KR20090006152A - 중순도 이산화탄소 회수 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일반적으로 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 스트림(예: 합성가스)으로부터 약 ≥80 mole%의 순도를 갖는 CO2를 회수하기 위한 진공 압력 순환 흡착(VPSA) 방법 및 장치에 관한 것이다. CO2 VPSA에 공급되는 공급물은 주위 압력 초과 압력 상태에 있을 수 있다. CO2 VPSA 유닛은 두 스트림, 즉 H2 농축 스트림 및 CO2 생성물 스트림을 생성한다. 이들 공정 주기 단계는 그 공정으로부터의 H2 손실이 최소이거나 또는 전혀 없도록 선택된다. 회수된 CO2는 추가로 업그레이드될 수 있거나, 격리될 수 있거나 또는 증진된 석유 회수법(EOR) 같은 응용에 이용될 수 있다.
Figure P1020087026752
중순도 이산화탄소, 진공 압력 순환 흡착, 증기 메탄 개질, 물-가스 전환

Description

중순도 이산화탄소 회수 방법{PROCESS TO RECOVER MEDIUM PURITY CARBON DIOXIDE}
일반적으로, 본 발명은 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 스트림(예: 합성가스)으로부터 약 ≥80 mole%의 순도를 갖는 이산화탄소(CO2)를 회수하기 위한 진공 압력 순환 흡착(VPSA) 방법 및 장치에 관한 것이다. CO2 VPSA에 공급되는 공급물은 주위 압력 초과 압력 상태일 수 있다. CO2 VPSA 유닛은 두 스트림, 즉 H2 농축 스트림 및 CO2 생성물 스트림을 생성한다. 이 공정 주기 단계는 추가 가공 장비를 필요로 하지 않고 그 공정으로부터의 H2 손실이 최소이거나 전혀 없도록 선택된다. 회수된 CO2는 추가로 업그레이드될 수 있거나, 격리될 수 있거나, 또는 증진된 석유 회수법(EOR) 같은 응용에 이용될 수 있다.
증기 메탄 개질 반응(SMR)은 수소(H2)를 대량으로 생성하는 일차 공정이다. 다음 반응식 (1)에 따라 천연 가스의 촉매 전환 후 CO 및 H2가 생성된다.
(1) CH4 + H2O <=> CO + 3H2
이 가스 혼합물은 다음 반응식에 따라 전환되어(물-가스 전환 반응에 의해) H2를 추가로 생성한다.
(2) CO + H2O <=> CO2 + H2
물-가스 전환 반응 후, 전형적인 생성물 가스는 약 100 - 500 psia의 압력, 약 60 - 150 ℉의 온도, 및 60 - 80 mole% H2, 15 - 25 mole% CO2, 0.1 - 5 mole% CO, 3 - 7 mole% CH4, 0 - 5 mole% N2의 조성을 가지고, 물로 포화된다. 이어서, 이 가스 혼합물이 압력 순환 흡착(PSA) 유닛에 공급되어 고순도(예: 99% 이상의 순도) H2를 생성한다.
일부 현행 H2 제조 플랜트에서는, 전환 반응기에 의해 생성된 스트림으로부터 CO2를 추출하기 위해 전환 반응기와 H2 PSA 유닛 사이에 아민 유닛을 배치한다. 그러나, 이 방법은 에너지 집약적이다. 게다가, 아민 유닛은 작동하기 어려울 수 있고, 부식, 유체 손실 및 기타 등등 같은 작동상의 문제를 가지고 있는 것으로 알려져 있다.
미국 특허 4,171,206은 SMR 폐가스(off-gas)로부터 높은 CO2 회수율 (99.9+%)로 고순도 CO2 (99.99+%) 및 고순도 H2 (99.99+%)를 제조하는 것에 관한 것이다. 이 특허는 공급 단계 및 재가압 단계 동안에 서로 소통하는 2 열(train)의 흡착 베드를 게재한다. CO2 열의 베드들은 고압의 고순도 CO2에 의한 세정 단계를 이 용한다. 이 단계 다음에 동일 베드의 감압 및 배기가 뒤따른다. 감압 가스는 재압축되어 고압 세정에 이용된다. 고압 고순도 세정 단계로부터의 방류물이 공급부로 재순환된다.
미국 특허 4,299,596은 공급 단계 및 병류 감압 단계 동안 통합되는 2 열의 베드를 이용함으로써 고순도의 두 생성물을 제조하는 것에 관한 것이다. 더 강하게 흡착되는 종을 생성하는 열은 재압축된 후 병류 감압 가스로 정화된다. 병류 감압 가스의 일부는 재가압을 위해 재순환될 수 있다. 배기 및 분출(blowdown) 단계는 더 강하게 흡착되는 종의 일부 및 정화 가스의 일부를 생성한다.
미국 특허 4,770,676은 매립지 가스로부터 메탄 및 CO2를 제조하는 것에 관한 것이다. 이것은 열 순환 흡착(TSA) 및 압력 순환 흡착(PSA)이 통합된 것이다. PSA로부터 발생한 폐기물이 TSA를 재생한다.
미국 특허 4,840,647은 주위 압력의 CO2를 10 - 30% 함유하는 공급물 스트림으로부터 ≥95% CO2를 제조하는 것에 관한 것이다. 공정 단계는 공급, 병류 배기, 생성물을 생성하는 향류 배기 및 재가압 단계이다. 병류 배기된 가스는 압력 균등화/재가압에 이용되어 공급물과 혼합된다.
미국 특허 4,857,083은 가스 혼합물로부터 CO2를 제조하는 것을 고려한다. 공급 단계가 끝날 때, 공급 칼럼의 방출 단부가 배기되는 베드의 유입 단부와 연결되어 그 베드 내의 압력을 감소시킨다. 이어서, 배기에 의해 이산화탄소가 생성된다. 그 다음에 압력 상승 단계가 뒤따른다.
미국 특허 4,913,709는 고순도의 두 생성물을 제조하는 것에 관한 것이다. 참고문헌은 공급 단계와 재가압 단계 동안에 통합되는 2 열의 베드를 사용하는 것을 제안한다. 더 강하게 흡착되는 종을 생성하는 열이 배기 단계 동안 얻어진 더 강하게 흡착되는 종에 의해 정화된다. 이 정화는 저압에서 일어나고, 베드가 감압된 후에 수행된다. 정화 단계 동안의 방류물이 재압축되어 공급물로서 재순환된다.
