KR100518753B1 - 산성 가스 용매 여과 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 합성가스로부터 산성가스를 분리하고 생성된 고체를 처리하는 방법이다. 합성가스와 산성가스로 이루어진 혼합물을 상기 산성가스와 반응하는 유체와 접촉시켜서 유체 중에 분산된 미립자 고체를 형성한다. 유체와 미립자 고체로 이루어진 슬러리를 상기 재생 필터로 여과해서 미립자 고체를 상기 유체로부터 분리시킨다. 상기 미립자 고체를 역-세척 유체로 역-세척해서 재생 필터로부터 제거해서 미립자 고체와 역-세척 유체의 혼합물로 구성된 펌프가능한 슬러리를 형성한다. 상기 슬러리를 기화시켜 합성가스와 유리질화 고체를 형성한다.

Description

산성가스 용매 여과 시스템{ACID GAS SOLVENT FILTRATION SYSTEM}
본 발명은 합성가스로부터 산성가스를 제거하는 방법에 관한 것이며, 특히 생성되는 미립자 고체를 분리해서 기화 반응기로 재순환시키는 방법에 관한 것이다.
석탄, 코크스, 액체탄화수소 공급재료와 같은 고체 및 액체 탄소 연료로부터 합성가스를 생산하는 것은 상당한 기간 동안 사용되어 왔으며, 최근 들어 에너지 수요 증가로 인해 현저한 향상을 가져왔다. 합성가스는, 기화 반응기에서 회수되는 연료가스를 얻기 위해 기화 반응기 중에서 수증기 존재하에 탄소 연료와 공기 또는 산소 등의 반응성 가스를 가열시킴으로써 생성될 수 있다. 이어서, 합성가스는 수차례의 정화작업을 거쳐, 기화 도중 공급재료로부터 형성되거나 방출되는 여러가지 오염물질들을 제거한다. 이들 물질들은 기화공정 중에 완전히 처리되지 않으면 하류공정 유니트를 쉽게 오염시킬 수 있다.
예를 들면, 합성가스 중에서 흔히 발견되는 물질로는 황화수소, 암모니아, 시안화물 및 탄소와 미량 금속 형태의 미립자들이 포함된다. 공급재료 중의 오염물질의 범위는 공정조건 뿐만 아니라 공급재료의 유형과 이용하는 특수 기화공정에 의하여 정해진다. 여하튼, 이러한 오염물질의 제거는 기화를 실행 가능한 공정으로 만드는데 중요하다. 생성가스가 기화기에서 방출되면, 생성가스는 대부분, 냉각 및 세척기술을 포함하는 세정 공정을 거치며, 여기에서 가스는 세정기에 도입되어 물분무와 접촉하게 되며, 이 물분무는 가스를 냉각시키고, 합성가스로부터 미립자와 이온 성분들을 제거해준다. 이어서, 초기에 냉각된 가스는 생성가스를 이용하기 전에 탈황처리된다.
본 발명은 합성가스로부터 산성가스를 분리하고 생성된 고체를 처리하는 방법이다. 합성가스와 산성가스로 이루어진 혼합물을 상기 산성가스와 반응하는 유체와 접촉시켜 유체에 분산된 미립자 고체의 슬러리와 합성가스를 형성한다. 유체와 미립자 고체로 이루어지는 슬러리는 통상의 분리기나 또는 기타 수단에 의해서 합성가스로부터 분리한다. 이어서, 슬러리를 재생 필터로 여과해서 상기 유체로부터 상기 미립자 고체를 분리한다. 미립자 고체는 역-세척 유체로 역-세척하여 재생 필터로부터 제거되어, 미립자 고체 및 역-세척 유체의 혼합물로 구성되는 펌핑시킬 수 있는 슬러리를 형성한다.
본 명세서에 기재된, "산성가스와 반응하는 유체"는 우선적으로 산성가스를 용해시키는 유체 뿐만 아니라, 산성가스와 반응하는 그 유체안에서 용해되거나, 분산 또는 현탁된 하나 이상의 화합물을 포함하는 유체를 의미한다. 유체 그 자체는 불활성일 수 있다.
본 명세서에 기재된, "산성가스"는 황화수소, 이산화탄소 또는 그들의 혼합물로 이루어진다. 기타 미량의 산성가스도 존재할 수 있다. 유체는 상기 산성가스 중 어느 하나 또는 모두와 반응할 수 있다. 전형적인 유체는 에탄올아민 등의 아민을 포함할 수 있다. 유체는 메탄올 등의 저급 일가 알콜 또는 에틸렌글리콜 등의 다가 알콜과 같은 용매일 수 있다.
