KR102050370B1 - 가스 흐름의 탈황을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 황화수소 함유 가스 흐름(3), 특히 가스 터빈(23)에서의 연소를 위해 사용될 수 있는 가스 흐름을 탈황시키는 방법에 관한 것이고, 여기서 가스 흐름(3)은 황화수소의 흡수 및 원소 황의 형성을 위해 촉매 활성 성분(17)을 함유하는 세정제(7)와 접촉하게 되고, 여기서 촉매 활성 성분(17)은 원소 황의 형성 중에 환원되며, 여기서 환원된 촉매 활성 성분(17)을 함유하는 세정 매체(7)는, 환원된 촉매 활성 성분(17)이 재생 스테이지(11)에 공급되는 산소 함유 가스(19)로 산화됨으로써 다시 전환되는, 재생 스테이지(11)에 공급되고, 여기서 산소 함유 가스(19)는 가스 터빈(23)의 압축기(21)로부터 재생 스테이지(11)에 공급된다. 이 유형의 방법에 의해, 가스 터빈(23)의 압축기(21)로부터의 공기는 가스 흐름의 탈황을 위해 사용되는 세정 매체를 정화시키는 데 사용된다. 본 발명은 또한 이 목적을 위한 적당한 장치(1)에 관한 것이다.

Description

가스 흐름의 탈황을 위한 방법 및 장치
본 발명은 황화수소 함유 가스 스트림, 특히 가스 터빈에서의 연소를 위해 이용가능한 가스 스트림을 탈황시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 게다가 가스 스트림을 탈황시키는 장치에 관한 것이다.
천연 가스는 연소 동안 이산화탄소(CO2)의 배기가 비교적 낮고 다른 폐기물들의 배기가 비교적 낮은 화석 연료이다. 세계에서 가장 중요한 에너지 자원들 중 하나로서의 그의 기여도는 계속해서 증가하고 있다. 원자재 고갈, 끊임없이 증가하는 에너지 요구를 배경으로 그리고 환경 보호의 이유로, 천연 가스의 처리 및 이용은 따라서 효율적이고 저배기(low emission)인 에너지 발생을 위한 매우 유망한 가능성을 나타낸다.
그에 따라, 간단하고 비용 효과적인 방식으로 이와 같이 전기 및 기계 에너지를 발생시킬 수 있기 위해 가스 터빈들에서도 연료 가스로서 천연 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 그렇지만, 원천연 가스(raw natural gas)의 직접적 이용이 지금까지는, 특히 황화수소(H2S)와 같은, 산성 성분들로 인해 제한된 범위에서만 가능하였다. 가스 터빈들의 문제가 없고 에너지 효율적인 운전은 고온 부식을 피하거나 적어도 감소시키기 위해 그리고 또한 황산화물들(SOX)에 관한 전세계적으로 엄격해진 배기 한도들을 준수하기 위해 연료 가스 내의 황 함유량의 제한을 요구한다. 황화수소 함유 연료 가스들 그리고 특히 산성 천연 가스들은 따라서 적절한 처리를 거쳐야만 한다.
가스들로부터 황화수소를 분리시키기 위해, 특정의 가스의 추가 사용을 위해 요구되는 순도들을 보장하기 위해, 스크러빙 매체(scrubbing media)라고도 알려져 있는, 물리적 또는 화학적 흡수 매체(absorption media)가 이용되는 다양한 분리 기법들이 공지되어 있다. 예를 들어, Claus 공정에 의한, 후속하는 H2S 전환(conversion)을 갖는 고전적인 흡수-탈착(absorption-desorption) 방법들에 부가하여, 특히 보다 작은 용량들에 대해 소위 액체 산화환원법(liquid-redox method)들이 이용된다.
이 액체 산화환원법들은 반응 흡수(reactive absorption)의 개념, 즉 흡수와 산화의 조합에 기초한다. 특정의 가스들로부터 황화수소를 분리시키기 위해, 가스는 스크러빙 매체와 접촉하게 되고 가스에 존재하는 황화수소는 스크러빙 매체의 활성 물질에 화학적으로 또는 물리적으로 결합(bond)된다. 황화수소가 제거된 연료 가스는 이어서 가스 터빈에서 연소될 수 있다.
황화수소를 함유하는 스크러빙 매체의 처리가 산화환원제(redox agent)를 통해 차후에 수행되며, 산화환원제는 스크러빙 매체에 존재하는 황화수소를 원소 황(elemental sulfur)으로 전환시키고 따라서 황화수소를 스크러빙 매체로부터 분리시킨다. 산화환원제는 황화수소에 의해 환원된다. 산소 함유 가스와 접촉함으로써, 산화환원제는 재산화(reoxidize)되고 그에 따라 재생(regenerate)된다. 산소 함유 가스의 급송(feeding)은, 예를 들어, 그를 위해 특별히 제공된 송풍기들을 통해 또는 외부에서 공급되는, 미리 압축된 산소 함유 공기로 가스 공급(gassing)하는 것에 의해 수행된다.
