연구 개발 전략의 일환으로서 린데(Linde)사는 건식 개질 기술(Dry-reforming technology)을 시험하기 위해 린데사가 소유한 가장 큰 시설에서 파일럿 규모의 개질 설비를 건설하였다. 건식 개질 공정은 촉매를 이용하여 천연가스를 이루는 핵심 성분인 메탄과 이산화탄소를 결합시켜 일산화탄소와 수소로 구성된 합성가스를 생산한다. 이후 합성가스는 화학물질들 또는 연료들과 같은 가치있는 제품들을 생산하기 위하여 이용된다.
건식 개질 공정은 메탄과 물을 증기의 형태로 반응시켜 합성가스를 생산하는 증기 개질 공정과 다르다. 증기 생산은 에너지가 많이 필요하다. 이에 비해 건식 개질은 물을 거의 필요로 하지 않으며 이로 인해서 증기 생산을 위한 에너지 부담을 피한다. 에너지 소비 저감과 더불어 건식 개질 공정은 재순환된 이산화탄소를 소비한다. 또한 건식 개질 공정은 부분 산화 공정과 비교하여 비용 효율적이다. 이로 인해서 소형 또는 중형 규모의 플랜트들에서 관심을 받는다.
건식 개질 공정의 다른 장점들 중 하나는 대략 1의 수소/일산화탄소 비율을 가지는 합성가스 생산이 가능하다는 것이다. 증기 개질 공정은 대략 3의 수소/일산화탄소 비율을 제공하며 부분 산화는 대략 2의 비율을 제공한다. 보다 낮은 수소/일산화탄소 비율이 요구되는 피셔-트롭쉬 공정과 같은 공정들에 보다 적합하다.
비록 낮은 압력에서 메탄의 건식 개질 공정을 위한 공정들과 촉매들이 잘 알려져 있고 확립되어 있으나 이 공정들은 후속 공정들이 요구하는 압력까지 일산화탄소가 많이 포함된 합성가스의 압축을 필요로 한다. 높은 일산화탄소 함유량을 가지는 합성가스의 공정 후 압축은 기술적으로 쉬운 일이 아니라고 린데사의 개발 파트너인 칼스루 공과대학(Karlsruhe Institute of Technology, KIT)이 언급했다. 이 문제를 해결하기 위하여 KIT는 보다 높은 압력에서 건식 개질을 위한 새로운 촉매와 공정을 개발하는데 집중해 왔다.
린데사와 개발 파트너인 바스프사의 엔지니어들은 저널(Chemie Ingenieur Technik)에 건식 개질 공정의 기술 경제성 문제에 대해서 발표하였다. 현재 파일럿 규모의 개질기에서 진행된 시험들은 건식 개질에 집중되었다. 이 혁신적인 공정은 린데사와 린데사의 파트너들인 바스프(촉매 개발 담당), KIT(시뮬레이션 담당), DECHEMA(재료 담당)의 협력을 통해서 개발되었다. 파일럿 프로젝트는 독일 정부로부터 1백만유로의 자금 지원을 받았다. 건식 개질 공정의 파일럿 시험이 성공적으로 진행된다면 공정을 상업화하기 위한 계획대로 진행될 것이다. 이는 린데의 소비자들을 위한 레퍼런스 플랜트의 건설이다.
Linde pilot testing dry reforming process to generate syngas from CO2 and methane for production of fuels and chemicals
As part of its R&D strategy, Linde has built a pilot reformer facility at Pullach near Munich—Linde’s largest location worldwide—to test dry-reforming technology. The dry reforming process catalytically combines CH4, the principal component of natural gas, and CO2 to produce syngas (CO and H2). Syngas is then used to produce valuable downstream products such as base chemicals or fuels.
The dry reforming process differs from steam reforming, which combines CH4 and water (H2O) in the form of steam to produce the syngas. Producing the steam is energy-intensive; dry reforming requires far less water, and hence avoids the energy burden of steam production. In addition to reducing energy consumption, the dry reforming process also consumes recycled carbon dioxide.
The dry reforming process also offers cost efficiencies relative to partial oxidation—these would be of particular interest to small and medium-sized plants.
Among the other benefits of the dry reforming approach is syngas with an H2/CO ratio of about 1, while steam reforming delivers an H2/CO of about 3 and partial oxidation a ratio of about 2. For some applications such as Fischer-Tropsch fuel synthesis, the low H2/CO ratio is desirable.
Although processes and catalysts for dry reforming of methane at low pressure levels are well known and established, these processes require that the generated CO-rich syngas is compressed to the pressure level of the corresponding downstream processes. Post-compression of syngas with high CO contents is technically not an easy task, notes Linde development partner Karlsruhe Institute of Technology (KIT).
To address that particular issue, KIT has focused on developing and designing new catalyst and process options for dry reforming at elevated pressure.
Engineers from Linde and development partner BASF further discussed the technical and economic challenges of dry reforming in a paper published earlier this year in the journal Chemie Ingenieur Technik (Schwab et al.).
Linde intends to use this pilot facility to test and optimize all kinds of approaches to reforming. The insights we gain will help us further improve reforming processes and concepts for our customers.
—Dr. Christian Bruch, Member of the Executive Board of Linde AG
Tests in the pilot reformer are currently focused on dry reforming. This innovative process was developed by Linde in cooperation with its partners BASF (responsible for catalyst development); Karlsruhe Institute of Technology / KIT (responsible for simulations); and DECHEMA (supplier of materials). The pilot project has been awarded funding by the German Ministry for Economic Affairs and Energy (BMWi) of just under one €1 million.
If the dry reforming pilot proves successful, there are plans to commercialize the process when the funded project comes to an end in 2017 and to build a reference plant for a Linde customer.
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