KR102292426B1 - Simultaneous separation method of hydrogen and carbon dioxide after WGS during the synthesis gasification process of petroleum coke for hydrogen production - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수소생산을 위한 석유코크스 합성가스화 공정 중 WGS 후단의 수소 및 이산화탄소 동시 분리 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 본 발명은 석유코크스의 가스화를 통해서 생성된 일산화탄소를 포함하는 가스 및 스팀을 포함하는 반응가스를 공급하여 고온촉매 및/또는 저온촉매와 반응시켜 수소로 전환시킨 합성가스를 고농도의 수소 및 이산화탄소를 연속적으로 동시에 분리하는 수소생산을 위한 석유코크스 합성가스화 공정 중 WGS 후단의 수소 및 이산화탄소 동시 분리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for simultaneous separation of hydrogen and carbon dioxide at the rear end of WGS in a petroleum coke syngasification process for hydrogen production, and more particularly, the present invention includes a gas and steam containing carbon monoxide generated through gasification of petroleum coke Hydrogen and carbon dioxide at the rear end of WGS during the petroleum coke syngasification process for hydrogen production that continuously and simultaneously separates high-concentration hydrogen and carbon dioxide from syngas converted into hydrogen by reacting with a high-temperature catalyst and/or low-temperature catalyst It relates to a simultaneous separation method.
21세기 주요 에너지원은 천연가스, 전기, 초청정 연료유와 더불어 수소가 대세로서 재생가능에너지원 전기와 CO2의 고부가가치 가스화/연료화가 부각되고 있고 청정하면서 사용이 용이한 가스/액체연료유 사용 확대가 예상되며 특히 수소 에너지원을 저렴하게 확보하여야 할 필요성이 크지만 아직 경제성 미확보로 기술개발과 실증이 요구되고 있다.In the 21st century, hydrogen is the main energy source along with natural gas, electricity, and ultra-clean fuel oil, and the high value-added gasification/fuelization of renewable energy sources electricity and CO2 is emerging. Clean and easy-to-use gas/liquid fuel oil is used. Expansion is expected and there is a great need to secure hydrogen energy sources at a low cost, but technology development and demonstration are required because economic feasibility is not yet secured.
특히, 수소의 생산방향 측면에서 화석연료인 중유, 천연가스를 개질하거나 제철소 또는 정유화학 공정중에서 발생하는 부생수소를 에너지원으로 하는 그레이(Gray) 수소 기술, 미활용에너지원인 저급석탄, 석유코크스, 바이오매스, 폐기물등을 이용하여 합성가스를 생산하고 이를 개질하여 수소를 생산하는 블루(Blue) 수소 기술 및 재생가능한 에너지원을 이용하여 물이 전기분해를 통해 수소를 생산하는 그린(Green) 수소 기술로 통상적으로 분류할 수 있다.In particular, in terms of the production direction of hydrogen, gray hydrogen technology, which uses by-product hydrogen generated during reforming of fossil fuels such as heavy oil and natural gas or steel mills or refining and chemical processes, as an energy source, low-grade coal, petroleum coke, bio Blue hydrogen technology, which produces syngas using mass and waste, and reforms it to produce hydrogen, and green hydrogen technology that produces hydrogen through electrolysis of water using a renewable energy source. can be classified normally.
이에 실증화 단계가 아닌 그린 수소 기술로 진입하기 전에 시장에서 요구하는 수소생산을 위한 블루수소 기술의 개발은 필요할 것으로 판단되며, 수소생산 플랜트 및 합성가스 플랜트 시장의 지속 성장이 예상되고 장기적으로는 수소 플랜트, 단기적으로는 청정합성가스 플랜트가 해외수출 플랜트 시장에서 핵심분야로 판단되며 국내의 경우 자체 합성가스 시장도 크고 수소도시, 수소연료전지자동차 등 수소시장이 급속 성장할 것으로 예상되고 있으므로 실증, 사업화, 해외수출, 국부창출의 플랜트 기술투자 정책에 적합한 분야로 판단된다.Therefore, it is judged that it is necessary to develop blue hydrogen technology for hydrogen production required by the market before entering green hydrogen technology rather than the demonstration stage. Plant, in the short term, clean syngas plants are considered to be a key sector in the overseas export plant market. It is judged to be a suitable field for the plant technology investment policy of overseas export and creation of national wealth.
한국 공개특허공보 제2009-0005508호에서는 원료 공급관과 연결된 다수개의 흡착탑과, 상기 흡착탑에서 정제된 수소가 포집되는 수소 저장조와, 상기 각 흡착탑에 연결된 다수의 관들을 개폐하는 밸브로 이루어진 압력변동흡착장치에 있어서, 상기 흡착탑은, 그 내부에 상기 원료 공급관을 통해 공급되는 수소 혼합기체에 포함되어 있는 이산화탄소와 메탄 및 일산화탄소의 제거가 가능한 활성탄과 제올라이트 13X, 제올라이트 5A 및 제올라이트 5A가 아닌 이산화탄소 선택성 흡착제의 흡착제가 다층 구조로 충진되고, 상기 흡착탑 내의 흡착제에 순차적으로 흡착되어 배출되는 수소 중에 일산화탄소 함유량을 최소로 하는 압력변동흡착장치를 이용한 수소 정제 방법에 대한 기술이 개시되어 있으나, 합성가스내 수소와 이산화탄소를 연속적으로 동시에 고농도로 분리하는 방법에 대한 기술은 개시된 바 없다. In Korean Patent Laid-Open Publication No. 2009-0005508, a pressure swing adsorption device comprising a plurality of adsorption towers connected to a raw material supply pipe, a hydrogen storage tank in which hydrogen purified in the adsorption tower is collected, and a valve for opening and closing a plurality of pipes connected to each adsorption tower In the above, the adsorption tower is an adsorbent of a carbon dioxide selective adsorbent other than activated carbon and zeolite 13X, zeolite 5A and zeolite 5A capable of removing carbon dioxide, methane and carbon monoxide contained in the hydrogen mixture gas supplied through the raw material supply pipe therein is filled in a multi-layer structure, is sequentially adsorbed by the adsorbent in the adsorption tower, and a technology for a hydrogen purification method using a pressure swing adsorption device that minimizes the carbon monoxide content in the discharged hydrogen is disclosed, but hydrogen and carbon dioxide in the synthesis gas are disclosed. There is no technology disclosed for a method of continuously and simultaneously separating at a high concentration.
종래의 대부분 수소정제 공정은 수증기를 이용한 메탄의 개질반응기에 대한 배출기체에 의한 압력변동흡착법을 적용하여 이루어지고 있으며 통상적인 압력변동흡착(PSA) 공정은 흡착제(adsorbent)에 대한 흡착질(adsorbate)의 흡착선택도(adsorptive selectivity) 차이를 이용하여 혼합기체를 분리하는 것으로서, 약흡착성분과 강흡착성분을 분리하는 흡착 단계는 대개 높은 압력에서 이루어지게 되며, 흡착탑의 압력을 낮춤으로써 흡착된 성분을 탈착시켜 흡착제를 재생한다.Most of the conventional hydrogen refining processes are made by applying the pressure swing adsorption method by the exhaust gas to the reforming reactor of methane using water vapor. As a method of separating a gas mixture using a difference in adsorbent selectivity, the adsorption step of separating the weakly adsorbed component and the strong adsorbed component is usually performed at high pressure, and the adsorbed component is desorbed by lowering the pressure of the adsorption tower. to regenerate the adsorbent.