본 발명에 의해 다루어지는 제1 문제점은, 통상적으로 사용되는 방법들의 비교하여, 연료 가스의 탈황이 보다 효율적으로 그리고 보다 비용 효과적으로 수행될 수 있게 하는 방법을 제공한다는 것이다.
본 발명에 의해 다루어지는 제2 문제점은 대응하는 방법이 경제적으로 수행가능하게 하는 장치를 특정한다는 것이다.
본 발명에 의해 다루어지는 제1 문제점은, 본 발명에 따라, 황화수소 함유 가스 스트림, 특히 가스 터빈에서의 연소를 위해 이용가능한 가스 스트림을 탈황시키는 방법에 의해 해결되고, 여기서 가스 스트림은 황화수소를 흡수하기 위해 그리고 원소 황의 형성 하에 촉매 활성 성분(catalytically active component)을 함유하는 스크러빙 매체와 접촉되며, 여기서 촉매 활성 성분은 원소 황의 형성 동안 환원되고, 여기서 환원된 촉매 활성 성분을 함유하는 스크러빙 매체는, 환원된 촉매 활성 성분이 재생 스테이지(regeneration stage)에 공급되는 산소 함유 가스로 산화됨으로써 개질(reform)되는, 재생 스테이지에 공급되고, 여기서 산소 함유 가스는 가스 터빈의 압축기(compressor)로부터 재생 스테이지에 공급된다.
본 발명은 가장 높은 에너지 및 경제 효율이 가스 처리 및 처리된 가스를 연소시키기 위해 그에 대응하여 이용되는 가스 터빈으로 이루어진 전체 설비의 최적화를 필요로 한다는 인식으로부터 비롯된 것이다. 그렇지만, 산성 가스 처리와 가스 터빈 운전(gas turbine operation)이 지금까지는 서로 독립적으로 구현된 2개의 공정들을 구성하였다. 따라서, 액체 산화환원 공정을 위한 산화 공기의 필요성이 지금까지는 개별적인 송풍기들 및 대응하는 압축기들에 의해 복잡한 고가의 방식으로 충족되었다.
본 발명은 게다가, IGCC(integrated gasification combined cycle) 발전소들과 관련하여, 가스 터빈의 압축기로부터의 폐공기(waste air)의 이용이 가능하다는 사실을 고려한다. 여기서, 압축기로부터 인출된 공기는, 예를 들어, 가스화기(gasifier)와 같은, 추가의 용도에 공급되고, 따라서 목표한 방식으로 이용된다.
본 발명은 이제 이러한 지식을 가스 스트림을 탈황하는 공정에 이전(transfer)하고, 가스 스트림을 탈황하는 것과 관련하여 가스 터빈 공정/가스 터빈의 압축기로부터 인출가능한 공기를 이용하는 것이 마찬가지로 가능하다는 것을 인식한다. 압축기에 의해 제공되는 공기는 가스 처리/액체 산화환원 공정과 관련하여 촉매 활성 성분을 재생시키는 데 이용가능한 산소를 함유한다. 촉매 활성 성분을 재생시키기 위한 산소 함유 가스는 그에 따라 가스 터빈의 압축기로부터 재생 스테이지에 공급된다.
산소 함유 가스는 특히 재생 스테이지에서의 직접 이용을 가능하게 하는 압력 레벨로 압축기로부터 인출된다. 따라서, 재생 스테이지에 들어가기 전에 산소 함유 가스의 압축 또는 감압(decompression)이 필요하지 않다. 인출된 공기의 압력은 압축기의 기계 공학 설계 및 재생 스테이지의 최적화된 압력 레벨에 의해 결정된다.
환언하면, 관심사는 촉매 활성 성분을 재생시키는 데 요구되는 공기 처리량(air throughput)이, 공정에의 부가의 에너지 투입 없이 달성되는 가스 터빈 공정과 가스 스트림의 탈황 공정의 결합/조합이다. 이 조합은 특히 에너지 효율에 그리고 따라서 전체 공정의 경제적 측면(economy)에 유리한 효과를 갖는다. 가스 터빈들의 압축기들이 높은 에너지 효율들로 작동되기 때문에, 재생 공정의 에너지 효율이 통상적으로 사용되는 공정들에 비해 현저히 개선된다. 게다가, 가스 처리를 위한 별도의 공기 압축기가 요구되지 않기 때문에 비용이 절감된다.
