극심한

읽기 목록에 저장 게시자: Callum O'Reilly, 수석 편집자 Hydrocarbon Engineering, 2021년 8월 16일 월요일 11:50

미국 에너지부(DOE)에 따르면 천연가스 개질 또는 증기 메탄 개질(SMR)은 현재 미국에서 생산되는 수소의 95%를 차지합니다. 이는 아마도 가장 비용 효율적이고 에너지 효율적인 수소 제조 방법 중 하나입니다.

그림 1. 일반적인 SMR 프로세스 개요

그림 1은 일반적인 SMR 프로세스의 개요를 보여줍니다. SMR은 메탄 소스(예: 천연 가스, 바이오가스, 합성 가스 등)가 촉매 존재 하에서 고온 증기와 흡열 반응하여 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 생성하는 성숙한 생산 공정으로 간주됩니다.

CH4 + H2O (+ 열) → CO + 3H2

이어서, 일산화탄소와 증기는 촉매 존재 하에서 반응하여 '수성 가스 전환' 반응과 관련하여 추가 수소와 이산화탄소를 생성합니다.

CO + H2O → CO2 + H2 (+ 열)

마지막으로 수소 가스는 압력 변동 흡착(PSA)을 통해 정화되어 이산화탄소와 기타 불순물을 제거합니다. 종종 암모니아 플랜트는 수소 플랜트의 하류에 존재하며, 이에 따라 수소는 질소와 반응하여 암모니아를 생성합니다.

고온과 고압의 조합으로 인해 유체 격리 요구 사항에 심각한 문제를 야기하는 가혹한 서비스 환경이 발생합니다. 개질기와 증기 발생기의 온도와 압력은 각각 1500°F와 1500psig에 도달하거나 초과할 수 있습니다. 이러한 상승된 온도와 압력은 개질기, 보일러 공급수, 공급 가스 라인, 스팀 드럼 브라이들, 퍼징 응용 분야 및 블로우다운 응용 분야를 포함하여 SMR 공정 내 다양한 ​​모듈 및 응용 분야 전반에 걸쳐 만연합니다.

SMR 아일랜드를 넘어 공장의 암모니아 섹션에서도 이러한 온도 및 압력 문제는 질소 응용 분야 전반에 걸쳐 지속됩니다. 예를 들어 압축기 및 플레어 헤더에 대한 질소 공급 밸브는 400°F에서 4000psig에 도달하거나 초과할 수 있습니다.

세계가 재생 에너지 이니셔티브로 발전함에 따라 수소는 청정 연소 분자이자 화석 연료를 대체할 수 있는 잠재적인 대체 물질이기 때문에 에너지 전환을 위한 '전략적 기둥'으로 강력한 추진력을 얻고 있습니다. 탄소 포집 및 격리(CCS) 기술과 결합된 SMR 공정은 '회색 수소'라고 불리는 기존 수소 생산을 '청색 수소'라고도 알려진 저탄소 수소 생산으로 전환할 수 있습니다. 블루 수소가 1차 에너지원으로 경제적으로 실행 가능하려면 생산, 저장, 유통 등 전체 수소 가치 사슬에 걸쳐 비용을 줄여 미래 자동차 및 기타 응용 분야에 대한 DOE의 비용 목표를 충족해야 합니다. 수소 생산과 관련하여 SMR 공정은 전기분해와 같은 다른 공정에 비해 가장 비용 효율적인 방법으로 남아 있습니다. SMR 공정은 성숙한 기술로 간주되지만 상업적 및 환경적 최적화 기회가 모두 존재하며 공정의 특정 영역에서 지속적으로 높은 온도와 압력을 통해 실현되고 있습니다. 예를 들어, 수소 위원회(Hydrogen Council)와 McKinsey & Co.는 다음과 같이 주장합니다. "더 높은 온도에서 ATR(자열 개질)을 수행하면 메탄에서 수소로의 전환율도 증가하여 제품 가스의 메탄 함량이 낮아져 배출량이 더욱 감소할 수 있습니다. "1 결과적으로 새로운 플랜트는 기존 시설에 비해 특정 응용 분야 및 모듈에서 훨씬 더 뜨겁고 더 높은 압력에서 작동하도록 설계되었습니다. 더욱이, 대기로 누출되지 않는 진정한 폐쇄 루프 시스템의 효율성은 상업적 및 환경적 관점 모두에서 매우 중요해졌습니다. 따라서 확실한 차단 기능을 갖춘 안정적인 격리는 이러한 응용 분야의 밸브에 훨씬 더 어려울 뿐만 아니라 전체 생산 공정에 있어서 매우 중요합니다.