상기 흡착제를 충분히 재생하기 위해서는 고순도의 약흡착 성분으로 저압에서 세정하고, 흡착 압력으로 가압하기 위해서는 원료 기체나 수소 제품을 사용하며 수소 정제를 위한 압력변동식흡착법은 흡착단계-향류감압단계-세정단계-축압단계 등을 기본적으로 하는 공정으로 이루어진다. 그러나, 이와 같은 공정만을 적용할 경우 수소 제품 뿐만 아니라 흡착 장치에 대한 기계적 에너지의 회수율이 낮아지게 된다. In order to sufficiently regenerate the adsorbent, it is washed at low pressure with a high-purity weak adsorption component, and a raw material gas or hydrogen product is used to pressurize the adsorption pressure. It consists of a process that basically includes an accumulating step, etc. However, when only such a process is applied, the recovery rate of mechanical energy not only for hydrogen products but also for the adsorption device is lowered.
또한, 기존 합성가스에서 수소 분리를 위한 PSA 공정에서는 수소를 분리 생산하고 나머지 테일가스는 대기중에 방출하거나 소각 또는 리사이클링하는 형태로 공정을 운영하였다. 따라서, 본 발명의 기술분야의 석유코크스를 가스화한 후, 수성가스전환반응(Water gas shift reaction)을 통해 수소와 이산화탄소가 주성분인 합성가스를 1단계 수소 PSA공정을 적용하여 분리하는 것을 적절하지 않으며, 공정 효율 및 운영측면에서도 적절하지 않다. In addition, in the PSA process for hydrogen separation from the existing syngas, hydrogen was produced separately and the remaining tail gas was discharged to the atmosphere, incinerated, or recycled. Therefore, after gasifying petroleum coke in the technical field of the present invention, it is not appropriate to apply a one-step hydrogen PSA process to separate syngas containing hydrogen and carbon dioxide as main components through a water gas shift reaction. However, it is not appropriate in terms of process efficiency and operation.
따라서, 석유코크스를 대상으로 가스화를 통한 합성가스를 생산하고, 생산된 합성가스 중 일산화탄소를 수소와 이산화탄소로 전환시킨 합성가스를 연속적으로 고농도로 분리하기 위한 공정 방법에 대한 연구는 제시된 바가 없다.Therefore, there has been no research on a process method for producing syngas through gasification for petroleum coke and for continuously separating syngas converted from carbon monoxide into hydrogen and carbon dioxide at a high concentration among the produced syngas.
상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 주된 목적은 석유코크스의 가스화를 통해서 생성된 일산화탄소를 포함하는 가스 및 스팀을 포함하는 반응가스를 공급하여 고온촉매 및/또는 저온촉매와 반응시켜 수소로 전환시킨 합성가스를 고농도의 수소 및 이산화탄소를 연속적으로 동시에 분리하는 수소생산을 위한 석유코크스 합성가스화 공정 중 WGS 후단의 수소 및 이산화탄소 동시 분리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The main object of the present invention to solve the problems of the related art as described above is to supply a gas containing carbon monoxide generated through gasification of petroleum coke and a reaction gas containing steam to react with a high-temperature catalyst and/or a low-temperature catalyst. An object of the present invention is to provide a method for simultaneous separation of hydrogen and carbon dioxide at the rear end of WGS during the petroleum coke syngasification process for hydrogen production in which syngas converted into hydrogen is continuously and simultaneously separated from high concentrations of hydrogen and carbon dioxide.
또한, 석유코크스를 대상으로 가스화를 통한 합성가스를 생산하고, 생산된 합성가스 중 일산화탄소를 수소와 이산화탄소로 전환시킨 합성가스를 연속적으로 고농도로 분리할 수 있는 수소생산을 위한 석유코크스 합성가스화 공정 중 WGS 후단의 수소 및 이산화탄소 동시 분리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, during the petroleum coke syngasification process for hydrogen production, which can produce syngas through gasification for petroleum coke, and continuously separate syngas converted from carbon monoxide into hydrogen and carbon dioxide at a high concentration among the produced syngas An object of the present invention is to provide a method for simultaneous separation of hydrogen and carbon dioxide after WGS.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 합성가스에서 순도 99% 이상의 수소 및 이산화탄소를 연속적으로 분리하기 위한 방법으로서, 상기 합성가스가 공급배관(100)을 통해 상기 합성가스 중 수소를 제외한 성분들을 선택적으로 흡착할 수 있는 복수의 제1흡착제가 충진된 제1흡착탑(110) 또는 제2흡착탑(120)을 통과하는 제1단계; 상기 제1단계에서 상기 제1흡착탑 또는 제2흡착탑을 경유하여 고순도로 정제된 수소는 수소배관(130)을 통해 수소 저장조(140)에 포집되는 제2단계; 상기 제2단계에서 상기 제1흡착탑 또는 제2흡착탑 중 상기 제1테일가스로 포화된 제1흡착제를 세정하기 위한 흡착탑은 선택적으로 상기 수소 생산을 중지하고 상기 제1흡착탑 또는 제2흡착탑의 제1테일가스배관(150)상에 형성된 제1진공펌프(160)에 의해서 상기 흡착탑에서 제1테일가스를 분리하여 세정되는 제3단계; 상기 제3단계에서 분리된 상기 제1테일가스는 상기 제1진공펌프 후단에 형성된 가스드라이어(200)를 통과하면서 수분을 제거한 제2차테일가스를 배출하는 제4단계; 상기 제4단계의 상기 가스드라이어를 통과한 상기 제2테일가스는 제2테일가스배관(210)을 통해 상기 제2차테일가스 중 이산화탄소를 흡착할 수 있는 제2흡착제가 충진된 제3흡착탑(220) 또는 제4흡착탑(230)을 통과하는 제5단계; 상기 제5단계에서 상기 제3흡착탑 또는 제4흡착탑을 경유하여 흡착되지 않은 상기 제2테일가스는 순환배관(240)을 통해 상기 가스드라이어로 순환공급되는 제6단계; 상기 제6단계에서 상기 제3흡착탑 또는 제4흡착탑 중 이산화탄소로 포화된 상기 제2흡착제를 세정하기 위한 흡착탑은 선택적으로 상기 제2테일가스의 상기 가스드라이어로의 순환공급을 중지하고 상기 제3흡착탑 또는 제4흡착탑의 제3테일가스배관(250)상에 형성된 제2진공펌프(260)에 의해서 상기 흡착탑에서 상기 이산화탄소를 분리하여 세정되는 제7단계; 및 상기 제7단계어서 분리된 상기 이산화탄소는 상기 제2진공펌프 후단의 이산화탄소 배관(280)을 통해 이산화탄소저장조(290)에 저장되는 제8단계;를 포함하는 순도 99% 이상의 수소 및 이산화탄소를 연속적으로 분리하기 위한 방법을 제공할 수 있다.The present invention for solving the above technical problems is a method for continuously separating hydrogen and carbon dioxide with a purity of 99% or more from synthesis gas, wherein the synthesis gas is a component other than hydrogen in the synthesis gas through the supply pipe 100 a first step of passing through the first adsorption tower 110 or the second adsorption tower 120 filled with a plurality of first adsorbents capable of selectively adsorbing them; a second step in which hydrogen purified to high purity via the first or second adsorption tower in the first step is collected in a
또한, 상기 합성가스는 석유코크스를 가스화반응을 통하여 일산화탄소 40 ± 5 vol%, 수소 30 ± 5 vol%, 이산화탄소 10 ± 5 vol% 및 수분을 포함한 기타 성분의 가스혼합물를 얻고 상기 가스혼합물을 수성가스전환반응(Water gas shift reaction)을 통해 수소 50 ± 5 vol%, 이산화탄소 40 ± 5 vol% 및 수분을 포함한 기타 성분의 상기 합성가스로 공급할 수 있다.In addition, the synthesis gas is a gas mixture of other components including 40 ± 5 vol% of carbon monoxide, 30 ± 5 vol% of hydrogen, 10 ± 5 vol% of carbon dioxide and moisture through the gasification reaction of petroleum coke, and the gas mixture is converted to water gas Through a reaction (Water gas shift reaction), hydrogen 50 ± 5 vol%, carbon dioxide 40 ± 5 vol%, and other components including moisture may be supplied to the synthesis gas.