특히, 공급된 산소 함유 가스의 증가된 산소 분압은 개선된 물질 전달(mass transfer)을 가져오고, 따라서 재생 스테이지 내에서의 촉매 활성 성분의 보다 효율적인 재생을 가져오며, 따라서 궁극적으로 황화수소를 전환하는 데 필요한 공기의 양을 감소시키는 것을 가능하게 한다.
가스 처리와 관련하여 압력 레벨을 최적화하는 데 보다 많은 자유도들이 또한 발생한다. 스크러빙 매체로부터 원소 황을 분리시키는 것은 바람직하게는 그를 위해 적절히 구현된 압력 용기(pressure vessel)/플래시 용기(flash vessel)에서의 선행하는 탈기(degassing)에 뒤따른다. 이것은 황 분리를 위해 인출된 스트림/대응하는 현탁액(suspension)에서의 바람직하지 않은 발포(foam)의 형성이 회피될 수 있게 한다.
이용되는 재생 스테이지는, 예를 들어, 촉매 활성 성분과 산소의 반응을 위해 필요한 물질 전달 면적(mass transfer area)을 제공하는 기포탑(bubble column)이다. 스크러빙 매체는 유리하게는 재생 스테이지의 상부에서 재생 스테이지에 공급된다. 바람직하게는 분리될 황화수소가 스크러빙 매체에 흡수되었던 흡수기(absorber)로부터 공급이 수행된다.
촉매 활성 성분에 부가하여, 흡수기를 빠져 나가는 스크러빙 매체는 또한 형성된 원소 황을 함유한다. 상기 황은 바람직하게는 스크러빙 매체가 재생 스테이지에 들어가기 전에 스크러빙 매체로부터 분리된다. 유리한 실시예에서, 분리는 흡수기의 하류에 연결된 압력 용기에서 수행된다. 이 압력 용기로부터, 환원된 촉매 활성 성분, 즉 사용된 촉매(spent catalyst)를 함유하는 스크러빙 매체가 이어서 재생 스테이지에 공급된다.
여기서, 스크러빙 매체는 흡수기에 형성(prevail)된 압력으로 인해 또는 펌프를 사용하여 재생 스테이지의 상부로 전달된다. 스크러빙 매체는 이어서 재생 스테이지를 통해 상부로부터 아래쪽으로, 즉 재생 스테이지의 하부 쪽으로 유동한다. 이용된 스크러빙 매체는 바람직하게는 스크러빙 활성 물질(scrubbing-active substance)로서 아미노산염(amino acid salt)을 함유하는 스크러빙 매체이다.
산소 함유 가스는 유리하게는 재생 스테이지의 하부에서 재생 스테이지에 공급되고, 따라서 스크러빙 매체의 유동 방향(flow direction)과 반대인 유동 방향으로 재생 스테이지를 통해 유동한다.
원소 황을 제공하기 위해 스크러빙 매체에 존재하는 황화수소가 반응하는 것은 촉매 활성 성분을 사용하여 흡수기 내에서 황화물들을 형성하는 것을 통해 진행된다. 여기서, 흡수기 내에서, 황화수소와 스크러빙 매체의 접촉에 의해, 황화물들이 형성되고 황화물들은 이어서 스크러빙 매체에 존재하는 촉매 활성 성분의 환원 하에 원소 황을 형성하기 위해 반응한다.
원칙적으로, 촉매 활성 성분이 스크러빙 매체에 존재하고 그와 함께 순환할 뿐만 아니라 촉매 활성 성분이 그에 부가하여 재생 스테이지 내에도 존재하는 것이 가능하다. 예를 들어, 재생 스테이지에서 고체 입자들이 생각가능하다.
금속염(metal salt)이 촉매 활성 성분으로서 이용되면 바람직하다. 여기서 원칙적으로 복수의 산화 상태들로 존재할 수 있는 금속 이온들을 갖는 금속염들이 적당하다. 철, 망간 또는 구리 금속들의 염들을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 금속염들은 비용 효과적으로 획득 가능하고, 원하는 촉매 특성들을 나타낸다.
각자의 금속염(들)의 용해도(solubility)를 개선시키기 위해, 착물 형성제(complex former)가 첨가되어 있는 스크러빙 매체가 이용되면 유리하다. 착물 형성제는 금속 황화물(MeS)들과 같은 금속 이온들의 침전(precipitation)을 방지한다. 원칙적으로 금속 이온들을 용해 상태로(in solution) 유지할 수 있는 모든 착물 형성제들이 적당하다. EDTA(에틸렌디아민 테트라아세테이트), HEDTA(히드록시에틸에틸렌디아민 테트라아세테이트), DTPA(디에틸렌트리아민 펜타아세테이트) 및/또는 NTA(니트릴 트리아세테이트)를 이용하는 것이 바람직하다.