미국 특허 4,915,711은 1 열의 베드를 사용하여 고순도의 두 생성물을 제조하는 것을 게재한다. 이 베드는 배기 단계 동안 얻어진 더 강하게 흡착되는 종에 의해 정화된다. 이 정화는 저압에서 일어나고, 베드가 감압된 후에 수행된다. 정화 단계 및 감압 단계 동안의 방류물이 재압축되어 공급물로서 재순환된다.
미국 특허 5,026,406은 1 열의 베드를 이용함으로써 고순도의 두 생성물을 제조하는 것을 게재한다. 이 베드는 배기 단계 동안에 얻어진 더 강하게 흡착되는 종에 의해 정화된다. 이 정화는 저압에서 일어나고, 베드가 감압된 후 수행된다. 정화 단계 및 감압 단계 동안의 방류물이 재압축되어 공급물로서 재순환된다.
미국 특허 5,051,115는 가스 혼합물로부터 더 강하게 흡착되는 종을 고순도로 제조한다. 고순도의 강하게 흡착되는 종은 병류 정화 단계를 이용한다. 이 정화 스트림 및 생성물이 배기 단계 동안에 얻어진다. 정화 단계로부터의 방류물이 재가압을 위해 재순환된다.
미국 특허 5,248,322는 4 단계를 갖는 방법에 관한 것이다: 흡착; 감압; 배기, 및 감압 가스 일부에 의한 압력 균등화; 및 재가압. 감압 가스의 제 1 부분 (고압)은 재순환되고, 한편 제 2 부분(저압)은 압력 균등화에 이용된다.
미국 특허 5,354,346은 5 단계를 갖는 방법에 관한 것이다: 흡착; 감압; 저압 병류 정화; 배기, 및 감압 및 저압 정화 방류 가스 일부에 의한 압력 균등화; 및 재가압. 감압 가스의 제 1 부분(고압)은 재순환되고, 한편 제 2 부분(저압) 및 저압 정화 방류 가스의 일부는 압력 균등화에 이용된다.
미국 특허 6,245,127은 저압 가스 혼합물로부터 CO2를 일정한 순도로 제조하는 것을 게재한다. 이것은 동시 정화 및 배기 단계를 이용한다. 향류 정화가 덜 강하게 흡착되는 종에 의해 수행된다.
CO2 회수를 위한 경제적으로 유익한 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 추가로, 이러한 방법 및 장치가 종래 기술에 비해 더 효율적이고 사용이 더 용이한 것이 바람직할 것이다.
발명의 요약
일반적으로, 본 발명은 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 스트림(예: 합성가스)으로부터 약 ≥80 mole%의 순도를 갖는 CO2를 회수하기 위한 진공 압력 순환 흡착 (VPSA) 방법 및 장치에 관한 것이다. CO2 VPSA에 공급되는 공급물은 주위 압력 초과 압력 상태일 수 있다. CO2 VPSA 유닛은 두 스트림, 즉 H2 농축 스트림 및 CO2 생성물 스트림을 생성한다. 이 공정 주기 단계들은 추가 가공 장비를 필요로 하지 않고 공정으로부터의 H2 손실이 최소이거나 전혀 없도록 선택된다.
본 발명에 따라 제조되는 이산화탄소는 요망되는 어떠한 목적에도 이용될 수 있다. 예를 들어, 제한적인 것으로 해석되지 않아야 하지만, 본원에 기술된 바와 같이 제조된 CO2는 식품 등급 품질 생성물(들)을 제조하기 위해 액화에 이용될 수 있거나, 초임계 CO2는 증진된 석유 회수법에 이용될 수 있거나, 또는 단순히 CO2는 규제 요건을 충족시키기 위해서 대기 중에 온실 가스 첨가를 피하기 위해 격리에 이용될 수 있다.
본 발명은 베드(들) 중의 CO2 농도를 증가시키기 위해 흡착제를 고압에서 저압으로 감압시키는 것을 이용한다. CO2 농도가 증가된 후, 추가의 압력 감소에 의해 CO2 생성물이 생성된다. 이것은 일부 흡착제의 경우 고압에서 저압으로의 감압이 흡착 베드(들) 중의 CO2 농도를 증가시킨다는 인식 때문에 달성될 수 있다. 따라서, 종래 기술에서 이용되는 세정, 정화 및/또는 재순환 단계의 필요성이 제거될 수 있다. 이에 따라, 이것은 회전 기계의 일부 부분품(예: 세정 컴프레서 (compressor), 정화 컴프레서, 재순환 컴프레서) 및 관련 동력 요건을 제거할 수 있게 하고, 이렇게 함으로써 종래 기술 시스템보다 작동이 더 간단하고 더 경제적인 방법 및 장치를 제공한다. 제안된 방법은 증기를 필요로 하지 않으며, 따라서 CO2 분리 비용을 감소시킬 것으로 예상된다.
CO2 회수율을 증가시키고 H2 손실을 최소화 또는 제거하기 위해, 본 발명은 감압 가스를 이용해서 저압 베드의 압력을 상승 또는 증가시킨다. 따라서, 베드 감압은 생성물 중의 CO2 농도를 증가시키고, 유닛 중의 다른 베드들과의 균등화에 의해 동시에 CO2 회수율을 증가시키고 H2 손실을 최소화 또는 제거한다.
본 발명의 방법의 다른 중요한 특징은 최종 감압 가스(도 2, 6 또는 7의 단계 5(DPf) 또는 도 5, 10, 11 또는 12의 단계 4(DPf))가 폐기되지 않는다는 점이다. 오히려, 이제 CO2가 농축된 이 가스 스트림은 두 방법 중 어느 한 방법으로 또는 두 방법의 조합으로 이용될 수 있다. 첫째, 최종 감압 가스 스트림은 배기 단계 동안 생성된 CO2와 혼합될 수 있다. 이 실시태양에서, 혼합된 가스는 CO2 생성물을 구성한다. 별법으로, 또는 이에 더하여 추가로, 최종 감압 가스 스트림 전부 또는 일부를 배기 중인 베드를 통해 통과시킬 수 있다. 이 실시태양에서, 배기되는 가스는 CO2 생성물을 구성한다. 이 방법으로, CO2 VPSA로부터의 H2 손실이 최소화되거나 또는 전적으로 제거될 것으로 예상된다.
본 발명의 다른 한 특징은 H2 PSA 유닛에 들어가는 공급 스트림 중의 CO2를 감소시킴으로써 H2 PSA 유닛으로부터의 H2 회수율이 증가될 것으로 예상된다.