또한, 상기 제1흡착탑 및 제2흡착탑에는 일산화탄소, 이산화탄소, 수분, 질소, 황화수소, COS, 메탄을 흡착할 수 있는 흡착제가 충진된 흡착층이 선택적으로 형성될 수 있다.In addition, an adsorption layer filled with an adsorbent capable of adsorbing carbon monoxide, carbon dioxide, moisture, nitrogen, hydrogen sulfide, COS, and methane may be selectively formed in the first and second adsorption towers.
또한, 상기 제3흡착탑 및 제4흡착탑에는 이산화탄소를 흡착하기 위한 활성탄 및/또는 제올라이트 13X이 충진된 흡착층이 선택적으로 형성될 수 있다.In addition, an adsorption layer filled with activated carbon and/or zeolite 13X for adsorbing carbon dioxide may be selectively formed in the third adsorption column and the fourth adsorption column.
또한, 상기 제1흡착탑 및 제2흡착탑의 흡착압력은 0.1 내지 0.8 MPa이며, 탈착압력은 -0.06 내지 0MPa인 순도 99% 이상일 수 있다.In addition, the first adsorption tower and the second adsorption tower may have an adsorption pressure of 0.1 to 0.8 MPa, and a desorption pressure of -0.06 to 0 MPa and a purity of 99% or more.
상기 제3흡착탑 및 제4흡착탑의 흡착압력은 0.001 내지 0.07 MPa이며, 탈착압력은 -0.06 내지 0 MPa인 순도 99% 이상일 수 있다. The adsorption pressure of the third adsorption tower and the fourth adsorption tower may be 0.001 to 0.07 MPa, and the desorption pressure may be 99% or more of purity of -0.06 to 0 MPa.
상기 제3단계에서 선택적으로 상기 수소 생산을 중지하고 상기 흡착탑을 세정하기 위해 상기 제1흡착탑, 상기 제2흡착탑, 상기 공급배관 및 상기 제1테일가스배관을 연결하는 4-way 제1밸브(170)가 형성될 수 있다.In the third step, a 4-way first valve 170 connecting the first adsorption tower, the second adsorption tower, the supply pipe and the first tail gas pipe to selectively stop the hydrogen production and clean the adsorption tower ) can be formed.
또한, 본 발명은 합성가스에서 순도 99% 이상의 수소 및 이산화탄소를 연속적으로 분리하기 위한 방법으로서, 상기 합성가스가 공급배관을 통해 상기 합성가스 중 수소를 제외한 성분들을 선택적으로 흡착할 수 있는 복수의 제1흡착제가 충진된 제1흡착탑 또는 제2흡착탑을 통과하는 제1단계; 상기 제1단계에서 상기 제1흡착탑 또는 제2흡착탑을 경유하여 고순도로 정제된 수소는 수소배관을 통해 수소 저장조에 포집되는 제2단계; 상기 제2단계에서 상기 제1흡착탑 또는 제2흡착탑 중 상기 제1차테일가스로 포화된 제1흡착제를 세정하기 위한 흡착탑은 선택적으로 상기 수소 생산을 중지하고 상기 제1흡착탑 또는 제2흡착탑의 제1차테일가스배관상에 형성된 제1진공펌프에 의해서 상기 흡착탑에서 제1차테일가스를 분리하여 세정되는 제3단계; 상기 제3단계에서 분리된 상기 제1차테일가스는 상기 제1진공펌프 후단에 형성된 가스드라이어를 통과하면서 수분을 제거한 제2차테일가스를 배출하는 제4단계; 상기 제4단계의 상기 가스드라이어를 통과한 상기 제2차테일가스는 알칼리 흡수 장치에 공급되어 이산화탄소를 흡수하고 흡수되지 않은 제2차테일가스는 벤트되는 제5단계; 상기 이산화탄소를 흡수한 상기 흡수액은 고압펌프로 가압되어 재생탑으로 보내지고 상기 재생탑에서 가열을 통해 이산화탄소를 분리하고 재생된 상기 흡수액은 상기 알칼리 흡수장치로 순환공급되는 제6단계; 상기 제6단계어서 분리된 상기 이산화탄소는 상기 제2진공펌프 후단의 이산화탄소 배관을 통해 이산화탄소저장조에 저장되는 제7단계;를 포함하는 순도 99% 이상의 수소 및 이산화탄소를 연속적으로 분리하기 위한 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention is a method for continuously separating hydrogen and carbon dioxide with a purity of 99% or more from synthesis gas, wherein the synthesis gas is a plurality of agents capable of selectively adsorbing components other than hydrogen in the synthesis gas through a supply pipe 1 A first step of passing the first adsorption tower or the second adsorption tower filled with adsorbent; a second step in which hydrogen purified to high purity via the first or second adsorption tower in the first step is collected in a hydrogen storage tank through a hydrogen pipe; In the second step, the adsorption tower for cleaning the first adsorbent saturated with the first tail gas among the first adsorption tower or the second adsorption tower selectively stops the hydrogen production and a third step of separating and cleaning the primary tail gas from the adsorption tower by a first vacuum pump formed on the primary tail gas pipe; a fourth step of discharging the second tail gas from which moisture is removed while the first tail gas separated in the third step passes through a gas dryer formed at a rear end of the first vacuum pump; a fifth step in which the secondary tail gas passing through the gas dryer in the fourth step is supplied to an alkali absorption device to absorb carbon dioxide and the unabsorbed secondary tail gas is vented; a sixth step in which the absorbent liquid absorbing the carbon dioxide is pressurized by a high-pressure pump and sent to a regeneration tower, the carbon dioxide is separated by heating in the regeneration tower, and the regenerated absorbent liquid is circulated and supplied to the alkali absorber; The carbon dioxide separated in the sixth step is stored in a carbon dioxide storage tank through a carbon dioxide pipe at the rear end of the second vacuum pump; a method for continuously separating hydrogen and carbon dioxide with a purity of 99% or more, can
본 발명의 수소생산을 위한 석유코크스 합성가스화 공정 중 WGS 후단의 수소 및 이산화탄소 동시 분리 방법은 별도의 단위공정이 아닌 연속적으로 수소와 이산화탄소를 순차적으로 고농도로 분리할 수 있는 효과가 있다. The method of simultaneously separating hydrogen and carbon dioxide at the rear end of WGS in the petroleum coke syngasification process for hydrogen production of the present invention has the effect of sequentially separating hydrogen and carbon dioxide at high concentrations, not as a separate unit process.