원소 황을 형성하기 위해 황화수소를 산화시키는 것은 원칙적으로 금속 이온의 환원 하에 수행된다. 예로서, 비교적 복잡한 철(III) 이온들을 촉매 활성 성분으로서 함유하는 스크러빙 매체에서, 용해 상태로 있는 Fe(III) 이온들과 황화수소(H2S)의 반응은 원소 황(S) 및 Fe(II) 이온들을 형성한다. Fe(III) 이온들은 따라서 황화수소와의 반응에 의해 환원되고, 황화수소는 황을 제공하기 위해 산화된다.
황은 고체로서 석출(precipitate out)되고 Fe(II) 이온들은 용해 상태로 남아있게 된다. Fe(II) 이온들을 용해 상태로 유지하고 황화철(FeS)의 형성을 방지하기 위해, 스크러빙 매체는 앞서 기술된 바와 같이 착물 형성제가 첨가되어 있고 Fe(II) 이온들은 따라서 킬레이트 착물(chelate complex)들의 형태로 마스킹된 상태(masked state)로 스크러빙 매체에 존재한다.
촉매 활성 성분의 개질은 가스 터빈의 압축기로부터 인출되어 재생 스테이지 내로 유입(influx)되는 산소 함유 가스로 산화시키는 것에 의해 수행된다. 스크러빙 매체와 산소 함유 가스의 접촉 동안, 가스 중에 존재하는 산소는 기상(gas phase)으로부터 액상(liquid phase)으로 전환(transfer)되고, 즉 스크러빙 매체 내로 전달(transfer)된다. 황 형성 동안 이전에 환원된 금속 이온의 산화는 액상에서 - 예를 들어, 앞서 기술된 바와 같이, Fe(II) 이온들로부터 Fe(III) 이온들로 - 수행되고 따라서 상기 이온들이 산화에 의해 황화수소를 원소 황으로서 분리시키기 위해 한번 더 이용가능하게 된다.
촉매 활성 성분의 가장 완전한 재생을 보장하기 위해, 재생 스테이지 내로 들어가는 산소의 과잉 - 산화될 촉매 활성 성분의 양에 기초함 - 이 바람직하게는 계량된다. 촉매 활성 성분의 양에 대한 공급된 산소의 양의 비가 1 초과이도록, 재생 스테이지에 공급되는 산소 함유 가스의 양이 계량되는 것이 바람직하다. 계량된 산소의 양을 고려하여, 산소의 과잉이 존재하는 경우, 초화학량론적 반응(superstoichiometric reaction)이 따라서 문제가 된다.
본 발명의 추가의 유리한 실시예에서, 산소 함유 가스는 재생 스테이지에 들어가기 전에 냉각된다. 산소 함유 가스의 냉각 동안 방출(liberate)되는 열이 바람직하게는 추가로 이용된다. 산소 함유 가스의 냉각 동안 방출되는 열이 이용된 스크러빙 매체의 처리를 위한 처리 장치(treatment apparatus)에 공급되면 특히 바람직하다. 대안적으로 또는 그에 부가하여, 본 발명은 방출된 열을 탈황 공정에 급송하는 것을 제공한다.
특히 유리한 실시예에서, 촉매 활성 성분의 재생 동안 형성된 폐공기는 가스 터빈의 압축기 내로 재순환된다. 폐공기는 촉매 활성 성분의 산화 동안 반응된 산소가 고갈되고(depleted) 또한 적은 양의 혼입된 스크러빙 매체(entrained scrubbing medium) 및 추가의 탈기 생성물들을 함유할 수 있는 폐공기 스트림이다.
재생 스테이지로부터의 폐공기가 가스 터빈의 연소 공정을 통과할 때, 원하지 않는 배기물들이 감소된다. 폐공기 스트림은 바람직하게는 재생 스테이지의 상부에서 재생 스테이지로부터 인출된다. 여기서 임의로 열 교환기에 의한 폐공기 스트림의 냉각이 구현될 수 있다. 대안의 실시예에서, 폐공기 스트림이 블로오프(blow off)된다.
재생된 스크러빙 매체는 유리하게는 재생 스테이지의 하부에서 인출된다. 여기서 스크러빙 매체는 재생된 촉매 성분 그리고 바람직하게는 5 중량% 이하의 고체, 즉 황을 함유한다. 여과를 위해 방향전환(divert)된 스트림이 극히 적을 수 있지만 필요한 양의 형성된 황을 여전히 배출할 수 있다. 재생된 스크러빙 매체는 유리하게는 재생 스테이지로부터 흡수기 내로 전달된다. 그곳에서, 재생된 스크러빙 매체는, 특히 산성 천연 가스로부터, 황화수소를 흡수하기 위해 한 번 더 이용된다.
