.

(0) 너무 언짢아 하지 마세요. 모두 독자들을 위한 것이라고 받아들이면 마음이 놓일 것입니다.   약어는 모두 미리 풀어주었기 때문에 이제 약어를 써도 되겠습니다.  순서대로 답글을 올리지요

(1A) ZnO/Ac/CuO
(대개 Water Gas Shit Reactor 촉매들도 유황에 의한 촉매독 현상이 있기 때문에 Shit Reactor 도입전 ZnO Bed 같은 Sulfur 제거탑을 두는데 잔류유황을 미리제거하지 않고 여기까지 끌고와서 제거하는 이유가 먼저 궁금합니다.)

AGR Unit에서는 Amine 종류의 흡수제를 이용하여 대부분의 H2S(CO2 포함)를 제거했겠지만 남아있는 유황성분을 제거하기 위해사용되는 물질입니다.  (ZnO Bed와 AC/CuO Bed가 분리된 층으로 된 경우도 있으므로 Licenser의 설명서를 잘 찾아보세요) 
 ZnO:  잔류 H2S와 반응,   ZnO + H2S --> ZnS+H2O   ZnO는 소모품으로 사용하거나 주기적으로 산소+스팀을 사용하여 재생 (ZnS+ O2-->ZnO+S)하기도 함. (귀 공장에서의 사용방법을 알아보세요.)
Ac: H2S외에 COS, Mercaptans등을 흡착하기 위해 사용.  
CuO: Ac에 흡착된 H2S, COS, Mercaptans을 산소로 산화시킬때 촉매역할.  COS + O2-->COS + S,   RSH + O2-->RH + H2S,  H2S + O2-->H2O + S

(2A) <HCN+H2O->NH3+CO>반응
이 반응은 Cooler를 거친 후 상온에서 일어날 수 있는 반응이 아닌 것으로 판단됩니다. 이는 CH4 + H2O --> 3H2 + CO반응, 즉  Methane의 Reforming 반응과 유사한 HCN Reforming 반응이라서 ( CH4와 H2O가 아주 안정된 물질이므로) 아마 수백도 이상의 온도와 촉매상에서만 일어나는 반응으로 봅니다.

따라서 Water Washing 효과는 위의 반응 목적이 아니라 수용성 물질을 물에 흡수시켜 제거하는 목적일 것으로 봅니다.   Manual을 잘 찾아보세요.  혹시 앞공정에서 위 반응이 일어나고 여기서 생성된 NH3를 물에 흡수시킨다면 가능한 이야기 입니다.

(3A) BFW 수질
반응기에서 발생하는 반응열을 냉각하면서 동시에 Steam을 발생시키기 위하여 BFW를 Steam Drum에 공급하도록 되어 있는데 액상의 BFW가 공급되어 순수한 물만 수증기로 증발되어 나가게 되므로 공급한 BFW에 들어있던 Ca, Mg 염들이 Boiler Water에 농축됩니다.   Filtered Water나 냉각수를 사용하면 1주일도 되지 않아 뻘같은 물질이 코일벽에 달라붙어 운전이 불가능해집니다.

염분이 농축되면 Coil 외벽에 Scale이 쌓이게 되면 열전달이 되지 않고 Tube는 과열되어 파손될 수 있습니다.  따라서 BFW는 순수에 가까울 정도로 정수시켜 사용해야 하고 그렇다고 해도 부식방지제, 분산제, 산소제거제 등이 농축되기 때문에 연속적으로 보일러수를 배출(Blow-down)시키면서 운전해야 합니다.   수질이 좋지 않으면 Blow-down량이 많아져서 열손실이 크게 늘어납니다.   정수비용 아끼려다 열손실만 늘어나 비경제적 공정운전이 될 수 있습니다.

(4A) Reactor Inter-Stage Compressor

<후단에 오는 converter의 size를 줄이고 bed의 pressure drop을 줄이기 위해서 둔다>라고 했는데  합성가스부피를 줄여서 반응기 크기를 줄이려 했다면 첫번째 반응기 전단에서 압력을 높여 첫번째 반응기도 크기를 줄이지 않는 이유가 설명되지 않습니다.   또 Pressure를 올렸다면 Pressure Drop이 더 늘어나게 되는데 거꾸로 Pressure Drop을 줄인다고 한것도 적당한 설명같아 보이지 않습니다.

