KR20040103950A - 미정제 가스로부터 메르캅탄을 제거하는 방법 - Google Patents

미정제 가스로부터 메르캅탄을 제거하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스, 구체적으로는 H2S 및 메르캅탄 형태의 황 불순물과 CO2가 존재하는, 예를 들면 천연 가스와 같은 탄화수소 함유 가스를 정제하는 방법에 관한 것이다. 미정제 가스로부터 H2S 및 메르캅탄 형태의 바람직하지 못한 황 물질을 제거하기 위해서는, 상기 미정제 가스를 흡수 및 재생 컬럼에 공급하여 여기서 세척한 다음, 흡수 및 재생 컬럼으로부터 3개의 가스 스트림을 뽑아낸다. 제1 폐가스 스트림은 클라우스 플랜트에 공급하고, H2S가 저농도로 존재하는 제2 고유황 가스 스트림은 추가의 흡수 장치에 공급하며, 메르캅탄을 함유한 유용한 가스로 구성된 제3 가스 스트림은 냉각시켜서 흡착 장치에 공급한다. 본 발명은 상기 흡착 장치로부터 유용한 정제 가스는 뽑아내고 메르캅탄을 함유한 가스 스트림은 세척 공정에 도입한 다음, 메르캅탄을 함유한 이 농축 가스를 클라우스 플랜트에 공급하는 것을 특징으로 한다.