환원된 촉매 활성 성분을 함유하는 스크러빙 매체는 바람직하게는, 재생 스테이지에 급송되기 전에, 압력 용기, 소위 플래시 용기에 공급된다. 압력 용기는 바람직하게는 흡수기와 재생 스테이지 사이에 유체적으로 개재되어(fluidically interposed) 있다. 스크러빙 매체는 압력 용기 내에서 탈기된다.
원소 황을 함유하는 탈기된 스크러빙 매체의 스트림이 압력 용기로부터 인출되어 압력 용기에 유체적으로 연결된(fluidically connected) 분리 유닛에 공급되면 바람직하다. 분리 유닛에서, 스크러빙 매체에 존재하는 황이 스크러빙 매체로부터 분리된다. 분리 유닛 - 스크러빙 매체에 대한 처리 장치의 일부임 -으로서, 예를 들어, 여과 유닛 또는 사이클론(cyclone)이 이용될 수 있다. 고체가 제거된 스크러빙 매체는 또다시 재생 스테이지에 공급된다.
본 발명에 의해 다루어지는 제2 문제점은, 본 발명에 따라, 황화수소 함유 가스 스트림, 특히 가스 터빈에서의 연소를 위해 이용가능한 연료 가스 스트림을 탈황시키는 장치에 의해 해결되고, 본 장치는 촉매 활성 성분을 함유하는 스크러빙 매체에 의한 원소 황의 형성 하에 가스 스트림으로부터 황화수소를 흡수하는 흡수기 및 흡수기에 유체적으로 연결된, 황 형성 동안 환원된 촉매 활성 성분을 재생시키는 재생 스테이지를 포함하고, 여기서 재생 스테이지는 산소 함유 가스를 급송하기 위해, 가스 터빈의 압축기의 배출 도관(discharge conduit)에 유체적으로 연결되는 투입 공기 급송부(input air feed)를 포함한다.
가스 터빈의 압축기의 배출 도관이 재생 스테이지의 투입 공기 급송부에 유체적으로 연결되는 것으로 인해, 가스 터빈의 압축기로부터 인출된 공기는 재생 스테이지 내로 유동하고, 따라서 가스 스트림을 탈황시키기 위해 요구된 산소 유동을 제공한다. 이러한 장치는 가스 탈황 및 가스 터빈 운전의 간단하고 비용 효과적이며 경제적으로 효율적인 공정 조합을 가능하게 한다.
스크러빙 매체로부터 원소 황을 분리시킨 후에, 사용된 촉매 활성 성분(spent catalytically active component)들을 함유하는 스크러빙 매체는 재생 스테이지와 흡수기의 유체적 연결을 통해 흡수기로부터 재생 스테이지에 공급된다. 흡수기는 바람직하게는 배출 도관을 통해 재생 스테이지의 급송 도관(feed conduit)에 결합된다. 스크러빙 매체를 계량하기 위한 재생 스테이지의 급송 도관은 바람직하게는 재생 스테이지의 상부에 연결된다.
산소 함유 가스를 급송하기 위해, 재생 스테이지의 투입 공기 급송부가 바람직하게는 재생 스테이지의 하부에 연결된다. 투입 공기 급송부는, 예를 들어, 재생 스테이지에서 하나 이상의 개구부들의 형태로 구현될 수 있고, 촉매 활성 성분을 재생시키기 위해 요구된 산소 유동의 공기 급송(air feeding)을 가능하게 한다.
스크러빙 매체에 흡수된 황화수소를 원소 황으로 전환시키는 데 이용되는 촉매 활성 성분이 금속염이면 바람직하다.
이용되는 스크러빙 매체 자체는 바람직하게는 아미노산염 수용액(aqueous amino acid salt solution)이다. 촉매 활성 성분은 유리하게는 스크러빙 매체와 혼합(admix)되어 있다. 스크러빙 매체는 유리하게는 마찬가지로 이전에 금속 이온들을 마스킹하기 위한 착물 형성제이다.
촉매 활성 성분의 양에 대한 촉매 활성 성분을 개질시키기 위해 재생 스테이지에 공급되는 산소의 양의 비는 유리하게는 1 초과이다. 이것은 촉매 활성 성분의 완전한 재생을 보장한다.
투입 공기 급송부는 유리하게는 열 교환기를 포함하는 급송 도관으로서 구현된다. 급송 도관은 유리하게는 재생 스테이지에 연결되고 바람직하게는 가스 터빈의 압축기의 배출 도관에 유체적으로 연결된다.
