KR100653541B1 - 코크스오븐가스(ｃｏｇ)로부터 수소를 제조하는 방법 - Google Patents

코크스오븐가스(ｃｏｇ)로부터 수소를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 코크스오븐가스(COG)로부터 수소를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코크스오븐가스로부터 수소를 제조하는 방법에 있어서, 코크스오븐가스를 나프탈렌스쿠루버에 공급하여 나프탈렌을 제거하는 단계; 상기 나프탈렌이 제거된 코크스오븐가스를 탈황탑에 공급하여 황화수소를 제거하는 단계; 상기 황화수소가 제거된 코크스오븐가스를 압력스윙흡착탑에 공급하여 수소를 분리정제하여 수소 및 청정한 코크스오븐가스로 제조하는 단계; 및 상기 청정한 코크스오븐가스를 스팀개질기로 공급하여 수소를 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 코크스오븐가스로부터 수소를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 코크스오븐가스에 함유된 불순물을 제거하기 위한 운전비용 및 수소제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
코크스오븐가스, 수소, 스팀개질기

Description

코크스오븐가스(ＣＯＧ)로부터 수소를 제조하는 방법{METHOD FOR PREPARATION OF HYDROGEN FROM COKE OVEN GAS}
도 1은 종래 코크스오븐가스(COG)로부터 수소를 제조하는 공정을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 코크스오븐가스(COG)로부터 수소를 제조하는 공정을 나타낸 흐름도이다.
*도면의 주요 부호에 대한 설명*
1:나프탈렌스쿠루버 2:탈황탑
3:압력스윙흡착탑 4:스팀개질기
a:코크스오븐가스 b:고순도 수소
c:잔류가스인 청정한 코크스오븐가스
d:잔류가스 e:스팀
본 발명은 코크스오븐가스(COG)로부터 수소를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코크스오븐가스(COG)에 함유된 불순물을 제거하기 위한 운전비용 및 수소제조비용을 절감할 수 있는 코크스오븐가스(COG)로부터 수소를 제조하는 방법에 관한 것이다.
석탄을 이용하여 건류공정으로 코크스를 제조하는 과정에서 코크스오븐가스(coke oven gas, 이하 'COG'라 함)가 발생하게 된다. 이러한 COG는 부산물로 회수되어 COG에 함유된 나프탈렌 및 황화수소를 제거하고, 수소를 분리정제한 후 탄화수소를 다량 함유한 청정한 COG로 코크스오븐가스 메인배관으로 급송되어 제철소의 단위공정에서의 열원으로 사용된다.
COG로부터 수소를 제조하기 위한 종래 기술은 도 1에 나타난 바와 같다. 코크스오븐가스(a)는 나프탈렌스쿠루버(1)와 탈황탑(2)을 거쳐 코크스오븐가스(a)에 함유된 나프탈렌 및 황화수소를 각각 제거한 후, 압력스윙흡착탑(3)에서 분리정제하여 청정한 COG 및 수소를 제조하는 공정이다.
그러나, 압력스윙흡착탑에서 분리정제된 청정한 COG에는 메탄, 벤젠 및 톨루엔 등과 같은 탄화수소를 함유하고 있어서 이를 수소로 전환하기 위해서는 종래기술의 공정 외에 추가적인 공정이 필요한 실정이다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 코크스오븐가스(COG)에 함유된 불순물을 제거하기 위한 운전비용 및 수소제조비용을 절감할 수 있는 코크스오븐가스로부터 수소를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 코크스오븐가스(COG)로부터 수소를 제조하는 방법에 있어서,
코크스오븐가스를 나프탈렌스쿠루버에 공급하여 나프탈렌을 제거하는 단계;
상기 나프탈렌이 제거된 코크스오븐가스를 탈황탑에 공급하여 황화수소를 제거하는 단계;
상기 황화수소가 제거된 코크스오븐가스를 압력스윙흡착탑에 공급하여 수소를 분리정제하여 수소 및 청정한 코크스오븐가스로 제조하는 단계; 및
상기 청정한 코크스오븐가스를 운전온도가 1,000 내지 1,100 ℃인 스팀개질기로 공급하되, 상기 청정 코크스오븐가스와 스팀의 공급 비율이 2 내지 3이 되도록 공급하여 수소를 제조하는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 코크스오븐가스(COG)로부터 수소를 제조하는 방법을 제공한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 COG로부터 수소를 제조하는 방법은 도 1에 나타낸 종래 기술의 수소제조 공정에 스팀개질기(4)를 더 포함하여 수소를 제조하는 것을 특징으로 한다.