CO2 VPSA 장치가 증기 메탄 개질(SMR)/전환 반응기와 H2 PSA 유닛 사이에 설치되는 바람직한 실시태양에서는, H2 PSA 유닛에 들어가는 공급물 스트림 중의 CO2 양이 감소되고, 이렇게 함으로써 H2 PSA 유닛으로부터의 H2 회수율을 증가시킬 수 있다. 본 발명의 다른 실시태양에서, 공급물 스트림은 부분 산화 반응기 또는 기 타 등등에 의해 제공될 수 있다. 이들 실시태양 중 어느 것에서도, CO2 VPSA 유닛에 유입되는 공급물 스트림은 고압(예를 들어, 100 - 500 psia)의 적어도 H2 및 CO2를 함유하는 스트림일 것이다. 위에서 언급한 하드웨어(즉, 회전 기계) 및 상응하는 동력 요건을 제거함으로써, 본 발명은 종래 기술에 비해 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 합성가스 또는 다른 스트림으로부터 CO2를 더 효율적으로 제조할 것으로 예상된다.
본 발명 및 그의 이점에 대한 더 완전한 이해를 위해, 첨부 도면과 결부시킨 다음 상세한 설명을 참고하여야 한다:
도 1은 CO2 VPSA 유닛이 H2 PSA 유닛의 상류에 위치하는 본 발명에 따르는 한 실시태양을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시태양에 따르는, 6 개의 베드, 3 회의 압력 균등화 단계 및 배기 베드를 통하는 유통(flow through)을 갖는 CO2 VPSA 유닛의 주기 단계 도표를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2의 CO2 VPSA 유닛의 개략도이다.
도 4는 도 2 및 3에 나타낸 CO2 VPSA 유닛을 작동하기 위한 밸브 순서를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따르는, 5 개의 베드, 2 회의 압력 균등화 단계 및 배기 베드를 통하는 유통을 갖는 CO2 VPSA 유닛의 다른 주기 단계 도표를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시태양에 따르는, 7 개의 베드, 3 회의 압력 균등화 단계 및 배기 베드를 통하는 유통을 갖는 CO2 VPSA 유닛의 다른 주기 단계 도표를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 한 실시태양에 따르는, 6 개의 베드, 3 회의 압력 균등화 단계 및 직접 혼합을 갖는 CO2 VPSA 유닛의 추가의 주기 단계를 도시하는 도면이다.
도 8은 도 7의 CO2 VPSA 유닛의 개략도이다.
도 9는 도 7 및 8에 나타낸 CO2 VPSA 유닛의 작동을 위한 밸브 순서를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 따르는, 5 개의 베드, 2 회의 압력 균등화 단계 및 직접 혼합을 갖는 CO2 VPSA 유닛의 다른 주기 단계 도표를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 한 실시태양에 따르는, 2 개의 베드에는 연속적으로 공급되고 적어도 2 개의 베드에서는 연속적으로 배기가 일어나는 8 개의 베드, 2 회의 압력 균등화 단계 및 직접 혼합을 갖는 CO2 VPSA 유닛의 다른 주기 단계 도표를 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 한 실시태양에 따르는, 3 개의 베드에는 연속적으로 공급 되고 2 개의 베드에서는 연속적으로 배기가 일어나는 11 개의 베드, 2 회의 압력 균등화 단계 및 직접 혼합을 갖는 CO2 VPSA 유닛의 추가의 주기 단계 도표를 도시하는 도면이다.
위에서 논의한 바와 같이, 본 발명은 일반적으로 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 스트림(예: 합성가스)으로부터 약 ≥ 80 mole%의 순도를 갖는 CO2를 회수하기 위한 진공 압력 순환 흡착 (VPSA) 방법 및 장치에 관한 것이다. CO2 VPSA에 공급되는 공급물은 주위 압력 초과 압력 상태일 수 있다. CO2 VPSA 유닛은 두 스트림, 즉 H2 농축 스트림 및 CO2 생성물 스트림을 생성한다.
본 발명에 따라 제조되는 이산화탄소는 요망되는 어떠한 목적에도 이용될 수 있다. 예를 들어, 제한적인 것으로 해석되지 않아야 하지만, 본원에서 기술된 바와 같이 제조되는 CO2는 식품 등급 품질 생성물(들)을 제조하기 위해 액화에 이용될 수 있거나, 초임계 CO2는 증진된 석유 회수법에 이용될 수 있거나, 또는 단순히 CO2는 규제 요건을 충족시키기 위해서 대기 중에 온실 가스 첨가를 피하기 위해 격리에 이용될 수 있다.
본원에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 본 발명의 방법의 중요한 특징은 최종 감압 가스(도 2, 6 또는 7의 단계 5(DPf) 또는 도 5, 10, 11 또는 12의 단계 4(DPf))가 폐기되지 않는다는 점이다. 오히려, 이 가스 스트림(CO2가 농축됨)은 두 방법 중 어느 한 방법으로 또는 두 방법의 조합으로 이용될 수 있다. 첫째, 최종 감압 가스 스트림은 배기 중인 다른 베드에 의해 생성되는 CO2와 혼합될 수 있다. 이 실시태양에서, 혼합된 가스는 CO2 생성물을 구성한다. 별법으로, 또는 이에 더하여 추가로, 최종 감압 가스 스트림 전부 또는 일부를 배기 중인 베드를 통해 통과시킬 수 있다. 이 실시태양에서, 배기된 가스는 CO2 생성물의 적어도 일부를 구성한다. 이 방법으로, CO2 VPSA로부터의 H2 손실이 최소화되거나 또는 전적으로 제거될 것으로 예상된다.
본 발명의 바람직한 실시태양에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템 (10)이 H2 PSA 유닛 (28)의 상류에 위치하는 CO2 VPSA 유닛 (30)을 포함한다. 위에서 논의한 바와 같이, 천연 가스 (12) 및 증기 (14)가 증기 메탄 개질 반응기 (16)에서 상기 반응식 (1)에 개요한 바와 같이 개질되어 스트림 (18)을 생성할 수 있다. 이어서, 역시 위에서 언급한 바와 같이, 스트림 (18)이 전환 반응기 (20)에 공급되어 상기 반응식 (2)에 개요한 바와 같이 스트림 (22)를 생성한다.
스트림 (22)는 스트림 (24)를 경유해서 CO2 VPSA 유닛 (30)에 공급될 수 있다. 따라서, 밸브 (26)은 전형적으로는 폐쇄 상태로 있을 것이고, CO2 VPSA 유닛이 이용되지 않을 때는 개방 상태로 있다. 당업계 숙련자는 별법으로 밸브 (26)이 요망되는 공정 능력(즉, CO2 회수율)에 의존해서 부분 개방 상태로 있을 수 있음을 인식할 것이다.