압축기로부터 인출된 산소 함유 가스는 열 교환기에 의해 냉각된다. 이와 같이 방출된 열은 바람직하게는 다른 방식으로 이용된다. 이를 위해, 열 교환기는 바람직하게는 스크러빙 매체에 대한 처리 장치에 열적으로 결합된다(thermally coupled). 대안적으로 또는 그에 부가하여, 방출된 열은 탈황 공정에 결합될 수 있다.
가스 터빈의 압축기에 유체적으로 연결되는 폐공기 도관(waste air conduit)이 재생 스테이지에 연결되면 특히 바람직하다. 폐공기 도관을 통해, 촉매 활성 성분의 재생 동안 형성된 폐공기가 가스 터빈의 압축기 내로 재순환된다. 폐공기 도관은 유리하게는 재생 스테이지의 상부에 연결된다. 가스 터빈의 압축기에 폐공기를 공급하기 위해, 폐공기 도관은 바람직하게는 가스 터빈의 압축기의 급송 도관에 유체적으로 연결된다.
추가의 유리한 실시예에서, 재생된 스크러빙 매체를 위한 배출 도관은 재생 스테이지에 연결된다. 재생된 스크러빙 매체는 재생 스테이지에서 재생된 촉매 활성 성분을 함유하는 스크러빙 매체를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 재생 스테이지가 배출 도관을 통해 흡수기에 유체적으로 연결되면 바람직하다. 재생된 스크러빙 매체는 이와 같이 또다시 흡수기에 공급된다. 이를 위해, 재생 스테이지의 배출 도관은 유리하게는 흡수기의 급송 도관에 결합된다. 스크러빙 매체는 그에 따라 순환된다.
본 방법의 바람직한 실시예들에 대해 열거된 장점들이 장치의 대응하는 실시예들에 유사하게 적용된다.
본 발명의 일 실시예가 이하에서 도면을 참조하여 보다 상세히 설명된다.
도 1은 가스 스트림(3), 특히 가스 터빈에 대한 연료 가스 스트림을 탈황시키는 장치(1)를 도시하고 있다. 가스 스트림(3)은 흡수기(5) 내에서 스크러빙 매체(7)인 아미노산염 수용액과 접촉하게 된다. 흡수기(5) 내에서, 가스 스트림(3)에 존재하는 황화수소가 스크러빙 매체(7)에 흡수된다. 황화수소가 제거된 가스는 배출 도관(8)을 통해 흡수기(5)로부터 인출되어 가스 터빈 공정에서의 연소에 공급된다.
흡수기(5)에 연결된 추가의 배출 도관(9)을 통해, 스크러빙 매체(7)가 재생 스테이지(11)에 공급된다. 이를 위해, 흡수기(5)에 연결된 배출 도관(9)은 재생 스테이지(11)의 급송 도관(13)에 유체적으로 연결된다. 급송 도관(13)은 재생 스테이지(11)의 상부(15)에 연결된다.
흡수기(5)에서 이용되는 스크러빙 매체(7)는 촉매 활성 성분(17)을 함유한다. 스크러빙 매체(7) 내에서 황화수소를 흡수하는 동안, 흡수기(5)에서 원소 황을 제공하기 위해 촉매 활성 성분(17)의 존재로 인해 이미 반응하는 황화물들이 형성된다. 이 경우에 착화된 철(III) 이온들인, 촉매 활성 성분(17)이 따라서 환원된다. 황은 고체로서 석출되고, 환원에 의해 형성된 Fe(II) 이온들은 용해 상태로 남아 있으며 스크러빙 매체에 첨가된 EDTA 착물 형성제에 의해 마스킹된다. 사용된 촉매 활성 성분(17) 및 원소 황을 함유하는 스크러빙 매체(7)는 따라서 배출 도관(9)을 통해 흡수기(5)로부터 배출된다.
촉매 활성 성분(17)을 개질시켜 이를 촉매로서 또다시 사용할 수 있게 하기 위해, 원소 황 및 Fe(II) 이온들을 함유하는 스크러빙 매체(7)가 재생 스테이지(11)에 공급된다. 재생 스테이지(11) 내로 들어가는 가스 터빈(23)의 압축기(21)로부터 인출된 산소 함유 가스(19)가 계량된다.