Description

미정제 가스로부터 메르캅탄을 제거하는 방법{METHOD FOR ELIMINATING MERCAPTAN FROM CRUDE GAS}
WO 97/26069 문서에는 메르캅탄 및 H2S 형태의 황 오염 불순물이 존재하는, 이산화탄소 및 황을 함유한 가스를 정제하는 방법이 기재되어 있다. 제1 흡수 공정에서는, 가스로부터 황 오염 불순물을 분리함으로써 청정 가스 스트림과 고유황 가스(sour gas) 스트림을 생성한 다음, 고유황 가스를 수소첨가하여 대부분의 메르캅탄을 H2S로 전환시킨다. 수소첨가된 고유황 가스는 제2 흡수/재생 플랜트(plant)에 도입하여, 고유황 가스를 클라우스 플랜트(Claus plant)에 도입되는 H2S가 풍부한 제1 가스 스트림과, 후연소 공정에 공급되는 소량의 H2S를 함유한 제2 가스 스트림으로 분리한다. 클라우스 플랜트에 이어지는 테일 가스(tail gas) 후처리 공정에서는 H2S를 추가로 환원시켜 H2S가 풍부한 가스를 회수한다.
이 방법의 단점은 가스로부터 제거할 수 있는 황 및 메르캅탄의 양의 너무 소량이라는 것이다. 선행 기술에 따르면, 미정제 가스로부터 95 wt% 이상의 황을 제거하는 것은 큰 수고를 들였을 경우에만 가능하다.
본 발명은 가스, 구체적으로는 CO2뿐만 아니라 H2S 및 메르캅탄 형태의 황 불순물로 오염된, 예를 들면 천연 가스와 같은 탄화수소 가스를 정제하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 우선적인 목적은 H2S 및 메르캅탄 형태의 바람직하지 못한 황 함유 물질을 제거함으로써 탄화수소 가스를 정제하는 개선된 방법을 고안하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이 목적은 미정제 가스를 흡수 및 재생 컬럼에 도입하여 여기서 세척한 다음, 이 흡수 및 재생 컬럼으로부터 3개의 가스 스트림을 회수하여, 제1 배출 가스 스트림은 클라우스 플랜트에 공급하고, H2S가 10 내지 30 vol%의 저농도로 존재하는 제2 고유황 가스 스트림은 또다른 흡수 플랜트에 공급하며, 메르캅탄이 존재하는 유용한 가스인 제3 가스 스트림은 냉각시켜서 흡착 플랜트에 공급한 다음, 이 흡착 플랜트로부터 저유황 가스(sweet gas)는 회수하고 메르캅탄 함유 가스 스트림은 세척함으로써 해결할 수 있다. 세척 단계로는, 바람직하게는 예를 들면 퓨리졸 플랜트(Purisol plant)인 물리적 세척 단계를 사용하는데, 여기서 메르캅탄이 고농도로 존재하는 소량의 가스는 클라우스 플랜트에 도입하고 흡착 플랜트의 재생 공정으로부터 공동흡착된 유용한 가스 부분은 연료 가스로서 회수한다. 클라우스 플랜트에서는, 메르캅탄 가스를 완전히 연소시킨다.
제2 고유황 가스 스트림을 클라우스 플랜트에 도입하기 전에, 먼저 흡수 공정에서 강화한 다음 강화 세척 단계에서 용액을 재생한다는 사실로 인해, 고유황 가스 스트림은 보다 높은 H2S 농도를 가지기 때문에, 클라우스 플랜트는 보다 작게 디자인될 수 있다. 제1 흡수 공정에서의 가스 스트림 처리 및 테일 가스 세척 단계에서의 클라우스 배출 가스 처리 뿐만 아니라 클라우스 플랜트에서의 농축 H2S 함유 가스 및 메르캅탄 스트림 처리도 전체 플랜트의 황 회수율을 증가시킨다.
고유황 가스를 강화하기 위한 흡수 플랜트가 알칼리액을 덜 소비하고 오직 1개의 재생 컬럼만이 요구되도록 하기 위해서는, 잔류 클라우스 가스의 수소첨가 공정 다음에 배치한 흡수 플랜트로부터 H2S 함유 용액을 회수하여 고유황 가스를 강화하기 위한 흡수 플랜트에 도입한다.
황 회수율은 강화 흡수 공정으로부터의 가스를 수소첨가 공정에 도입하여 황 성분을 H2S로 전환시킨 다음, 테일 가스의 흡수 후처리 공정에 도입함으로써 증가한다.
이제 공정의 구체예를 도면을 참조하여 예시의 방식으로 설명할 것이다.
라인(1)을 통해서 미정제 가스를 흡수 및 재생 컬럼(2)을 포함하는 제1 세척 단계에 도입하여 여기서 세척했다. 재생 공정으로부터의 제1 배출 가스 스트림(5)을 클라우스 플랜트(14)에 직접 도입했다. 이 배출 가스 스트림(5)은 주로 80 vol% 이하의 탄화수소 및 20 vol% 이하의 CO2와 소량의 메르캅탄(0.3 vol% 이하) 및 H2S(5 vol% 이하)로 구성되어 있다.
H2S가 30 vol% 이하의 저농도로 존재하는 제2 고유황 가스 스트림(4)을 또다른 흡수 플랜트(15)에 도입하여 라인 (26) 및 (27)로부터의 비적재 용매로 강화했다. H2S가 적재된 용매를 흡수 플랜트(15)에서 재생 플랜트(17)로 도입했다. 흡수 플랜트(15)로부터의 가스(CO297 vol% 이하 및 메르캅탄 0.2 vol% 이하)를 라인(18)을 통해서 수소첨가 공정(22)에 공급했다.
H2S가 60 vol% 이하의 고농도로 존재하는 고유황 가스를 라인(19)을 통해 재생 공정(17)에서 클라우스 플랜트(14)로 도입했다.
가장 많은 함량의 메르캅탄이 존재하는 유용한 가스인 제3 가스 스트림(3)을 흡수 및 재생 컬럼(2)으로부터 회수하여, 냉각(6)시키고 라인(7)을 통해 흡착 공정(8)에 공급했다. 이 흡착 공정(8)으로부터의 유용한 가스는 라인(9)을 통해서 예를 들면 액화인 추가 공정에 공급했다. 메르캅탄 함유 가스 스트림(10)은 물리적 세척 단계에 도입하여, 공동흡착된 유용한 가스는 라인(12)을 통해 연료 가스로서 회수하고, 고농축 메르캅탄 가스는 라인(13)을 통해 클라우스 플랜트(14)에 공급했다. 메르캅탄 스트림은 퓨리졸 용매의 재생 공정에서 회수했다. 양은 적지만, 메르캅탄 농도는 10 vol% 내지 60 vol%로 매우 고농도이다. 퓨리졸 플랜트(11)에 대한 대안으로서, 또다른 물리적 또는 물리화학적 세척 단계가 가능하다. 그러나, 지나치게 많은 CH4가 흡수된다는 단점은 동일하다. 클라우스 플랜트(14)에서는, 메르캅탄을 완전히 연소시켰다. 이로부터 수득된 SO2를 라인(19)의 고유황 가스로부터의 H2S와반응시켜 황을 형성시켰다. 수득된 액체 황을 라인(21)을 통해 회수하여 추가 용도에 공급했다. 이로써, 높은 황 회수율이 달성되었다. 클라우스 플랜트(14)는 반응을 수행하기 위한 복수개의 촉매 반응기와 연소용 노(爐)로 구성된, 그 자체로서 알려져 있는 플랜트이다. 클라우스 플랜트(14)에서는, 항상 이른바 잔류 클라우스 가스가 수득되는데, 이것은 액화되지 않은 원소 황 외에 미반응 이산화황 및 H2S를 함유한다. 이 잔류 가스를 라인(20)을 통해 회수하여 후처리함으로써, 황 회수율을 증가시킨다. 잔류 클라우스 가스를 라인(20)을 통해서 수소화 플랜트(22)에 공급하고, 또한 여기에 라인(18)을 통해서 흡수 플랜트(15)로부터의 가스도 공급했다. 수소첨가 공정에서는, SO2를 H2S로 전환시켜 라인(23)을 통해 흡수 플랜트(24)로 공급했다. 흡수 플랜트(24)로부터의 용액을 라인(26)을 통해서 강화 흡수 공정(15)에 도입하여 H2S를 추가로 흡수했다. 잔류한 H2S 함유 가스는 라인(25)을 통해 흡수 플랜트(24)로부터 회수하여 연소 공정에 공급했다.
하기 표는 개별적인 라인에서의 가스 스트림 분석을 나타낸다. 라인 (16), (26), (27) 및 (28)의 액체 공정 스트림은 나타내지 않았다.
표에 나타낸 값에 상응하는 미정제 가스를 라인(1)을 통해 흡수 및 재생 컬럼(2)에 도입하여 여기서 세척했다. 약 76 vol%의 탄화수소 및 약 13 vol%의 CO2와 소량의 메르캅탄 및 H2S로 구성된, 재생 공정으로부터의 제1 배출 가스 스트림(5)을클라우스 플랜트(14)에 직접 도입했다.
H2S가 저농도(20.5 vol%)로 존재하는 제2 고유황 가스 스트림(4)을 흡수 플랜트(15)에 도입하여, 라인 (26) 및 (27)로부터의 비적재 또는 거의 적재되지 않은 용매로 강화했다. H2S가 적재된 용매를 흡수 플랜트(15)에서 재생 플랜트(17)로 도입했다. 약 96 vol% CO2및 약 0.2 vol%의 메르캅탄이 존재하는 가스를 라인(18)을 통해 흡수 플랜트(15)에서 수소첨가 공정(22)으로 공급했다. H2S가 고농도(43.8 vol%)로 존재하는 고유황 가스를 라인(19)을 통해 재생 공정(17)에서 클라우스 플랜트(14)로 도입했다.
메르캅탄 함량이 약 0.01 vol%인 제3 가스 스트림(3)을 흡수 및 재생 컬럼(2)으로부터 회수하여, 냉각(6)시키고 라인(7)을 통해 흡착 공정(8)에 공급했다. 이 흡착 공정(8)으로부터의 유용한 가스는 라인(9)을 통해서 예를 들면 액화인 추가 공정에 공급했다. 메르캅탄 함유 가스 스트림은 물리적 세척 단계에 도입하여, 유용한 가스 부분은 라인(12)을 통해 연료 가스로서 회수하고, 고농축 메르캅탄 가스는 라인(13)을 통해 클라우스 플랜트(14)에 공급했다. 메르캅탄 스트림은 퓨리졸 용매의 재생 공정에서 회수했다. 양은 적지만, 메르캅탄 농도는 약 54 vol%로 매우 고농도였다. 클라우스 플랜트(14)에서는, 메르캅탄을 완전히 연소시켰다. 생성된 SO2를 라인(19)의 고유황 가스로부터의 H2S와 반응시켜 황을 수득했다. 수득된 액체 황을 라인(21)을 통해 회수하여 추가 용도에 공급했다. 클라우스 플랜트의 잔류 가스는 주로 CO2, N2, 및 H2O 성분으로 구성되어 있으며, 이는 라인(20)을 통해서 회수했다.