또한, 1차로 수소를 분리한 테일가스를 진공펌프를 이용하여 흡착제에서 강제 탈착하여 수분을 제거함으로써 이산화탄소를 고농도로 분리할 수 있는 효과가 있다. In addition, there is an effect that carbon dioxide can be separated at a high concentration by forcibly desorbing the tail gas from which hydrogen is primarily separated from the adsorbent using a vacuum pump to remove moisture.
또한, 수소 분리 PSA 흡착탑의 차압이 발생하지 않게 운전이 가능하므로 연속운전이 가능하다는 효과가 있다.In addition, since it is possible to operate the hydrogen separation PSA adsorption tower without generating a differential pressure, there is an effect that continuous operation is possible.
도 1은 기존 단일 공정의 수소 분리공정의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 수소생산을 위한 석유코크스 합성가스화 공정 중 WGS 후단의 수소 및 이산화탄소 동시 분리 방법에 따른 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소생산을 위한 석유코크스 합성가스화 공정 중 WGS 후단의 수소 및 이산화탄소 동시 분리 방법의 구성도이다.1 is a conceptual diagram of a hydrogen separation process of a conventional single process.
2 is a conceptual diagram according to the method for simultaneously separating hydrogen and carbon dioxide at the rear end of WGS during the petroleum coke syngasification process for hydrogen production of the present invention.
3 is a block diagram of a method for simultaneously separating hydrogen and carbon dioxide at the rear end of WGS during the petroleum coke syngasification process for hydrogen production according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the accompanying drawings are only examples for easily explaining the content and scope of the technical idea of the present invention, and thereby the technical scope of the present invention is not limited or changed. In addition, it will be natural for those skilled in the art that various modifications and changes are possible within the scope of the technical spirit of the present invention based on these examples.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.In addition, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor appropriately defines the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that it can be done, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, since the embodiment described in this specification is only the most preferred embodiment of the present invention and does not represent all the technical spirit of the present invention, there are various equivalents and modifications that can be substituted for them at the time of the present application. It should be understood that
합성가스에서 순도 99% 이상의 수소 및 이산화탄소를 연속적으로 분리하기 위한 방법으로서, 상기 합성가스가 공급배관(100)을 통해 상기 합성가스 중 수소를 제외한 성분들을 선택적으로 흡착할 수 있는 복수의 제1흡착제가 충진된 제1흡착탑(110) 또는 제2흡착탑(120)을 통과하는 제1단계; 상기 제1단계에서 상기 제1흡착탑 또는 제2흡착탑을 경유하여 고순도로 정제된 수소는 수소배관(130)을 통해 수소 저장조(140)에 포집되는 제2단계; 상기 제2단계에서 상기 제1흡착탑 또는 제2흡착탑 중 상기 제1테일가스로 포화된 제1흡착제를 세정하기 위한 흡착탑은 선택적으로 상기 수소 생산을 중지하고 상기 제1흡착탑 또는 제2흡착탑의 제1테일가스배관(150)상에 형성된 제1진공펌프(160)에 의해서 상기 흡착탑에서 제1테일가스를 분리하여 세정되는 제3단계; 상기 제3단계에서 분리된 상기 제1테일가스는 상기 제1진공펌프 후단에 형성된 가스드라이어(200)를 통과하면서 수분을 제거한 제2차테일가스를 배출하는 제4단계; 상기 제4단계의 상기 가스드라이어를 통과한 상기 제2테일가스는 제2테일가스배관(210)을 통해 상기 제2차테일가스 중 이산화탄소를 흡착할 수 있는 제2흡착제가 충진된 제3흡착탑(220) 또는 제4흡착탑(230)을 통과하는 제5단계; 상기 제5단계에서 상기 제3흡착탑 또는 제4흡착탑을 경유하여 흡착되지 않은 상기 제2테일가스는 순환배관(240)을 통해 상기 가스드라이어로 순환공급되는 제6단계; 상기 제6단계에서 상기 제3흡착탑 또는 제4흡착탑 중 이산화탄소로 포화된 상기 제2흡착제를 세정하기 위한 흡착탑은 선택적으로 상기 제2테일가스의 상기 가스드라이어로의 순환공급을 중지하고 상기 제3흡착탑 또는 제4흡착탑의 제3테일가스배관(250)상에 형성된 제2진공펌프(260)에 의해서 상기 흡착탑에서 상기 이산화탄소를 분리하여 세정되는 제7단계; 및 상기 제7단계어서 분리된 상기 이산화탄소는 상기 제2진공펌프 후단의 이산화탄소 배관(280)을 통해 이산화탄소저장조(290)에 저장되는 제8단계;를 포함하는 순도 99% 이상의 수소 및 이산화탄소를 연속적으로 분리하기 위한 방법을 제공할 수 있다.As a method for continuously separating hydrogen and carbon dioxide with a purity of 99% or more from synthesis gas, the synthesis gas is a plurality of first adsorbents capable of selectively adsorbing components other than hydrogen in the synthesis gas through the supply pipe 100 . A first step of passing through the filled first adsorption tower 110 or second adsorption tower 120; a second step in which hydrogen purified to high purity via the first or second adsorption tower in the first step is collected in a
상기 제1진공펌프와 상기 가스드라이어 사이에는 애프터 쿨러(300)가 형성될 수 있으며 유입되는 가스의 온도를 저감시킬 수 있다.An aftercooler 300 may be formed between the first vacuum pump and the gas dryer to reduce the temperature of the introduced gas.
상기 순도 99% 이상의 수소 및 이산화탄소를 연속적으로 분리하기 위한 방법을 통하여 분리되는 수소는 70% 내지 99%의 회수율을 80%의 회수율을 이산화탄소는 70% 내지 99%의 회수율을 90%의 회수율을 제공할 수 있다. 바람직하게는 75% 내지 95%의 회수율을 이산화탄소는 80% 내지 95%의 회수율을 제공할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 수소는 80%의 회수율을 이산화탄소는 90%의 회수율을 제공할 수 있다.Hydrogen separated through the method for continuously separating hydrogen and carbon dioxide with a purity of 99% or more provides a recovery rate of 70% to 99%, a recovery rate of 80%, and a recovery rate of 70% to 99% for carbon dioxide and a recovery rate of 90% can do. Preferably, a recovery rate of 75% to 95%, carbon dioxide may provide a recovery rate of 80% to 95%, more preferably hydrogen may provide a recovery rate of 80%, and carbon dioxide may provide a recovery rate of 90%.