도 1에 나타낸 배열이 본 발명에 따르는 방법 및 장치와 함께 이용될 때, H2 PSA 유닛 (28)로부터 더 높은 H2 회수율 (38)을 달성할 것으로 예상되는 H2 농축 공급물 (32)와 함께 CO2 농축 스트림 (36)(예: ≥80 mole%)이 생성될 수 있다. 수소 PSA 유닛 (28)은 또한 플랜트 (10)에 사용하기 위한 연료 (40)도 생성할 수 있다.
본 발명은 CO2 선택성 흡착제층의 감압이 흡착 베드(들) 중의 CO2 농도를 증가시킨다는 것을 인식한다. 더 구체적으로 말하면, 본 발명은 고압(예: 100 - 500 psia)에서 저압(들)(즉, 주위 압력 및/또는 주위 압력 미만 압력)으로 흡착제의 감압이 베드 중의 CO2 농도를 증가시킨다는 것을 인식하고 이용한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 본 발명에 따르는 CO2 유닛에 공급되는 "공급물 스트림"은 약 100 - 500 psia (예: 375 psia)의 압력의 적어도 H2 및 CO2를 함유하는 스트림이다. 여러 번의 감압에 의해 CO2 농도가 증가된 후, 그것은 추가의 압력 감소에 의해 CO2 생성물을 생성하는 데 이용될 수 있다. 일부 흡착제의 경우, 고압에서 저압으로의 감압은 흡착 베드에서 CO2 농도를 증가시킨다. 이 방법의 이 단계를 이용함으로써 종래 기술에서 기술된 수 개의 공정 단계를 제거할 수 있다. 따라서, 회전 기계의 수 개의 부분품(예: 세정 컴프레서, 정화 컴프레서, 재순환 컴프레서) 및 관련 동력 요건이 제거될 수 있고, 따라서 작동을 증진하고 효율을 개선하는 방법 및 시스템을 제공한다.
위에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 CO2 VPSA 방법 및 장치를 이용해서 합성가스 같은 공급 가스로부터 약 80 mole%의 순도를 갖는 CO2를 제조할 수 있다. 본 발명의 한 실시태양에서, 이 방법은 배기 베드를 통하는 유통을 제공한다(예를 들어, 도 2 - 6 참조). 유통 실시태양은 다양한 수의 베드 및 압력 균등화 단계를 이용해서 달성할 수 있다. 예를 들어, 배기 베드를 통하는 유통은 6 개의 베드 및 3 회의 압력 균등화 단계로 달성할 수 있다(도 2 - 4). 별법으로, 배기 베드를 통하는 유통은 5 개의 베드 및 2 회의 압력 균등화 단계(도 5), 또는 7 개의 베드 및 3 회의 압력 균등화 단계(도 6)로 달성할 수 있다. 이들 방법 중 어느 방법이든 그 방법 동안의 어느 시점에서도, 베드들은 다음 카테고리의 단계 중 하나에 있을 것이다: 공급, 감압, 배기, 압력 균등화 및 재가압. 게다가, 도 6에 나타낸 실시태양의 경우에는 주기에 정화 단계가 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 대안적 실시태양에서는, CO2 VPSA 방법 및 장치를 이용해서 직접 혼합에 의해 합성가스 같은 공급 가스로부터 약 80 mole%의 순도를 갖는 CO2를 제조할 수 있다. 이러한 실시태양에서는, 최종 감압 단계(DPf) 동안 생성된 CO2 생성물이 배기 중인 다른 베드를 통해 통과하지 않는다. 오히려, 이 스트림은 배기 베드로부터 나오는 스트림과 직접 혼합된다. 한 바람직한 예시적 실시태양에서, 이것은 6 개의 베드 및 3 회의 압력 균등화 단계를 갖는 CO2 VPSA 유닛(도 7 - 9)으로 달성될 수 있다. 다른 실시태양에서, 이것은 5 개의 베드 및 2 회의 압력 균등화 단계를 갖는 CO2 VPSA 유닛(도 10)으로 달성될 수 있다. 이들 방법 중 어느 방법이든 그 방법 동안 어느 시점에서도, 베드들은 다음 카테고리의 단계 중 하나에 있을 것이다: 공급, 감압, 배기, 압력 균등화 및 재가압.
또, 유통 및 직접 혼합의 조합도 이용될 수 있다. 이러한 실시태양에서, 감압 단계(DPf) 동안 생성된 스트림의 일부는 배기 중인 베드를 통해 유통하고, 나머지는 배기 중인 베드를 빠져나가는 스트림과 직접 혼합된다.
증가된 플랜트 성능이 바람직한 실시태양에서는, 도 11 및 12에 나타낸 실시태양이 이용될 수 있다. 더 구체적으로 말하면, 도 11은 2 회의 압력 균등화 및 8 개의 베드가 직접 혼합과 함께 이용되는 본 발명의 한 실시태양의 주기 단계 도표를 보여준다. 이 실시태양에서는, 2 개의 베드에는 연속적으로 공급되고 적어도 2 개의 베드에서는 연속적으로 배기가 일어난다. 이러한 배열은 플랜트 성능 증가를 허용할 것으로 예상된다. 도 12는 2 회의 압력 균등화 및 11 개의 베드가 직접 혼합과 함께 이용되는 본 발명의 한 실시태양의 주기 단계 도표를 보여준다. 이 실시태양에서는, 3 개의 베드에는 연속적으로 공급되고 2 개의 베드에서는 연속적으로 배기가 일어난다. 이러한 배열은 플랜트 성능 증가를 허용할 것으로 예상된다. 이들 방법 중 어느 방법이든 그 방법 동안 어느 시점에서도, 베드들은 다음 카테고리의 단계 중 하나에 있을 것이다: 공급, 감압, 배기, 압력 균등화 및 재가압.
이들 실시태양 중 어느 실시태양에서도, 각 베드는 바람직하게는 두 층 이상의 흡착제층으로 충전된다. 베드에서 공급 단부쪽의 흡착제층(즉, 물 선택성 흡착제층)의 유형 및 크기는 잔류 수분이 주흡착제층(즉, CO2 선택성 흡착제층)의 성능을 전혀 열화시키지 않도록 하기 위해 공급물 스트림의 수분을 제거하도록 선택된다. 또, 물 선택성 흡착제층은 바람직하게는 불순물(예: 미량의 황 또는 무거운 탄화수소 화합물)이 존재하는 한 이러한 불순물을 공급물 스트림으로부터 제거할 수 있다. 제 2 주흡착제층(즉, CO2 선택성 흡착제층)은 충분한 수분이 제거된 후 공급물 스트림으로부터 CO2를 선택적으로 흡착하는 데 이용된다.
