KR19990009068A - 암모니아 원료가스를 이용한 고순도 수소 가스의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 암모니아 공장에서 요구되는 원료 가스를 사용하여 고순도의 수소가스를 제조하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세히는 암모니아 공장에서 요구되는 원료 가스를 산소 연소방식을 이용하여 순도 99.2%의 수소 가스를 다량 생산하는 수소 가스의 상업적인 제조 방법에 관한 것으로, 암모니아 공장에서 요구되는 부탄을 주성분으로 하는 합성가스를 1차 및 2차 리포머를 통과 2차 리포머에서 산소 98% 이상을 지닌 산소기체와 연소 반응시키고 일산화탄소 및 이산화탄소를 제거시킴을 특징으로 하는 순도 99% 이상의 고순도 수소가스의 제조방법에 관한 것이다.

Description

암모니아 원료가스를 이용한 고순도 수소 가스의 제조방법

본 발명은 암모니아 공장에서 요구되는 원료 가스를 사용하여 고순도의 수소 가스를 제조하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세히는 암모니아 공장에서 요구되는 원료 가스를 산소 연소방식을 이용하여 순도 99.2%의 수소 가스를 다량 생산되는 수소 가스의 상업적인 제조 방법에 관한 것이다.

종래에는 암모니아 공장에서 요구되는 원료 가스를 공기 연소 방식을 이용하여 수소 가스를 제조하였고, 이때 수소 약 76%, 질소와 아르곤 약 23%, 메탄 약 0.6%의 가스가 제조되었고, 고순도 수소 가스를 생산할 경우에는 PSA(Pressure Swing Adsorption) 유니트를 설치하여 생산하였다.

또한 이때 다량의 잔류(Tail) 가스가 발생하는데 이를 연료 가스로 사용하거나 또는 폐기하여 손실이 발생하였고, 수소 가스의 회수 수율도 약 76% 정도로 낮아서 경제적이지 못하였다.

이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 수소 가스의 순도를 높이고, 수소 가스의 회수 수율도 향상시키기 위한 방법에 대한 연구를 진행하던 중 본 발명의 발명자들은 2차 리포머(REFORMER)를 기존의 공기연소 방식에서 산소 연소 방식으로 공정 개선을 통하여 수소 가스의 순도를 99.2%선으로 생산하고, 나머지 수소 가스에는 질소 가스를 별도로 도입하여 암모니아를 생산하고, 99.2% 이상의 고순도의 수소 가스가 필요하면 PSA 유니트를 설치하여 99.999%의 순도를 가지는 고순도의 수소 가스를 생산하고, 잔류가스는 다시 암모니아 합성 부분에 회수하여, 암모니아를 생산할 수 있게 되었다.

제1도는 본 발명의 암모니아 공장에서 요구되는 원료가스를 이용하여 고순도 수소가스를 제조하는 방법의 공정도이다.

따라서 본 발명은 암모니아 공장에서 요구되는 부탄을 주성분으로 하는 원료가스를 1차 리포머에 통과시키고, 2차 리포머에서 산소 98% 이상을 지닌 산소기체와 연소 반응시켜 일산화탄소 및 이산화탄소를 제거시킴을 특징으로 하는 순도 99% 이상의 고순도 수소가스의 제조방법에 관한 것이다. 또한 이때 생성된 고순도 수소가스를 고순도 수소가스 생산설비(PSA 유니트)에 도입시켜 99.99% 이상의 고순도 수소가스를 제조할 수 있고, 본 발명의 방법에 다라 생성된 고순도 수소가스를 별도의 질소가스와 반응시켜 암모니아를 생산한다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 의거 더욱 상세히 설명한다.

제1도에는 본 발명의 바람직한 실시예가 정상 동작 상태로 도시되어 있다. 제1도에서와 같이 부탄(C₄H₁₀)을 과열 수증기와 혼합하여 1차 리포머에 이송한 후 촉매층을 통과하면서 반응시킨다. 1차 리포머를 나온 혼합 가스는 2차 리포머에 보내지고 2차 리포머의 연소부로 공기 분리 공장에서 분리된 산소를 이송한다.