산소 함유 가스(19)의 급송은 압축기(21)의 배출 도관(25)과 급송 도관으로서 구현되는 재생 스테이지(11)의 투입 공기 급송부(27)의 연결을 통해 수행된다. 투입 공기 급송부(27)는 재생 스테이지(11)의 하부(29)에 구현된다. 가스 터빈(23)의 압축기(21)의 배출 도관(25)과 재생 스테이지(11)의 급송 도관(27)의 유체적 연결을 통해, 압축기(21)로부터 인출된 공기(19)가 재생 스테이지(11) 내로 유동할 수 있고 따라서 촉매 활성 성분들(17)의 산화를 위해 요구된 산소 유동을 제공할 수 있다.
산소 함유 가스(19), 즉 가스 터빈(23)으로부터 인출된 공기는 재생 스테이지(11)의 하부(29)로부터 상기 스테이지 내로의 급송 도관(27)을 통해 스크러빙 매체(7)의 유동 방향(31)과 반대인 유동 방향(33)으로 유입된다. 재생 스테이지(11) 내로 들어가기 전에 가스(19)를 냉각시키는 열 교환기(35)가 급송 도관(27)에 배치된다. 이와 같이 형성된 열은, 예를 들어, 스크러빙 매체(7)에 대한 처리 공정에서 이용될 수 있다.
촉매 활성 성분(17)의 개질은 스크러빙 매체(7)와 산소 함유 가스(19)의 접촉에 의해 수행된다. 이것은 가스(19)에 존재하는 산소를 기상으로부터 액상으로 전환시키고, 즉 스크러빙 매체(7)로 전달한다. 황 형성 동안 이전에 환원된 Fe(II) 이온들이 Fe(III) 이온들로 산화되는 것은 액상에서 수행된다. Fe(III) 이온들은 스크러빙 매체(7)에 존재하는 황화수소의 분리를 위해 한 번 더 이용가능하다.
재생 스테이지(11)에 들어가기 전에, 스크러빙 매체(7)가 압력 용기(34)에 공급된다. 압력 용기(34)는 스크러빙 매체(7)를 재생 이전에 탈기시키는 역할을 한다. 압력 용기(34)는 흡수기(5)와 재생 스테이지(11) 사이에 유체적으로 개재되고 스크러빙 매체(7)로부터 원소 황을 분리시키는 데 필요한 압력 레벨을 제공한다.
압력 용기(34)의 하부(36)에 연결된 인출 도관(withdrawal conduit)(37)을 통해, 원소 황이 현탁액(39) 형태의 스크러빙 매체(7)의 일부와 함께 인출되어 분리 유닛(41)에 공급된다. 공정으로부터 배출되는 황의 양은 흡수기(5)에서 단위 시간당 형성된 양이다. 이 경우 여과 유닛으로서 구현되는 분리 유닛(41) 내에서, 황이 스크러빙 매체(7)로부터 완전히 분리되어 공정으로부터 제거된다. 남아 있는 스크러빙 매체(7)는 처리 장치(43)에 공급되고 거기에서 최종 정화(final purification)를 거친다.
압력 용기(34)로부터, 마찬가지로 그의 하부(36)에서, 현탁액(39)의 인출에 의해 황이 제거되고 탈기된 스크러빙 매체(7)가 추가의 인출 도관(45)을 통해 인출되어 재생 스테이지(11)에 전달된다. 이를 위해, 압력 용기(34)의 인출 도관(45)은 재생 스테이지(11)의 급송 도관(13)에 유체적으로 연결된다.
처리 장치(43)는 또한 압력 용기의 인출 도관(45)에 그리고 재생 스테이지(11)의 급송 도관(13)에 유체적으로 연결되는 재순환 도관(recycling conduit)(47)에 추가로 연결된다. 처리된 스크러빙 매체(7)는 그에 의해 재생 스테이지(11)에 공급된다.
재생 스테이지(11) 내에서 촉매 활성 성분(17)의 재생 동안 형성된 폐공기(49)는 가스 터빈(23)의 압축기(21) 내로 재순환된다. 이를 위해, 압축기(21)의 급송 도관(53)에 연결된 폐공기 도관(51)은 재생 스테이지(11)의 상부(15)에서 재생 스테이지(11)에 연결된다. 폐공기(49)는 촉매 활성 성분(17)의 산화 동안 산소가 고갈된 폐공기 스트림이고 이는 이어서 가스 터빈(23)의 연소 공정을 통과한다.