제 1 흡착제층(즉, 물 선택성 흡착제층)의 경우, 활성 알루미나, 실리카겔 또는 제올라이트 분자체 같은 흡착제가 바람직하다. 이들 흡착제는 예시적인 것임을 의도하고, 충분한 수분을 제거할 수 있는 다른 흡착제도 또한 본 발명에 따라 사용하기에 적합하다. 이러한 흡착제(들)의 바람직한 특성은 높은 파쇄 강도 성능, 높은 내마모성, 큰 벌크 밀도, 낮은 입자간 공극, 높은 열용량, 큰 열전도도, 낮은 압력 강하 및 액체 물에서의 안정성을 포함한다.
물 선택성 흡착제층 다음에 있는 주흡착제층(즉, CO2 선택성 흡착제층)은 바람직하게는 다음 특성을 갖는다: 높은 선택도, 높은 작업 성능, 신속한 동력학 및 낮은 흡착열. 이러한 흡착제의 전형적인 예는 NaY, HY, NaX, 실리카겔 및 활성탄을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 주흡착제층(즉, CO2 선택성 층)의 다른 요망되는 물리적 성질은 높은 파쇄 강도, 높은 내마모성, 큰 벌크 밀도, 낮은 입자간 공극, 높은 열용량, 큰 열전도도, 및 공급 단계 및 배기 단계 동안의 낮은 압력 강하를 포함한다.
당업계 숙련자는 흡착제의 특성이 충족되기만 한다면 두 흡착제를 함유하는 복합 혼합층이 본 발명에 이용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 이제, 도 2 - 4를 보면, 6 개의 베드(A1-A6)를 가지고, 합성가스로부터 농축 CO2를 생성하기 위해 배기 베드를 통하는 유통과 함께 10 개의 단계를 이용하는 본 발명의 제 1 실시태양이 도시되어 있다. 공정 단계는 다음을 포함한다:
1. 공급 단계
전환 반응기 (20)에 의해 생성된 약 100 - 500 psia(예를 들어, 약 375 psia)의 높은 압력의 적어도 CO2 및 H2 가스를 함유하는 공급물 스트림 (24)(도 1에 나타냄)은 본 발명의 CO2 VPSA 유닛 쪽으로 방향을 바꾼다. CO2 VPSA 유닛(도 1의 유닛 (30))으로부터 나가는 고압 방류물 (32)(즉, H2 농축 스트림)는 H2 PSA 유닛 (28)로 보내지고, 이에 따라서 이 유닛은 고압 고순도 H2 생성물(도 1의 스트림 (38))을 생성한다. 예정된 시간 후에 또는 공급물 (24)에 대해 베드로부터 CO2 돌파 후에, 공급 단계가 종결된다.
2. 병류(CoC) 감압 1 (DP1)
공급 단계를 마친 CO2 VPSA 베드는 이제 높은 공급 압력(예: 100 - 500 psia) 상태에 있고, 공급물과 동일 방향(도 2에 나타냄) 또는 반대 방향(도 2에 나타내지 않음)에서 중압(예: 80 - 400 psia)으로 감압된다.
3. 병류(CoC) 감압 2 (DP2)
이제 어떤 중압(예: 80 - 400 psia) 상태에 있는 CO2 VPSA 베드는 공급물 유동과 동일 방향(도 2에 나타냄) 또는 반대 방향(도 2에 나타내지 않음)에서 더 낮은 압력(예: 60 - 300 psia)으로 추가 감압된다.
4. 병류(CoC) 감압 3 (DP3)
이제 어떤 중압(예: 60 - 300 psia) 상태에 있는 CO2 VPSA 베드는 공급물 유동과 동일 방향(도 2에 나타냄) 또는 반대 방향(도 2에 나타내지 않음)에서 더 낮은 압력(예: 50 - 200 psia)으로 추가 감압된다.
5. 최종 감압 (DPf)
이제 단계 4를 개시할 때보다 더 낮은 압력(약 50 - 200 psia) 상태에 있는 CO2 VPSA 베드가 공급물 유동과 동일 방향(도 2에 나타냄) 및/또는 반대 방향(도 2에 나타내지 않음)에서 주위 압력(약 20 psia)에 가까운 압력으로 추가 감압된다. 도 2에서 화살표(즉, DPf에서부터 배기 중인 베드로 향한 화살표)로 나타낸 바와 같이, 이 단계(DPf)로부터 나가는 스트림은 배기 중인 베드를 통해 유통한다(예: 도 2에서, 각 주기 단계에서 베드 1에서 베드 6으로, 베드 2에서 베드 1로, 베드 3에서 베드 2로, 베드 4에서 베드 3으로, 베드 5에서 베드 4로, 또는 베드 6에서 베드 5로).
6. 배기
이제 주위 압력 (약 20 psia)에 가까운 CO2 VPSA 베드가 공급물 유동과 동일 방향(도 2에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 2에 나타냄)에서 예정된 낮은 압력인 주위 압력 미만 압력(약 1 - 12 psia)으로 배기된다. 도 2에 나타내고 상기 단계 5 (DPf)를 설명할 때 개요한 바와 같이, 이 베드는 DPf 단계의 다른 한 베드로부터 가스를 받아들인다. 배기 중인 베드로부터 나가는 가스는 CO2 생성물 스트림을 구성한다.
7. 향류(CcC) 압력 균등화 3(PE3)
배기된 베드는 이제 공급물 유동과 동일 방향(도 2에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 2에 나타냄)에서 단계 4(DP3)에서 생성된 가스의 압력 범위(즉, 약 50 - 200 psia)와 압력 균등화된다. 이 단계는 단계 4로부터 생성된 CO2를 VPSA 시스템 내에 유지시킴으로써 CO2 회수율을 증가시킨다. 이것은 CO2를 폐기물 스트림으로 보내야 하는 필요를 제거함으로써 CO2 손실을 최소화한다.
8. 향류(CcC) 압력 균등화 2(PE2)
단계 7에서 압력 균등화된 베드는 이제 공급물 유동과 동일 방향(도 2에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 2에 나타냄)에서 단계 3(DP2)에서 생성된 가스의 압력 범위(즉, 약 60 - 300 psia)와 압력 균등화된다. 이 단계는 단계 3으로부터 생성된 CO2를 VPSA 시스템 내에 유지시킴으로써 CO2 회수율을 증가시킨다. 이것은 CO2를 폐기물 스트림으로 보내야 하는 필요를 제거함으로써 CO2 손실을 최소화한다.
9. 향류(CcC) 압력 균등화 1(PE1)
단계 8에서 압력 균등화된 베드는 이제 공급물 유동과 동일 방향(도 2에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 2에 나타냄)에서 단계 2(DP1)에서 생성된 가스의 압력 범위(즉, 약 80 - 400 psia)와 압력 균등화된다. 이 단계는 단계 2로부터 생성된 CO2를 VPSA 시스템 내에 유지시킴으로써 CO2 회수율을 증가시킨다. 이것은 CO2를 폐기물 스트림으로 보내야 하는 필요를 제거함으로써 CO2 손실을 최소화한다.