상기 분리된 가스의 조성은 수소 50vol% 내지 60vol%, 이산화탄소는 35vol% 내지 45vol%, 질소는 1vol% 내지 2vol%, 일산화탄소는 0.1vol% 내지 1vol%, 메탄은 0.01vol% 내지 0.1vol%, 물은 0.1vol% 내지 0.5vol%일 수 있다.The composition of the separated gas is hydrogen 50vol% to 60vol%, carbon dioxide is 35vol% to 45vol%, nitrogen is 1vol% to 2vol%, carbon monoxide is 0.1vol% to 1vol%, methane is 0.01vol% to 0.1vol%, water may be 0.1 vol% to 0.5 vol%.
상기 PSA용 흡착제 재생 스텝은 나머지의 PSA 흡착탑에 있어서는 상기 흡착 조작에 의해 흡착 능력이 저하한 흡착제를 재생하기 때문에, PSA 흡착탑내를 고압에서 상압까지 감압한 후, 재생용 세척 가스를 유통시킨다. 재생용 세척 가스 로서는 종래법과 같이 분리된 수소 또는 이산화탄소를 이용하면 좋다. 이와 같이 복수의 PSA 흡착탑에 대해 불필요 가스 흡착 스텝과 PSA용 흡착제 재생 스텝으로 구성되는 사이클을 연속적으로 운전함으로써 흡착제의 능력을 장기간으로 유지하면서 연속적으로 고순도 수소 및 이산화탄소를 얻을 수 있다.In the step of regenerating the PSA adsorbent, the remaining PSA adsorption tower regenerates the adsorbent whose adsorption capacity has been lowered by the adsorption operation. Therefore, after the pressure in the PSA adsorption tower is reduced from high pressure to normal pressure, the regeneration washing gas is circulated. As the cleaning gas for regeneration, hydrogen or carbon dioxide separated as in the conventional method may be used. As described above, by continuously operating a cycle consisting of an unnecessary gas adsorption step and a PSA adsorbent regeneration step for a plurality of PSA adsorption towers, high purity hydrogen and carbon dioxide can be continuously obtained while maintaining the capacity of the adsorbent for a long period of time.
상기 흡착탑은 흡착제로 충진되는 바, 충진제의 충진량 및 충진형태 및 합성가스의 유량에 따라 흡착압력, 탈착압력 또는 세정압력이 조정될 수 있다. The adsorption tower is filled with an adsorbent, and the adsorption pressure, desorption pressure, or washing pressure may be adjusted according to the amount and type of filling of the filler and the flow rate of the synthesis gas.
또한, 상기 공급배관, 제1테일가스배관, 제2테일가스배관 및 제3테일가스배관에는 선택적으로 온도조절을 위한 냉각기, 가열기 및 필터가 선택적으로 구성될 수 있음은 자명하다.In addition, it is obvious that a cooler, a heater, and a filter for temperature control may be selectively configured in the supply pipe, the first tail gas pipe, the second tail gas pipe, and the third tail gas pipe.
또한, 상기 공급배관, 순환배관, 제1테일가스배관, 제2테일가스배관 및 제3테일가스배관에는 볼밸브, 체크밸브, 오리피스가 선택적으로 구성될 수 있음은 자명하다.In addition, it is obvious that a ball valve, a check valve, and an orifice may be selectively configured in the supply pipe, the circulation pipe, the first tail gas pipe, the second tail gas pipe, and the third tail gas pipe.
또한, 상기 제1흡착탑, 제2흡착탑, 제3흡착탑 및 제4흡착탑의 전후 배관에는 공급밸브, 진공밸브, 회수밸브, 라인밸브가 형성될 수 있음은 자명하다.In addition, it is obvious that a supply valve, a vacuum valve, a recovery valve, and a line valve may be formed in the front and rear pipes of the first adsorption tower, the second adsorption tower, the third adsorption tower, and the fourth adsorption tower.
또한, 상기 합성가스는 석유코크스를 가스화반응을 통하여 일산화탄소 40 ± 5 vol%, 수소 30 ± 5 vol%, 이산화탄소 10 ± 5 vol% 및 수분을 포함한 기타 성분의 가스혼합물를 얻고 상기 가스혼합물을 수성가스전환반응(Water gas shift reaction)을 통해 수소 50 ± 5 vol%, 이산화탄소 40 ± 5 vol% 및 수분을 포함한 기타 성분의 상기 합성가스로 공급할 수 있다.In addition, the synthesis gas is a gas mixture of other components including 40 ± 5 vol% of carbon monoxide, 30 ± 5 vol% of hydrogen, 10 ± 5 vol% of carbon dioxide and moisture through the gasification reaction of petroleum coke, and the gas mixture is converted to water gas Through a reaction (Water gas shift reaction), hydrogen 50 ± 5 vol%, carbon dioxide 40 ± 5 vol%, and other components including moisture may be supplied to the synthesis gas.
본 발명의 일 예로, 상기 공급배관 및 제2테일가스배관은 합성가스 및 세정가스 및/또는 린스가스를 추가로 공급할 수 있으며, 이를 위한 배관 및 밸브로 구성되고, 상기 흡착탑의 하단부 및/또는 상단부에 단일 또는 복수 개로 형성될 수 있다.As an example of the present invention, the supply pipe and the second tail gas pipe may additionally supply syngas, cleaning gas, and/or rinse gas, and are composed of a pipe and a valve for this, and a lower end and/or upper end of the adsorption tower. It may be formed in single or in plurality.
일 실시예로써 상기 제1흡착탑 또는 제2흡착탑은 하단부에 합성가스 공급부 및 상단부에 세정가스 공급부를 포함하고, 하단부에 린스가스 공급부를 포함할 수 있다. 상기 공급부는 상기 복수 개의 흡착탑과 연결되어 각 흡착탑에서 진행되는 공정에 따라 합성가스, 세정가스 및/또는 린스가스를 공급할 수 있다.As an embodiment, the first adsorption tower or the second adsorption tower may include a syngas supply unit at the lower end and a cleaning gas supply unit at the upper end, and a rinse gas supply unit at the lower end. The supply unit may be connected to the plurality of adsorption towers to supply synthesis gas, cleaning gas and/or rinse gas according to a process performed in each adsorption tower.
또한, 상기 제1흡착탑 및 제2흡착탑에는 일산화탄소, 이산화탄소, 수분, 질소, 황화수소, COS, 메탄을 흡착할 수 있는 흡착제가 충진된 흡착층이 선택적으로 형성될 수 있다.In addition, an adsorption layer filled with an adsorbent capable of adsorbing carbon monoxide, carbon dioxide, moisture, nitrogen, hydrogen sulfide, COS, and methane may be selectively formed in the first and second adsorption towers.