도입되는 산소는 공정가스중의 가연성 물질을 태워 2차 리포머의 반응 온도를 제공한다. 2차 리포머에서 나온 혼합 가스는 일산화탄소 전화공정으로 이송되고 일산화탄소는 농축되어 일산화탄소 제조 공장으로 이송된다. 일산화탄소 전화 공정을 통과한 이산화탄소는 이산화탄소 흡수탑에서 흡수되어 이산화 탄소제조공장으로 이송된다. 일산화탄소 전화 공정을 통과한 수소 가스는 일부가 1차 리포머로 회수되고, 99.2%의 순도를 가지는 수소는 암모니아 합성탑으로 이송되어 별도로 도입되는 질소가스와 반응하여 암모니아가 제조된다. 99.2%의 수소는 PSA 유니트로 보내져 99.999%의 고순도 수소가스가 제조되고 PSA 유니트의 96% 수소가스는 암모니아 합성탑으로 회수된다. 이러한 방법으로 수소 가스를 제조할 경우, 수소 가스의 순도는 99.2% 선으로 상업적인 다량 생산이 가능하다.

이하 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 이들 실시예는 단순한 예시이며, 본 발명은 이들 구체적 조건에 의해 제한되는 것은 아니다.

[실시예 1]

액상 상태의 부탄을 예열기로 이송한다. 예열기를 통과한 가스는 탈유황탑으로 이송되어 유황 성분이 0.5ppm이하로 제거된다. 부탄을 과열 수증기와 혼합하여 1차 리포머에 이송한 후 니켈을 주성분으로 한 촉매층을 통과하면서 반응시킨다. 1차 리포머를 나온 혼합 가스는 2차 리포먼에 보내지고 2차 리포머의 연소부로 공기를 이송한다. 도입되는 공기는 산소 20.99%, 질소와 아르곤 78.98%, 이산화탄소 0.03%의 조성을 가진다. 2차 리포머에서 나오는 혼합 가스는 수소 76%, 질소와 아르곤 23.39%, 메탄 0.65%의 조성을 가진다. 혼합 가스중 일부가 1차 리포머에 회수된다. 회수되지 않은 혼합 가스는 암모니아 합성탑으로 이송되어 암모니아를 제조하게 된다. 이 혼합 가스중 일부가 고순도 수소 가스 생산 설비(PSA Unit)로 이송되어 99.999%의 고순도 수소 가스를 제조하게 된다. 고순도 수소 가스 생산 설비에서 나오는 42%의 순도를 가지는 수소는 암모니아 합성탑으로 회수된다.

[실시예 2]

액상 상태의 부탄을 예열기로 이송한다. 예열기를 통과한 가스는 탈유황탑으로 이송되어 유황 성분이 0.5ppm 이하로 제거된다. 부탄을 과열 수증기와 혼합하여 1차 리포머에 이송한 후 니켈을 주성분으로 한 촉매층을 통과하면서 반응시킨다. 1차 리포머를 나온 혼합 가스는 2차 리포머에 보내지고 2차 리포머의 연소부로 산소를 이송한다. 도입되는 산소는 산소 99.6%, 질소와 아르곤 0.4%의 조성을 가진다. 2차 리포머에서 나오는 혼합 가스는 수소 99.2%, 메탄 0.8%의 조성을 가진다. 혼합 가스중 일부가 1차 리포머에 회수된다. 회수되지 않은 혼합 가스는 암모니아 합성탑으로 이송되어 별도로 도입되는 질소 가스와 반응하여 암모니아를 제조하게 된다. 수소 가스의 순도가 99.2% 이상이 필요하면 혼합 가스중 일부를 고순도 수소 가스 생산 설비(PSA Unit)로 이송하여 99.999%의 고순도 수소 가스를 제조하게 된다. 고순도 수소 가스 생산 설비에서 나오는 96%의 순도를 가지는 수소는 암모니아 합성탑으로 회수된다.

따라서 본 발명의 효과는 2차 리포머에 산소 연소 방식을 도입하여 수소 가스를 생산할 경우, 고순도 수소 가스 생산 설비의 효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있고, 일산화탄소의 농도를 증가시킬 수 있으며 또한 기존의 공기 연소 방식에서 사용되는 대용량 공기 압축기의 운휴로 전력 사용량을 대폭 절감할 수 있는 장점이 있어 경제적인 것이다.

Claims (3)

1. 암모니아 공장에서 요구되는 부탄을 주성분으로 하는 원료가스를 1차 리포머에 통과시키고, 2차 리포머에서 산소 98% 이상을 지닌 산소기체와 연소 반응시켜 일산화탄소 및 이산화탄소를 제거시킴을 특징으로 하는 순도 98% 이상의 고순도 수소가스의 제조방법
2. 제1항에 있어서, 생성된 고순도 수소가스를 고순도 수소가스 생산설비(PSA. 유니트)에 도입시켜 99.999% 이상의 고순도 수소가스를 제조하는 방법
3. 제1항의 방법에 의해 생성된 고순도 수소가스를 별도의 질소가스와 반응시켜 암모니아를 생산하는 방법