10. 재가압(FeRP)
압력 균등화된 베드가 공급 가스에 의해 또는 단계 1의 다른 한 베드로부터 발생한 방류물(즉, 공급 방류물)의 일부에 의해 공급 압력(100 - 500 psia)으로 재가압된다. 공급 압력으로 재가압된 후, 이 베드는 이제 단계 1로 다시 갈 준비를 갖춘다.
상기 10 단계 방법은 CO2 VPSA 유닛의 1 개 베드 당 1 주기가 수행되는 것이다. 배기 중인 베드를 통하는 유통 실시태양을 위한 상기 10 개의 단계들은 유닛의 다른 베드와 주기적 방식으로 수행됨으로써 단계 1로의 공급물 유입 및 단계 1로부터의 공급물 방류가 연속적으로 일어난다. 게다가, 배기 단계(번호 6)도 연속적으로 일어나도록 설계된다. 이것은 진공 펌프가 연속적으로 작동하도록 하는 것을 보장하고, CO2 VPSA 유닛 또는 H2 PSA 유닛으로의 공급에 단절이 없도록 하는 것을 보장한다. 상기 실시태양에서는 핵심 공정 단계의 연속성을 유지시키기 위해 6 개의 흡착 베드가 이용된다.
도 2에 나타낸 주기에 상응하는 CO2 VPSA 방법의 유동 개요 및 예시적인 상응하는 하드웨어가 도 3에 도시되어 있다. 도 3의 여러 개의 밸브는 상기한 바와 같이 6-베드 방법으로 10 개의 단계를 수행하기 위해 도 4에 도시된 방식으로 작동될 수 있다. 나타낸 압력 및 단계 기간은 오직 예시하기 위한 것임을 인식하여야 한다. 당업계 숙련자는 압력 및 단계 기간의 다른 조합이 이용될 수 있음을 인식할 것이다.
상기 설명으로부터 인식할 수 있는 바와 같이, 따라서 본 발명은 베드의 CO2 농도를 증가시키기 위해 하나 이상의 CO2 선택성 흡착제를 고압에서 저압으로 감압시키는 것에 의지한다. CO2 농도가 증가된 후, 그것은 추가 압력 감소에 의해 CO2 생성물을 생성한다. 이것은 일부 흡착제의 경우 고압에서 저압으로의 압력 감소가 흡착제 상의 CO2 농도를 증가시킨다는 인식에 기초해서 가능하다.
도 2 - 4에 나타내고 기술한 실시태양에서는, 최종 감압(단계 5, DPf) 동안에 생성된 가스가 도 2의 주기 단계 도표에서 화살표로 나타낸 바와 같이 배기 중인 베드를 통해 유통한다. 최종 감압 가스 스트림(단계 5)을 이러한 방식으로 이용함으로써, CO2 VPSA 유닛으로부터의 H2 손실이 최소이거나 또는 전혀 없다.
배기 중인 베드를 통한 최종 감압 가스 스트림(DPf)의 유통을 이용하는 추가의 예시적 대안적 실시태양이 도 5 및 6에 도시되어 있다.
이제, 도 5에 대해서 언급하면, 5 개의 베드 및 2 회의 압력 균등화 단계를 이용하는 8 단계 방법의 주기 단계 도표가 나타나 있다. 이들 주기 단계는 DP3 및 PE3가 제거되었다는 점을 제외하고는 도 2에 관해서 위에서 기술한 단계들과 유사한 방식으로 수행된다. 더 구체적으로 말하면, 도 5의 주기 단계들은 다음을 포함한다:
1. 공급 단계
전환 반응기 (20)에 의해 생성된 약 100 - 500 psia(예를 들어, 약 375 psia)의 높은 압력의 적어도 CO2 및 H2 가스를 함유하는 공급물 스트림 (24)(도 1에 나타냄)은 본 발명의 CO2 VPSA 유닛 쪽으로 방향을 바꾼다. CO2 VPSA 유닛(도 1의 유닛 (30))으로부터 나가는 고압 방류물 (32)(즉, H2 농축 스트림)는 H2 PSA 유닛 (28)로 보내지고, 이에 따라서 이 유닛은 고압 고순도 H2 생성물(도 1의 스트림 (38))을 생성한다. 예정된 시간 후에 또는 공급물 (24)에 대해 베드로부터 CO2 돌파 후에, 공급 단계가 종결된다.
2. 병류(CoC) 감압 1 (DP1)
공급 단계를 마친 CO2 VPSA 베드는 이제 높은 공급 압력(예: 100 - 500 psia) 상태에 있고, 공급물과 동일 방향(도 5에 나타냄) 또는 반대 방향(도 5에 나타내지 않음)에서 중압(예: 80 - 400 psia)으로 감압된다.
3. 병류(CoC) 감압 2 (DP2)
이제 어떤 중압(예: 80 - 400 psia) 상태에 있는 CO2 VPSA 베드는 공급물 유동과 동일 방향(도 5에 나타냄) 또는 반대 방향(도 5에 나타내지 않음)에서 더 낮은 압력(예: 60 - 300 psia)으로 추가 감압된다.
4. 최종 감압 (DPf)
이제 단계 4를 개시할 때보다 더 낮은 압력(약 50 - 200 psia) 상태에 있는 CO2 VPSA 베드가 공급물 유동과 동일 방향(도 5에 나타냄) 및/또는 반대 방향(도 5에 나타내지 않음)에서 주위 압력(약 20 psia)에 가까운 압력으로 추가 감압된다. 도 5에서 화살표(즉, DPf에서부터 배기 중인 베드로 향한 화살표)로 나타낸 바와 같이, 이 단계(DPf)로부터 나가는 스트림은 배기 중인 베드를 통해 유통한다(예: 도 5에 나타낸 바와 같이, 각 주기 단계에서 베드 1에서 베드 5로, 베드 2에서 베드 1로, 베드 3에서 베드 2로, 베드 4에서 베드 3으로 또는 베드 5에서 베드 4로).
5. 배기
이제 주위 압력(약 20 psia)에 가까운 CO2 VPSA 베드가 공급물 유동과 동일 방향(도 5에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 5에 나타냄)에서 예정된 낮은 압력인 주위 압력 미만 압력(약 1 - 12 psia)으로 배기된다. 도 5에 나타내고 상기 단계 4 (DPf)를 설명할 때 개요한 바와 같이, 이 베드는 DPf 단계 기간 동안 DPf 단계의 다른 한 베드로부터 가스를 받아들인다. 배기 중인 베드로부터 나가는 가스는 CO2 생성물 스트림을 구성한다.