또한, 상기 제3흡착탑 및 제4흡착탑에는 이산화탄소를 흡착하기 위한 활성탄 및/또는 제올라이트 13X이 충진된 흡착층이 선택적으로 형성될 수 있다.In addition, an adsorption layer filled with activated carbon and/or zeolite 13X for adsorbing carbon dioxide may be selectively formed in the third adsorption column and the fourth adsorption column.
본 발명의 일 예로, 상기 흡착제는, 목적 생성물 및 목적 생성물의 분리 공정에 따라 적절하게 선택될 수 있으며 상기 흡착제는, 목적 생성물을 선택적으로 분리하기 위해 목적 생성물에 대해 강한 흡착성을 갖거나 또는 목적 생성물에 대해 흡착성이 없거나 또는 매우 약한 흡착성을 갖는 것일 수 있다.As an example of the present invention, the adsorbent may be appropriately selected according to the target product and the separation process of the target product, and the adsorbent has strong adsorption to the target product or the target product to selectively separate the target product It may have no adsorption or very weak adsorption.
상기 제1흡착탑, 제2흡착탑, 제3흡착탑 및 제4흡착탑은 흡착성능일 높이기 위하여 흡착탑의 개수를 늘일 수 있으며, 각 흡착탑의 테일가스를 재순환 시킬 수 있다.The first adsorption tower, the second adsorption tower, the third adsorption tower, and the fourth adsorption tower may increase the number of adsorption towers in order to increase the adsorption performance, and may recirculate the tail gas of each adsorption tower.
또한, 상기 제1흡착탑 및 제2흡착탑의 흡착압력은 -0.3 내지 8 MPa이며, 탈착압력은 -0.1 내지 0.8 MPa일 수 있다.In addition, the adsorption pressure of the first adsorption tower and the second adsorption tower may be -0.3 to 8 MPa, and the desorption pressure may be -0.1 to 0.8 MPa.
바람직하게는 상기 제1흡착탑 및 제2흡착탑의 흡착압력은 0.3 내지 0.8 MPa이며, 탈착압력은 -0.06 내지 0.88 MPa일 수 있다.Preferably, the adsorption pressure of the first adsorption tower and the second adsorption tower may be 0.3 to 0.8 MPa, and the desorption pressure may be -0.06 to 0.88 MPa.
상기 제3흡착탑 및 제4흡착탑의 흡착압력은 -0.2 내지 4 MPa이며, 탈착압력은 -0.4 내지 0.6 MPa일 수 있다.The adsorption pressure of the third adsorption tower and the fourth adsorption tower may be -0.2 to 4 MPa, and the desorption pressure may be -0.4 to 0.6 MPa.
바람직하게는 상기 제3흡착탑 및 제4흡착탑의 0.001 내지 0.07 MPa이며, 탈착압력은 -0.07 내지 0.06 MPa일 수 있다.Preferably, the third adsorption tower and the fourth adsorption tower are 0.001 to 0.07 MPa, and the desorption pressure may be -0.07 to 0.06 MPa.
또한, 상기 제1흡착탑 및 제2흡착탑의 수소 PSA 흡착압력은 20bar(게이지압) 내지 -0.1bar(게이지압) 일 수 있으며 바람직하게는 10bar(게이지압) 내지 -0.3bar(게이지압)있다.In addition, the hydrogen PSA adsorption pressure of the first adsorption tower and the second adsorption tower may be 20 bar (gauge pressure) to -0.1 bar (gauge pressure), and preferably 10 bar (gauge pressure) to -0.3 bar (gauge pressure).
또한, 상기 제3흡착탑 및 제4흡착탑의 이산화탄소 PSA 흡착압력은 2bar(게이지압) 내지 -0.1bar(게이지압)일 수 있으며 더욱바람직하게는 1bar(게이지압) 내지 -0.3bar(게이지압)일 수 있다.In addition, the carbon dioxide PSA adsorption pressure of the third adsorption tower and the fourth adsorption tower may be 2 bar (gauge pressure) to -0.1 bar (gauge pressure), and more preferably 1 bar (gauge pressure) to -0.3 bar (gauge pressure). can
더욱 바람직하게는 수소 PSA 흡착압력은 8bar(게이지압) 내지 -0.6bar(게이지압) 일 수 있으며, 이산화탄소 PSA 흡착압력은 0.7 bar(게이지압) 내지 -0.6bar(게이지압)일 수 있다.More preferably, the hydrogen PSA adsorption pressure may be 8 bar (gauge pressure) to -0.6 bar (gauge pressure), and the carbon dioxide PSA adsorption pressure may be 0.7 bar (gauge pressure) to -0.6 bar (gauge pressure).
상기 제3단계에서 선택적으로 상기 수소 생산을 중지하고 상기 흡착탑을 세정하기 위해 상기 제1흡착탑, 상기 제2흡착탑, 상기 공급배관 및 상기 제1테일가스배관을 연결하는 4-way 제1밸브(170)가 형성될 수 있다.In the third step, a 4-way first valve 170 connecting the first adsorption tower, the second adsorption tower, the supply pipe and the first tail gas pipe to selectively stop the hydrogen production and clean the adsorption tower ) can be formed.
상기 제7단계에서 선택적으로 상기 제2테일가스의 상기 가스드라이어로의 순환공급을 중지하고 상기 흡착탑을 세정하기 위해 상기 제3흡착탑, 상기 제4흡착탑, 상기 제2테일가스배관 및 상기 제3테일가스배관을 연결하는 4-way 제2밸브(270)가 형성될 수 있다.In the seventh step, the third adsorption tower, the fourth adsorption tower, the second tail gas pipe, and the third tail selectively stop supplying the circulation of the second tail gas to the gas dryer and clean the adsorption tower. A 4-way second valve 270 for connecting the gas pipe may be formed.
상기 제8단계의 제2진공펌프 후단에는 7MPa이상의 압력으로 상기 이산화탄소를 가압하는 압축기(281)가 추가로 형성될 수 있다.A compressor 281 for pressurizing the carbon dioxide at a pressure of 7 MPa or more may be additionally formed at the rear end of the second vacuum pump in the eighth step.