Claims (20)

  1. 황화수소 함유 가스 스트림(3)을 탈황시키는 방법이며,
    상기 가스 스트림(3)은 상기 황화수소를 흡수하기 위해 그리고 원소 황의 형성 하에 촉매 활성 성분(catalytically active component)(17)을 함유하는 스크러빙 매체(scrubbing medium)(7)와 접촉되며, 상기 촉매 활성 성분(17)은 상기 원소 황의 형성 동안 환원되고, 상기 환원된 촉매 활성 성분(17)을 함유하는 상기 스크러빙 매체(7)는, 상기 환원된 촉매 활성 성분(17)이 재생 스테이지(regeneration stage)(11)에 공급되는 산소 함유 가스(19)로 산화됨으로써 개질(reform)되는, 상기 재생 스테이지(11)에 공급되고, 상기 산소 함유 가스(19)는 가스 터빈(23)의 압축기(compressor)(21)로부터 상기 재생 스테이지(11)에 공급되고,
    상기 재생 스테이지(11) 내에서 상기 촉매 활성 성분(17)의 재생 동안 형성된 폐공기(49)는 상기 가스 터빈(23)의 상기 압축기(21) 내로 재순환되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 스크러빙 매체(7)는 상기 재생 스테이지의 상부(15)에서 상기 재생 스테이지에 공급되는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산소 함유 가스(19)는 상기 재생 스테이지(11)의 하부(29)에서 상기 재생 스테이지(11)에 공급되는, 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 촉매 활성 성분(17)으로서 금속염(metal salt)이 이용되는, 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 촉매 활성 성분(17)의 양에 대한 상기 공급된 산소의 양의 비가 1 초과이도록, 상기 재생 스테이지(11)에 공급되는 상기 산소 함유 가스(19)의 양이 계량되는, 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산소 함유 가스(19)는 상기 재생 스테이지(11)에 들어가기 전에 냉각되는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 산소 함유 가스(19)의 냉각 동안 방출되는 열이 상기 스크러빙 매체(7)의 처리를 위한 처리 장치(treatment apparatus)(43)에 공급되는, 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 촉매 활성 성분(17)의 재생 동안 형성된 폐공기(49)는 상기 가스 터빈(23)의 상기 압축기(21) 내로 재순환되는, 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 재생된 스크러빙 매체(7)는 상기 재생 스테이지(11)로부터 인출(withdraw)되는, 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 재생된 스크러빙 매체(7)는 상기 재생 스테이지(11)로부터 흡수기(absorber)(5) 내로 전달되는, 방법.
  11. 황화수소 함유 가스 스트림(3)을 탈황시키는 장치(1)이며,
    - 촉매 활성 성분(17)을 함유하는 스크러빙 매체(7)에 의한 원소 황의 형성 하에 상기 가스 스트림(3)으로부터 황화수소를 흡수하는 흡수기(5),
    - 상기 흡수기(5)에 유체적으로 연결된, 황 형성 동안 환원된 상기 촉매 활성 성분(17)을 재생시키는 재생 스테이지(11), 및
    - 압축기(21)를 포함하는 가스 터빈(23)을 포함하고, 이때 상기 재생 스테이지(11)는 산소 함유 가스(19)를 급송(feeding)하기 위해, 가스 터빈(23)의 압축기(21)의 배출 도관(discharge conduit)(25)에 유체적으로 연결되는 투입 공기 급송부(input air feed)(27)를 포함하고,
    상기 재생 스테이지(11) 내에서 상기 촉매 활성 성분(17)의 재생 동안 형성된 폐공기(49)는 상기 가스 터빈(23)의 상기 압축기(21) 내로 재순환되는, 장치(1).
  12. 제11항에 있어서, 상기 재생 스테이지(11)의 상부(15)에는 상기 스크러빙 매체(7)에 대한 급송 도관(feed conduit)(13)이 연결되는, 장치(1).
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 투입 공기 급송부(27)는 상기 재생 스테이지(11)의 하부(29)에 연결되는, 장치(1).
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 촉매 활성 성분(17)으로서 금속염이 이용되는, 장치(1).
  15. 제11항 또는 제12항에 있어서, 촉매 활성 성분(17)의 양에 대한 상기 재생 스테이지(11)에 공급되는 산소의 양의 비는 1 초과인, 장치(1).
  16. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 투입 공기 급송부(27)는 열 교환기(35)를 포함하는 급송 도관으로서 구현되는, 장치(1).
  17. 제16항에 있어서, 상기 열 교환기(35)는 처리 장치(43)에 결합되는, 장치(1).
  18. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 재생 스테이지(11)에는 상기 가스 터빈(23)의 상기 압축기(21)에 유체적으로 연결되는 폐공기 도관(waste air conduit)(49)이 연결되는, 장치(1).
  19. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 재생 스테이지(11)에는 상기 스크러빙 매체(7)에 대한 인출 도관(withdrawal conduit)(37)이 연결되는, 장치(1).
  20. 제19항에 있어서, 상기 재생 스테이지(11)는 상기 인출 도관(37)을 통해 상기 흡수기(5)에 유체적으로 결합되는, 장치(1).
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