6. 향류(CcC) 압력 균등화 2(PE2)
배기된 베드는 이제 공급물 유동과 동일 방향(도 5에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 5에 나타냄)에서 단계 3(DP2)에서 생성된 가스의 압력 범위(즉, 약 60 - 300 psia)와 압력 균등화된다. 이 단계는 단계 3으로부터 생성된 CO2를 VPSA 시스템 내에 유지시킴으로써 CO2 회수율을 증가시킨다. 이것은 CO2를 폐기물 스트림으로 보내야 하는 필요를 제거함으로써 CO2 손실을 최소화한다.
7. 향류(CcC) 압력 균등화 1(PE1)
단계 6에서 압력 균등화된 베드는 공급물 유동과 동일 방향(도 5에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 5에 나타냄)에서 단계 1(DP1)에서 생성된 가스의 압력 범위(즉, 약 80 - 400 psia)와 압력 균등화된다. 이 단계는 단계 2로부터 생성된 CO2를 VPSA 시스템 내에 유지시킴으로써 CO2 회수율을 추가로 증가시킨다. 이것은 CO2를 폐기물 스트림으로 보내야 하는 필요를 제거함으로써 CO2 손실을 최소화한다.
8. 재가압(FeRP)
압력 균등화된 베드가 공급 가스에 의해 또는 단계 1의 다른 한 베드로부터 발생한 방류물(즉, 공급 방류물)의 일부에 의해 공급 압력(100 - 500 psia)으로 재가압된다. 공급 압력으로 재가압된 후, 이 베드는 이제 단계 1로 다시 갈 준비를 갖춘다.
상기 8 단계 방법은 CO2 VPSA 유닛의 1 개 베드 당 1 주기가 수행되는 것이다. 배기 중인 베드를 통하는 유통 실시태양을 위한 상기 8 개의 단계들은 유닛의 다른 베드와 주기적 방식으로 수행됨으로써 단계 1로의 공급물 유입 및 단계 1로부터의 공급물 방류가 연속적으로 일어난다. 게다가, 배기 단계(번호 5)도 연속적으로 일어나도록 설계된다. 이것은 진공 펌프가 연속적으로 작동하도록 하는 것을 보장하고, CO2 VPSA 유닛 또는 H2 PSA 유닛으로의 공급에 단절이 없도록 하는 것을 보장한다. 상기 실시태양에서는 핵심 공정 단계의 연속성을 유지시키기 위해 5 개의 흡착 베드가 이용된다.
이제, 도 6에 대해서 언급하면, 7 개의 베드 및 3 회의 압력 균등화 단계를 이용하는 11 단계 방법의 주기 단계 도표가 나타나 있다. 이들 주기 단계는 최종 감압 단계(DPf)와 배기 단계 사이에 추가 단계(Rf)가 포함되었다는 점을 제외하고는 도 2에 관해서 위에서 기술한 단계들과 유사한 방식으로 수행된다. 더 구체적으로 말하면, 도 6의 주기 단계는 다음을 포함한다:
1. 공급 단계
전환 반응기 (20)에 의해 생성된 약 100 - 500 psia(예를 들어, 약 375 psia)의 높은 압력의 적어도 CO2 및 H2 가스를 함유하는 공급물 스트림 (24)(도 1에 나타냄)은 본 발명의 CO2 VPSA 유닛 쪽으로 방향을 바꾼다. CO2 VPSA 유닛(도 1의 유닛 (30))으로부터 나가는 고압 방류물 (32)(즉, H2 농축 스트림)는 H2 PSA 유닛 (28)로 보내지고, 이에 따라서 이 유닛은 고압 고순도 H2 생성물(도 1의 스트림 (38))을 생성한다. 예정된 시간 후에 또는 공급물 (24)에 대해 베드로부터 CO2 돌파 후에, 공급 단계가 종결된다.
2. 병류(CoC) 감압 1 (DP1)
공급 단계를 마친 CO2 VPSA 베드는 이제 높은 공급 압력(예: 100 - 500 psia) 상태에 있고, 공급물과 동일 방향(도 6에 나타냄) 또는 반대 방향(도 6에 나타내지 않음)에서 중압(예: 80 - 400 psia)으로 감압된다.
3. 병류(CoC) 감압 2 (DP2)
이제 어떤 중압(예: 80 - 400 psia) 상태에 있는 CO2 VPSA 베드는 공급물 유동과 동일 방향(도 6에 나타냄) 또는 반대 방향(도 6에 나타내지 않음)에서 더 낮은 압력(예: 60 - 300 psia)으로 추가 감압된다.
4. 병류(CoC) 감압 3 (DP3)
이제 어떤 중압(예: 60 - 300 psia) 상태에 있는 CO2 VPSA 베드는 공급물 유동과 동일 방향(도 6에 나타냄) 또는 반대 방향(도 6에 나타내지 않음)에서 더 낮은 압력(예: 50 - 200 psia)으로 추가 감압된다.
5. 최종 감압 (DPf)
이제 단계 4를 개시할 때보다 더 낮은 압력(약 50 - 200 psia) 상태에 있는 CO2 VPSA 베드가 공급물 유동과 동일 방향(도 6에 나타냄) 및/또는 반대 방향(도 6에 나타내지 않음)에서 주위 압력(약 20 psia)에 가까운 압력으로 추가 감압된다.
6. 수용, 정화 (Rf)
DPf(예: 도 6의 베드 1)에 의해 생성된 스트림은 DPf를 완결하였지만 아직 배기가 일어나지 않는 다른 한 베드(예: 도 6의 베드 7)로 공급된다. 이 시간(Rf 단계 기간) 동안, 방류물(예: 도 6의 베드 7)이 CO2 생성물로서 탱크 (42)로 유동한다. 베드 1의 DPf의 나머지 기간 동안에는, 가스가 배기 중인 베드(예: 도 6의 베드 7)를 통해 유동한다.
7. 배기
이제 주위 압력(약 20 psia)에 가까운 CO2 VPSA 베드가 공급물 유동과 동일 방향(도 6에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 6에 나타냄)에서 예정된 낮은 압력인 주위 압력 미만 압력(약 1 - 12 psia)으로 배기된다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 이 베드(베드 1)는 DPf 단계의 다른 한 베드(베드 2)로부터 가스를 받아들인다. 배기 중인 베드로부터 나가는 가스는 CO2 생성물 스트림의 적어도 일부를 구성한다.