Claims (5)

  1. 미정제 가스를 흡수 및 재생 컬럼(2)에 도입하여 여기서 세척한 다음, 이 흡수 및 재생 컬럼(2)으로부터 3개의 가스 스트림(3, 4, 5)을 회수하여, 제1 배출 가스 스트림(5)은 클라우스 플랜트(Claus plant; 14)에 도입하고, H2S가 30 vol% 이하의 농도로 존재하는 제2 가스 스트림(4)은 또다른 흡수 플랜트(15)에 공급하는, 미정제 가스로부터 메르캅탄을 제거하는 방법으로서, 메르캅탄이 존재하는 유용한 가스인 제3 가스 스트림(3)은 냉각(6)시켜서 흡착 플랜트(8)에 공급한 다음, 이 흡착 플랜트(8)로부터 정제된 유용한 가스(9)는 회수하고 메르캅탄 함유 가스 스트림(10)은 세척 단계(11)에 도입하며, 또한 이 농축 메르캅탄 함유 가스(13)는 클라우스 플랜트(14)에 공급하는 것을 특징으로 하는, 미정제 가스로부터 메르캅탄을 제거하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 세척 단계(11)가 물리적 세척 단계인 것을 특징으로 하는, 미정제 가스로부터 메르캅탄을 제거하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 제2 가스 스트림(4)을 흡수 플랜트(15)에서 강화시켜, 생성된 용액(16)을 재생 공정(17)에 공급한 다음, 여기서 생성된 H2S 농축 가스(19)를 클라우스 플랜트(14)에 공급하는 것을 특징으로 하는, 미정제 가스로부터 메르캅탄을 제거하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 잔류 클라우스 가스(20)의 수소첨가 공정(22) 다음에 배치한 흡수 플랜트(24)로부터 H2S 함유 용액(26)을 회수하여 고유황 가스(sour gas)용 흡수 플랜트(15)에 도입하는 것을 특징으로 하는, 미정제 가스로부터 메르캅탄을 제거하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 강화 흡수 공정(15)으로부터의 가스를 수소첨가 공정(22)에 도입한 다음 흡수 플랜트(24)에 도입하는 것을 특징으로 하는, 미정제 가스로부터 메르캅탄을 제거하는 방법.
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