또한, 본 발명은 합성가스에서 순도 99% 이상의 수소 및 이산화탄소를 연속적으로 분리하기 위한 방법으로서, 상기 합성가스가 공급배관을 통해 상기 합성가스 중 수소를 제외한 성분들을 선택적으로 흡착할 수 있는 복수의 제1흡착제가 충진된 제1흡착탑 또는 제2흡착탑을 통과하는 제1단계; 상기 제1단계에서 상기 제1흡착탑 또는 제2흡착탑을 경유하여 고순도로 정제된 수소는 수소배관을 통해 수소 저장조에 포집되는 제2단계; 상기 제2단계에서 상기 제1흡착탑 또는 제2흡착탑 중 상기 제1차테일가스로 포화된 제1흡착제를 세정하기 위한 흡착탑은 선택적으로 상기 수소 생산을 중지하고 상기 제1흡착탑 또는 제2흡착탑의 제1차테일가스배관상에 형성된 제1진공펌프에 의해서 상기 흡착탑에서 제1차테일가스를 분리하여 세정되는 제3단계; 상기 제3단계에서 분리된 상기 제1차테일가스는 상기 제1진공펌프 후단에 형성된 가스드라이어를 통과하면서 수분을 제거한 제2차테일가스를 배출하는 제4단계; 상기 제4단계의 상기 가스드라이어를 통과한 상기 제2차테일가스는 알칼리 흡수 장치에 공급되어 이산화탄소를 흡수하고 흡수되지 않은 제2차테일가스는 벤트되는 제5단계; 상기 이산화탄소를 흡수한 상기 흡수액은 고압펌프로 가압되어 재생탑으로 보내지고 상기 재생탑에서 가열을 통해 이산화탄소를 분리하고 재생된 상기 흡수액은 상기 알칼리 흡수장치로 순환공급되는 제6단계; 상기 제6단계어서 분리된 상기 이산화탄소는 상기 제2진공펌프 후단의 이산화탄소 배관을 통해 이산화탄소저장조에 저장되는 제7단계;를 포함하는 순도 99% 이상의 수소 및 이산화탄소를 연속적으로 분리하기 위한 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention is a method for continuously separating hydrogen and carbon dioxide with a purity of 99% or more from synthesis gas, wherein the synthesis gas is a plurality of agents capable of selectively adsorbing components other than hydrogen in the synthesis gas through a supply pipe 1 A first step of passing the first adsorption tower or the second adsorption tower filled with adsorbent; a second step in which hydrogen purified to high purity via the first or second adsorption tower in the first step is collected in a hydrogen storage tank through a hydrogen pipe; In the second step, the adsorption tower for cleaning the first adsorbent saturated with the first tail gas among the first adsorption tower or the second adsorption tower selectively stops the hydrogen production and a third step of separating and cleaning the primary tail gas from the adsorption tower by a first vacuum pump formed on the primary tail gas pipe; a fourth step of discharging the second tail gas from which moisture is removed while the first tail gas separated in the third step passes through a gas dryer formed at a rear end of the first vacuum pump; a fifth step in which the secondary tail gas passing through the gas dryer in the fourth step is supplied to an alkali absorption device to absorb carbon dioxide and the unabsorbed secondary tail gas is vented; a sixth step in which the absorbent liquid absorbing the carbon dioxide is pressurized by a high-pressure pump and sent to a regeneration tower, the carbon dioxide is separated by heating in the regeneration tower, and the regenerated absorbent liquid is circulated and supplied to the alkali absorber; The carbon dioxide separated in the sixth step is stored in a carbon dioxide storage tank through a carbon dioxide pipe at the rear end of the second vacuum pump; a method for continuously separating hydrogen and carbon dioxide with a purity of 99% or more, can
흡수 탑 내의 압력 2.0 MPa, 재생탑 내의 압력 7.4 MPa로 했을 경우 흡수 탑 내의 온도는 약 50℃, 재생탑 내의 온도는 약 125℃이다. 고압 펌프로 7.4 MPa 이상으로 가압된 흡수액과 재생탑에서 흡수 등으로 반송되는 흡수액이란 열교환기에 의해 열 교환하는 것이 바람직하다. 열교환기에 의해 예냉되고 또한 냉각기에 의해 약 50℃에 냉각된 흡수액은 압력 조정 밸브에 의해 7.4 MPa에서 2.0 MPa까지 감압된다.When the pressure in the absorption tower is 2.0 MPa and the pressure in the regeneration tower is 7.4 MPa, the temperature in the absorption tower is about 50°C and the temperature in the regeneration tower is about 125°C. It is preferable to heat exchange between the absorbent liquid pressurized to 7.4 MPa or more with a high-pressure pump and the absorbent liquid returned by absorption or the like from the regeneration tower by means of a heat exchanger. The absorbent liquid pre-cooled by the heat exchanger and cooled to about 50°C by the cooler is pressure-reduced from 7.4 MPa to 2.0 MPa by the pressure regulating valve.
분리되어 저장된 수소저장조 후단에는 수소를 수소발효공정 또는 연료전지 공정에 재활욜 할 수 있다.At the rear end of the separated and stored hydrogen storage tank, hydrogen can be recycled in a hydrogen fermentation process or a fuel cell process.
또한, 상기 연료전지 발전공정에서 얻어지는 배열을 이용하여 흡착 분리공정에서 가스드라이어의 수분을 제거할 때 또는 탈수용 흡착재의 재생을 위한 가온열로 활용할 수 있다.In addition, the heat obtained in the fuel cell power generation process can be used as heating heat for removing moisture in a gas dryer in an adsorption separation process or for regeneration of an adsorbent for dehydration.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.Although the present invention has been described in detail through representative embodiments above, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can make various modifications to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. will understand
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should be defined by the claims described below as well as the claims and equivalents.
100: 공급배관
110: 제1흡착탑
120: 제2흡착탑
130: 수소배관
130a: 제1수소배관
130b: 제2수소배관
140: 수소저장조
150, 150a, 150b: 제1테일가스배관
160: 제1진공펌프
170: 4way제1밸브
200: 가스드라이어
210: 제2테일가스배관
220: 제3흡착탑
230: 제4흡착탑
240: 순환배관
240a: 제1순환배관
240b: 제2순환배관
250: 제3테일가스배관
260: 제2진공펌프
270: 4way제2밸브
280: 이산화탄소배관
281: 압축기
290: 이산화탄소저장조
300: 애프터쿨러100: supply pipe
110: first adsorption tower
120: second adsorption tower
130: hydrogen pipe
130a: first hydrogen pipe
130b: second hydrogen pipe
140: hydrogen storage tank
150, 150a, 150b: first tail gas pipe
160: first vacuum pump
170: 4way first valve
200: gas dryer
210: second tail gas pipe
220: third adsorption tower
230: fourth adsorption tower
240: circulation pipe
240a: first circulation pipe
240b: second circulation pipe
250: third tail gas pipe
260: second vacuum pump
270: 4way 2nd valve
280: carbon dioxide pipe
281: compressor
290: carbon dioxide storage tank
300: aftercooler
Claims (8)
상기 합성가스가 공급배관(100)을 통해 상기 합성가스 중 수소를 제외한 성분들을 선택적으로 흡착할 수 있는 복수의 제1흡착제가 충진된 제1흡착탑(110) 또는 제2흡착탑(120)을 통과하는 제1단계;
상기 제1단계에서 상기 제1흡착탑 또는 제2흡착탑을 경유하여 고순도로 정제된 수소는 수소배관(130)을 통해 수소 저장조(140)에 포집되는 제2단계;
상기 제2단계에서 상기 제1흡착탑 또는 제2흡착탑 중 상기 제1테일가스로 포화된 제1흡착제를 세정하기 위한 흡착탑은 선택적으로 상기 수소 생산을 중지하고 상기 제1흡착탑 또는 제2흡착탑의 제1테일가스배관(150)상에 형성된 제1진공펌프(160)에 의해서 상기 흡착탑에서 제1테일가스를 분리하여 세정되는 제3단계;
상기 제3단계에서 분리된 상기 제1테일가스는 상기 제1진공펌프 후단에 형성된 가스드라이어(200)를 통과하면서 수분을 제거한 제2차테일가스를 배출하는 제4단계;
상기 제4단계의 상기 가스드라이어를 통과한 상기 제2테일가스는 제2테일가스배관(210)을 통해 상기 제2차테일가스 중 이산화탄소를 흡착할 수 있는 제2흡착제가 충진된 제3흡착탑(220) 또는 제4흡착탑(230)을 통과하는 제5단계;
상기 제5단계에서 상기 제3흡착탑 또는 제4흡착탑을 경유하여 흡착되지 않은 상기 제2테일가스는 순환배관(240)을 통해 상기 가스드라이어로 순환공급되는 제6단계;
상기 제6단계에서 상기 제3흡착탑 또는 제4흡착탑 중 이산화탄소로 포화된 상기 제2흡착제를 세정하기 위한 흡착탑은 선택적으로 상기 제2테일가스의 상기 가스드라이어로의 순환공급을 중지하고 상기 제3흡착탑 또는 제4흡착탑의 제3테일가스배관(250)상에 형성된 제2진공펌프(260)에 의해서 상기 흡착탑에서 상기 이산화탄소를 분리하여 세정되는 제7단계; 및
상기 제7단계어서 분리된 상기 이산화탄소는 상기 제2진공펌프 후단의 이산화탄소 배관(280)을 통해 이산화탄소저장조(290)에 저장되는 제8단계;를 포함하며,
상기 제1흡착탑 및 제2흡착탑의 흡착압력은 0.3 내지 0.8 MPa이며, 탈착압력은 -0.06 내지 0.88 MPa이고,
상기 제3흡착탑 및 제4흡착탑의 0.001 내지 0.07 MPa이며, 탈착압력은 -0.07 내지 0.06 MPa인 순도 99% 이상의 수소 및 이산화탄소를 연속적으로 분리하기 위한 방법.