본 명세서에 사용된, "합성가스"는 일산화탄소, 수소 및 종종 질소와 같은 불활성가스로 이루어진 기체로 이루어진다.
본 명세서에 사용된, "재생화 필터"는 고체로 채워지고, 부분적으로 막힘으로써 재생될 수 있는 필터를 의미한다. 재생은 일반적으로 필터를 사용에서 제거한 후, 흐름방향을 바꾸고, 필터 표면에서 미립자들을 역세척함으로써 성취된다. 역세척된 물질들은 공정 흐름에서부터 유리하게 단리되는 슬러리이다. 이어서, 충분한 양의 물질들이 역-세척되면, 유동 방향을 다시 바꾸고, 필터는 다시 사용된다.
본 발명은 합성가스로부터 산성가스를 분리하고 생성된 고체를 처리하는 방법이다. 합성가스는, 기화 반응기에서 회수되는 연료 가스를 얻기 위해, 흔히 기화 반응기 중에서 증기 존재하에, 탄소 연료를 공기 또는 산소 등의 반응성 가스와 함께 가열하여 생산할 수 있다. 이렇게 생성된 합성가스는 흔히 산성가스와 같은 오염물질을 함유하고 있다. 합성가스와 산성가스로 구성된 혼합물을 상기 산성가스와 반응하는 유체와 접촉시켜 유체 중에 분산된 미립자 고체와 합성가스를 형성한다. 접촉은 보통, 역류 버블 트레이(counter-current bubble tray) 또는 충전탑 안에서 행하지만, 접촉 장치의 유형은 그다지 중요하지 않으므로 제트세정기, 역제트세정기, 벤튜리 세정기를 포함한 어떠한 유형의 접촉 장치도 사용될 수 있다.
마찬가지로, 산성가스와 반응하는 유체의 유형은 중요하지 않다. 산성가스 제거를 위하여 이 기술 분야에서 잘 알려진 유체, 미립자 그리고 현탁액들이 많다. 예를 들면, 미국특허 제4,039,619호, 미국특허 제4,052,176호, 미국특허 제4,496,371호, 미국특허 제4,769,045호, 미국특허 제5,289,676호, 미국특허 제5,447,702호는 여기에 참조 문헌으로 기재되었다. 상기 유체는 디에탄올아민, 메탄올, N-메틸-피롤리돈, 또는 폴리에틸렌글리콜의 디메틸 에테르와 같은 아민을 포함 할 수 있다. 또한, 상기 유체는 불용성 철, 가성 염, 탄산염, 철 산화물, 니켈, 니켈 산화물, 또는 이들의 조합물을 함유할 수 있다.
유체와 미립자 고체로 이루어진 슬러리는 탑의 분리 영역안에서, 통상적으로 분리기, 또는 기타 수단에 의하여 합성가스로부터 분리된다. 기체에서 슬러리 분리는 이 기술 분야에서 잘 알려져 있다.
이어서, 슬러리를 재생화 여과기로 여과해서 상기 미립자 고체를 상기 유체로부터 분리시킨다. 여과 처리 전에, 슬러리 중 고체 하중을 증가시키기 위하여 침전기 중에서 침전 또는 원심 분리와 같은 예비 농축단계를 갖는 것이 종종 유리하다. 그러나, 슬러리는 예비 농축단계를 거치지 않고도 여과될 수 있다.
슬러리는 필터를 통한 압력강하에 의하여 강제로 여과된다. 필터는 슬러리 중의 고체의 일부분, 종종 70% 이상을 제거한다. 필더는 유체와 가끔 약간의 고체를 통과시키고 접촉기로 재순환 시킨다. 이러한 고체가 필터에 쌓여서 여과케이크를 형성한다. 차압은 필터를 통한 흐름이 손상되는 지점에 이를 때까지 증가한다. 필터가 완전히 막혀 버리기 전의 어느 시점에서, 사용중인 필터를 빼낸다. 산성가스와 반응하는 유체는 비싸기 때문에, 이 유체를 덜 비싼 역-세척 유체로 대체하는 것이 유리해질 수 있다. 산성가스와 반응하는 유체를 공정이 정상적으로 흐르는 방향과 동일한 방향으로 필터를 통해 제거하여, 산성가스와 반응하는 유체에 고체가 실리지 않도록 하는 것이 바람직하다. 산성가스와 반응하는 유체를 대체하는 유체는 중요하지 않다. 산성가스와 반응하는 유체는 물, 탄화 수소, 알콜, 가스, 또는 수증기와 같은 다른 물질로 교체할 수 있다. 산성가스와 반응하는 유체를 역-세척 유체로 교체하는 것이 유리하다.