필자의 판단으로 미류어 보면.. 반응기를 여러 단으로 만든 이유는 한개의 반응기로 전환율을 높이게 되면 과도한 온도의 상승으로 촉매의 변질과 Coke 생성이 우려 되기 때문으로 봅니다 .  또 중간에 Booster를 둔 이유는 반응기를 통과시키기 위한 압력차가 크기 때문에 반응기출구에서 냉각후 생성물을 분리해 준다음 미반응 합성가스를 다음 반응기에 주입하려는 것으로 추측합니다.   각 반응기의 전환율과 반응기의 상대적 크기가 궁금합니다.

(5A) Spill-back 
이는 배출측의 가스를 흡입구 측으로 "흘려 되돌려 보내는 것"을 말합니다.   "Spill"이라는 단어의 뜻처럼 애써 압축한 가스를  낮은 압력측으로 흘려보내는 것을 연상하면 됩니다.   흔히 "Kick-back" 이라는 용어나 "Bypass"라는 용어를 사용하기도 합니다.  축구에서 공격하다가 볼을 뒤로 Back Pass 하는 것과 닮아있는 조작입니다.

Spill-back Valve가 열리도록 하는 조절기는 Discharge Pressure 및/또는 Suction Drum의 압력을 감지하여 동작시킵니다.  이 Control Loop의 구성을 알아보세요.

(6A) Trim Condenser
Air Condenser로 미처 도달하지 못한 온도로 더 온도를 낮추어 응축(혹은 냉각)시키는 용도의 열교환기입니다.   "Trim"은 '들쭉날쭉한 것을 다듬다',  '꼬리나 끝부분을 잘라낸다'의 뜻으로 쓰이는데  예를들어 Air-Fan-Cooled Condenser (혹은 Cooler)에서  60도 정도밖에 냉각시키지 못한 것을 추가로 냉각수를 사용한 Trim Condenser(혹은 Cooler)에서 40도로 더 냉각하여 Condensate를 더 많이 얻어냅니다.

순성분 Condenser에서는 응축온도가 거의 일정하기 때문에 응축 후 Sub-cooling할 목적으로 "Trim Cooler"를 사용합니다.  질문과 관련된 공정에서는 여러 혼합물이 섞여있어서 "Trim Condenser"를 사용하여 응축 온도를 더 낮추게 되면 더 많은 반응생성물이 액상으로 응축되도록 Trim Condenser를 둔 것이지요.

(7A) Water Produced
FT 공정에서 필연적으로 생성되는 H2O는 모두 분리하여 폐수장으로 보내 처리하여 버리도록 되어있는 것으로 보이는데 Compressor Intercooler, Trim Cooler Effluent Separator 등에서 분리하여 FT 합성가스 제조시에 사용하는 Steam 절감용으로 사용할 수 있는지 고려해볼 필요가 있습니다.  압력이 높으면 물속에 합성가스가 용해되어 있기도 하고 생성되다가 만 저분자량의 Hydrocarbon도 섞여있어서 폐수처리하여 버리면 이들은 모두 손실되지만 합성가스 제조용으로 Steam Reformer 혹은 Steam Partial Oxidizer가 사용된다면 이들 물질이 조금 섞여있어도 문제되지 않을 수도 있습니다.

실제로 Methanol 합성공장의 압축기 Condensate를 Flashing 시키면 Flashed Gas가 생성되지만 이를 천연가스를 가열한 후 섞어주면 물이 증발하여 섞이게 됨으로써 Reforming용 Steam의 양을 절감하는 역할을 합니다.

Tail Gas를 Fuel로 사용할 경우라면 N2를 섞어줄 이유가 없지만 Flare Stack에서 소각시키려 한다면 Flare Header로 모아 태우게 됩니다.    이 때  Flare Gas Header는 항상 일정한 압력이 되도록 유지하면서 정체되지 않도록 질소를 흘려보내주는데 질문에서는 이를 언급하는 것 같습니다.

N2를 흘려주는 목적은 1)Header에 공기가 유입되지 않도록 함으로써 폭발을 방지하고 2)배출 Header내에서 일정압력을 유지함으로써 PSV의 동작압력이 일정하도록 하고, 3)Noncondensable Gas를 흘려보냄으로써 혹시 모를 Condensable Vapor의 응축, 냉각으로 인해 Header Duct에 누적되거나 내벽에서 결빙현상이 나타나지 않도록 하기 위함입니다.

대부분의 공정설명서에는 세부사항이 모두 설명되어 있지 않아 공정의 설계의도가 잘 표현되어 있지 않는 경우가 많습니다.  의문사항은 그 자료를 만든 분이나 해당 공정의 Licensor 에게 직접 문의해 보도록 하세요.