도 2에 본 발명의 COG로부터 수소를 제조하는 공정을 나타내었다. COG(a)를 나프탈렌스쿠루버(1)에 통과시켜 COG(a)에 함유된 나프탈렌을 제거한 후, 상기 나프탈렌이 제거된 COG는 탈황탑(2)을 거쳐 황화수소가 제거된다. 상기 황화수소가 제거된 COG는 압력스윙흡착탑(3)에서 분리정제되어 청정한 COG 및 수소로 제조된다. 상기 청정한 COG는 상부에서 스팀(e)이 도입되는 스팀개질기(4)로 이송하고, 스팀(e)과 청정한 COG의 공급 비율을 조절함으로써 청정한 COG에 함유된 메탄, 벤젠 및 톨루엔 등과 같은 탄화수소가 수소로 전환된다. 상기 전환된 수소는 상부로 분리되고, 잔류가스(d)는 고크스오븐가스 메인 배관으로 공급된다.
상기 스팀개질기에 공급되는 청정한 COG와 스팀의 공급 비율은 2 내지 3인 것이 바람직하다. 상기 공급 비율로 공급하는 경우에는 COG에 함유된 탄화수소가 열분해되어 수소로 전환되는 활성화에너지 값이 최대값을 나타내어 수소전환율이 향상되는 효과가 있다.
상기 스팀개질기의 운전온도는 1,000 내지 1,100 ℃인 것이 바람직하다. 상기 운전온도 범위인 경우에는 스팀개질기에 공급되는 스팀과 탄화수소의 수성가스화 반응이 일어날 수 있는 최적운전조건이므로 수소전환율을 향상시키는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예 에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
COG를 나프탈렌스쿠루버 및 탈황탑에서 COG에 함유된 나프탈렌 및 황화수소를 제거하였다. 상기 황화수소가 제거된 COG를 압력스윙흡착탑에 공급하여 분리정 제하여 청정한 COG 및 수소를 제조하였다. 상기 제조된 청정한 COG를 운전온도가 1,000 ℃인 스팀개질기로 공급하고, 스팀개질기의 상부에서 청정한 COG와 스팀의 비율이 2가 되도록 스팀을 공급하여 상기 청정한 COG로부터 수소를 제조하였다. 상기 스팀개질기에서의 수소전환율(%)을 측정하였다.
실시예 2 및 비교예 1~2
상기 실시예 1에서 청정한 COG와 스팀의 공급 비율을 하기 표 1과 같이 조절한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
구분 공급 비율 수소전환율 (%)
실시예 1 2 71
실시예 2 3 75
비교예 1 1 52
비교예 2 4 64
상기 표 1을 통하여, 청정한 COG와 스팀의 공급 비율이 2 내지 3인 경우, 수소전환율(%)이 우수한 것을 확인할 수 있었다. 이는 청정한 COG에 함유된 탄화수소가 열분해되어 수소로 전환되는 활성화에너지가 최대값을 나타내기 때문이다.
실시예 3 및 비교예 3~4
상기 실시예 1에서 청정한 COG와 스팀의 비율이 3이 되도록 조절하고, 스팀개질기의 운전온도를 하기 표 2와 같이 조절한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
구분 운전온도 (℃) 수소전환율 (%)
실시예 2 1,000 75
실시예 3 1,100 76
비교예 3 900 55
비교예 4 1,200 60
기 표 2를 통하여, 스팀개질기의 운전온도가 1,000 내지 1,100 ℃인 경우, 수소전환율(%)이 우수한 것을 확인할 수 있었다. 상기 온도범위는 스팀개질기에 공급되는 스팀과 탄화수소가 수성가스화 반응하는데 최적운전조건인 것을 확인할 수 있었다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 COG에 함유된 불순물을 제거하기 위한 운전비용 및 수소제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명의 기재된 구체예를 중심으로 상세히 설명하였지만, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

Claims (1)

  1. 코크스오븐가스(COG)로부터 수소를 제조하는 방법에 있어서,
    코크스오븐가스(COG)를 나프탈렌스쿠루버에 공급하여 나프탈렌을 제거하는 단계;
    상기 나프탈렌이 제거된 코크스오븐가스(COG)를 탈황탑에 공급하여 황화수소를 제거하는 단계;
    상기 황화수소가 제거된 코크스오븐가스(COG)를 압력스윙흡착탑에 공급하여 수소를 분리정제하여 수소 및 청정한 코크스오븐가스로 제조하는 단계; 및
    상기 청정한 코크스오븐가스를 운전온도가 1,000 내지 1,100 ℃인 스팀개질기로 공급하되, 상기 청정 코크스오븐가스와 스팀의 공급 비율이 2 내지 3이 되도록 공급하여 수소를 제조하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 코크스오븐가스(COG)로부터 수소를 제조하는 방법.
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