미립자 고체는 역-세척 유체로 역세척함으로써 재생화 필터로부터 제거되어 미립자 고체와 역-세척 유체 혼합물로 구성된 펌프가능한 슬러리를 형성한다. 이 슬러리는 폐기물로서 처리되거나 기화 반응기로 재순환될 수 있으며, 이 기화 반응기에서 유기물이 기화되고, 미립자들이 유리질화(vitrify)되므로, 모두가 환경적으로 무해하다. 역-세척 유체는 이후의 단계와 양립되어야 한다. 역-세척 유체는 물, 탄화 수소, 알콜, 또는 기타 적합한 유체일 수 있다. 물론, 역-세척 유체로 산성 가스와 반응하는 유체를 사용하는 것이 가장 단순하고, 경제적일 수 있다. 역-세척 유체는 산성 가스와 반응하는 유체와 반드시 혼합될 필요는 없지만 흔히 혼합가능하면 유리하다. 물은 비싸지 않으며, 그 자체가 또 다른 공정의 폐기물 흐름일 수 있으므로, 물을 사용하는 것이 바람직하다.
재생화 필터는 어느 유형의 역-세척 필터도 될 수 있다. 삭 필터(sock filter)는 하나의 바람직한 상업적 구현예이다. 이것은 유체가 유입되고 회수되는 내부 지지체를 덮는 직물 필터이다. 공정 흐름은 삭의 외부에서부터, 삭의 직물을 통하여, 내부 지지체로 흐른다. 고체는 역-세척 되기까지 삭의 외부에 쌓인다.
시스템에 동시에 작동할 수 있는 두 개 이상의 삭을 갖는 것이 바람직하다. 제어 시스템은 한개의 필터를 접속기에서부터 단리시킴으로써 오프라인(off line)으로 배치 할 수 있다. 이어서, 유리하기는, 산성가스와 반응하는 유체를 필터로부터 제거할 수 있다. 최종적으로, 유체는 중심 지지체를 통하여 분사될 수 있으며, 미립자 고체를 충분히 제거할 수 있는 속도로 삭을 통해 외부로 나온다. 이어서, 역-세척 유체는 유리하게 산성 가스와 반응하는 유체로 교체되고, 필터는 다시 사용된다.
슬러리가 펌프될 수 있는 것이 유리하다. 이것은 처리 비용을 줄여주고, 기화 반응기로의 재순환을 쉽게 해준다. 펌프 가능한 슬러리는 기화 반응기로 다시 펌프되는 것이 유리하다. 유체와 유기물은 기화 반응기 중에서 기화된다. 한편, 고체는 유리질화되며, 이것은 고체를 위험하지 않게 처분할 수 있도록 안정화 시킨다.

Claims (12)

  1. 합성가스로부터 산성가스를 분리하는 방법으로, 상기 방법은
    a. 합성가스와 산성가스로 이루어진 혼합물을 상기 산성가스와 반응하는 유체와 접촉시켜 유체에 분산된 미립자 고체와 합성가스를 형성하고,
    b. 상기 합성 가스를 유체와 미립자 고체로 이루어진 슬러리로부터 분리하고,
    c. 상기 미립자 고체를 재생화 필터에 의하여 상기 유체로부터 분리하고,
    d. 상기 재생화 필터로부터 상기 미립자 고체를 역-세척 유체로 역-세척하여 미립자 고체와 역-세척 유체의 혼합물로 이루어진 펌프가능한 슬러리를 형성하고, 그리고
    e. 상기 펌프가능한 슬러리를 기화 반응기로 펌프하는 것으로 이루어지고, 여기서 상기 슬러리는 기화되어 합성가스와 유리질화된 고체를 형성하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 미립자 고체를 상기 유체로부터 2개 이상의 재생화 필터 중 하나 이상의 재생화 필터에 의해 분리하고, 그리고 하나 이상의 재생화 필터가 역-세척되는 동안, 하나 이상의 필터가 산성가스와 반응하는 상기 유체로부터 상기 미립자 고체를 분리하도록, 공정을 조절하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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