As a method for continuously separating hydrogen and carbon dioxide with a purity of 99% or more from syngas,
The synthesis gas passes through the supply pipe 100 through the first adsorption tower 110 or the second adsorption tower 120 filled with a plurality of first adsorbents capable of selectively adsorbing components other than hydrogen in the synthesis gas. Step 1;
a second step in which hydrogen purified to high purity via the first or second adsorption tower in the first step is collected in a hydrogen storage tank 140 through a hydrogen pipe 130;
In the second step, the adsorption tower for cleaning the first adsorbent saturated with the first tail gas among the first adsorption tower or the second adsorption tower selectively stops the hydrogen production, and the first adsorption tower or the first adsorption tower of the second adsorption tower a third step of separating and cleaning the first tail gas from the adsorption tower by the first vacuum pump 160 formed on the tail gas pipe 150;
a fourth step of discharging the second tail gas from which moisture is removed while the first tail gas separated in the third step passes through a gas dryer 200 formed at the rear end of the first vacuum pump;
A third adsorption tower ( 220) or a fifth step of passing through the fourth adsorption tower 230;
a sixth step in which the second tail gas not adsorbed via the third adsorption tower or the fourth adsorption tower in the fifth step is circulated and supplied to the gas dryer through a circulation pipe 240;
In the sixth step, the adsorption tower for cleaning the second adsorbent saturated with carbon dioxide among the third adsorption tower or the fourth adsorption tower selectively stops the circulation supply of the second tail gas to the gas dryer, and the third adsorption tower or a seventh step of separating and cleaning the carbon dioxide from the adsorption tower by the second vacuum pump 260 formed on the third tail gas pipe 250 of the fourth adsorption tower; and
In the eighth step, the carbon dioxide separated in the seventh step is stored in the carbon dioxide storage tank 290 through the carbon dioxide pipe 280 at the rear end of the second vacuum pump.
The adsorption pressure of the first adsorption tower and the second adsorption tower is 0.3 to 0.8 MPa, the desorption pressure is -0.06 to 0.88 MPa,
0.001 to 0.07 MPa of the third adsorption tower and the fourth adsorption tower, and the desorption pressure is -0.07 to 0.06 MPa A method for continuously separating hydrogen and carbon dioxide with a purity of 99% or more.
상기 합성가스는 석유코크스를 가스화반응을 통하여 일산화탄소 40 ± 5 vol%, 수소 30 ± 5 vol%, 이산화탄소 10 ± 5 vol% 및 수분을 포함한 기타 성분의 가스혼합물를 얻고 상기 가스혼합물을 수성가스전환반응(Water gas shift reaction)을 통해 수소 50 ± 5 vol%, 이산화탄소 40 ± 5 vol% 및 수분을 포함한 기타 성분의 상기 합성가스로 공급하는 순도 99% 이상의 수소 및 이산화탄소를 연속적으로 분리하기 위한 방법.
According to claim 1,
The synthesis gas is a gas mixture of other components including 40 ± 5 vol% of carbon monoxide, 30 ± 5 vol% of hydrogen, 10 ± 5 vol% of carbon dioxide and moisture through the gasification reaction of petroleum coke, and the gas mixture is converted into a water gas conversion reaction ( Water gas shift reaction) through the hydrogen 50 ± 5 vol%, carbon dioxide 40 ± 5 vol%, and a method for continuously separating hydrogen and carbon dioxide with a purity of 99% or more supplied to the synthesis gas of other components including moisture.
상기 제1흡착탑 및 제2흡착탑에는 일산화탄소, 이산화탄소, 수분, 질소, 황화수소, COS, 메탄을 흡착할 수 있는 흡착제가 충진된 흡착층이 선택적으로 형성된 순도 99% 이상의 수소 및 이산화탄소를 연속적으로 분리하기 위한 방법.
According to claim 1,
In the first adsorption tower and the second adsorption tower, an adsorption layer filled with an adsorbent capable of adsorbing carbon monoxide, carbon dioxide, moisture, nitrogen, hydrogen sulfide, COS, and methane is selectively formed. Way.
상기 제3흡착탑 및 제4흡착탑에는 이산화탄소를 흡착하기 위한 활성탄 및/또는 제올라이트 13X이 충진된 흡착층이 선택적으로 형성된 순도 99% 이상의 수소 및 이산화탄소를 연속적으로 분리하기 위한 방법.
According to claim 1,
A method for continuously separating hydrogen and carbon dioxide with a purity of 99% or more in which an adsorption layer filled with activated carbon and/or zeolite 13X for adsorbing carbon dioxide is selectively formed in the third and fourth adsorption towers.
상기 제3단계에서 선택적으로 상기 수소 생산을 중지하고 상기 흡착탑을 세정하기 위해 상기 제1흡착탑, 상기 제2흡착탑, 상기 공급배관 및 상기 제1테일가스배관을 연결하는 4-way 제1밸브(170)가 형성되는 순도 99% 이상의 수소 및 이산화탄소를 연속적으로 분리하기 위한 방법.
According to claim 1,
In the third step, a 4-way first valve 170 connecting the first adsorption tower, the second adsorption tower, the supply pipe and the first tail gas pipe to selectively stop the hydrogen production and clean the adsorption tower ) for the continuous separation of hydrogen and carbon dioxide with a purity of 99% or more in which they are formed.
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