8. 향류(CcC) 압력 균등화 3(PE3)
배기된 베드는 이제 공급물 유동과 동일 방향(도 2에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 2에 나타냄)에서 단계 4(DP3)에서 생성된 가스의 압력 범위(즉, 약 50 - 200 psia)와 압력 균등화된다. 이 단계는 단계 4로부터 생성된 CO2를 VPSA 시스템 내에 유지시킴으로써 CO2 회수율을 증가시킨다. 이것은 CO2를 폐기물 스트림으로 보내야 하는 필요를 제거함으로써 CO2 손실을 최소화한다.
9. 향류(CcC) 압력 균등화 2(PE2)
단계 7에서 압력 균등화된 베드는 이제 공급물 유동과 동일 방향(도 6에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 6에 나타냄)에서 단계 3(DP2)에서 생성된 가스의 압력 범위(즉, 약 60 - 300 psia)와 압력 균등화된다. 이 단계는 단계 3으로부터 생성된 CO2를 VPSA 시스템 내에 유지시킴으로써 CO2 회수율을 증가시킨다. 이것은 CO2를 폐기물 스트림으로 보내야 하는 필요를 제거함으로써 CO2 손실을 최소화한다.
10. 향류(CcC) 압력 균등화 1(PE1)
단계 9에서 압력 균등화된 베드는 이제 공급물 유동과 동일 방향(도 6에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 6에 나타냄)에서 단계 2(DP1)에서 생성된 가스의 압력 범위(즉, 약 80 - 400 psia)와 압력 균등화된다. 이 단계는 단계 2로부터 생성된 CO2를 VPSA 시스템 내에 유지시킴으로써 CO2 회수율을 증가시킨다. 이것은 CO2를 폐기물 스트림으로 보내야 하는 필요를 제거함으로써 CO2 손실을 최소화한다.
11. 재가압(FeRP)
압력 균등화된 베드가 공급 가스에 의해 또는 단계 1의 다른 한 베드로부터 발생한 방류물(즉, 공급 방류물)의 일부에 의해 공급 압력(100 - 500 psia)으로 재가압된다. 공급 압력으로 재가압된 후, 이 베드는 이제 단계 1로 다시 갈 준비를 갖춘다. 상기 11 단계 방법은 CO2 VPSA 유닛의 1 개 베드 당 1 주기가 수행되는 것이다.
배기 중인 베드를 통하는 유통 실시태양을 위한 상기 11 개의 단계들은 유닛의 다른 베드와 주기적 방식으로 수행됨으로써 단계 1로의 공급물 유입 및 단계 1로부터의 공급물 방류가 연속적으로 일어난다. 게다가, 배기 단계(번호 7)도 연속적으로 일어나도록 설계된다. 이것은 진공 펌프가 연속적으로 작동하도록 하는 것을 보장하고, CO2 VPSA 유닛 또는 H2 PSA 유닛으로의 공급에 단절이 없도록 하는 것을 보장한다. 상기 실시태양에서는 핵심 공정 단계의 연속성을 유지시키기 위해 7 개의 흡착 베드가 이용된다.
상기한 바와 같이, 최종 감압 단계(DPf) 동안 생성된 가스를 배기 중인 베드를 통해 및/또는 그것이 배기 단계로 가기 전에 유통함으로써, CO2 VPSA 유닛으로부터의 H2 손실을 전부 또는 실질적으로 전부 제거할 수 있다(도 2 - 6). 다른 실시태양(도 7 - 12)에서는, 두 스트림(즉, DPf 및 배기로부터의 방류물)을 직접 혼합함으로써 H2 손실이 거의 또는 전혀 일어나지 않을 수 있다.
이제, 도 7 - 9를 보면, 6 개의 베드(A1-A6)를 가지고, 합성가스로부터 최종 CO2 농축 가스를 생성하기 위해 DPf 단계 및 배기 단계로부터의 CO2 가스의 직접 혼합과 함께 10 개의 단계를 이용하는 본 발명의 실시태양이 도시되어 있다. 공정 단계는 다음을 포함한다:
1. 공급 단계
전환 반응기 (20)에 의해 생성된 약 100 - 500 psia(예를 들어, 약 375 psia)의 높은 압력의 적어도 CO2 및 H2 가스를 함유하는 공급물 스트림 (24)(도 1에 나타냄)은 본 발명의 CO2 VPSA 유닛 쪽으로 방향을 바꾼다. CO2 VPSA 유닛(도 1의 유닛 (30))으로부터 나가는 고압 방류물 (32)(즉, H2 농축 스트림)는 H2 PSA 유닛 (28)로 보내지고, 이에 따라서 이 유닛은 고압 고순도 H2 생성물(도 1의 스트림 (38))을 생성한다. 예정된 시간 후에 또는 공급물 (24)에 대해 베드로부터 CO2 돌파 후에, 공급 단계가 종결된다.
2. 병류(CoC) 감압 1 (DP1)
공급 단계를 마친 CO2 VPSA 베드는 이제 높은 공급 압력(예: 100 - 500 psia) 상태에 있고, 공급물과 동일 방향(도 7에 나타냄) 또는 반대 방향(도 7에 나타내지 않음)에서 중압(예: 80 - 400 psia)으로 감압된다.
3. 병류(CoC) 감압 2 (DP2)
이제 어떤 중압(예: 80 - 400 psia) 상태에 있는 CO2 VPSA 베드는 공급물 유동과 동일 방향(도 7에 나타냄) 또는 반대 방향(도 7에 나타내지 않음)에서 더 낮은 압력(예: 60 - 300 psia)으로 추가 감압된다.
4. 병류(CoC) 감압 3 (DP3)
이제 어떤 중압(예: 60 - 300 psia) 상태에 있는 CO2 VPSA 베드는 공급물 유동과 동일 방향(도 7에 나타냄) 또는 반대 방향(도 7에 나타내지 않음)에서 더 낮은 압력(예: 50 - 200 psia)으로 추가 감압된다.
5. 최종 감압 (DPf)
이제 단계 4를 개시할 때보다 더 낮은 압력(약 50 - 200 psia) 상태에 있는 CO2 VPSA 베드가 공급물 유동과 동일 방향(도 7에 나타내지 않음) 및/또는 반대 방향(도 7에 나타냄)에서 주위 압력(약 20 psia)에 가까운 압력으로 추가 감압되어 도 8에 나타낸 CO2 생성물 (36b)를 생성한다. 이 스트림은 CO2 생성물(도 8의 스트림 (36))의 일부를 구성할 수 있다.
6. 배기
이제 주위 압력 (약 20 psia)에 가까운 CO2 VPSA 베드가 공급물 유동과 동일 방향(도 7에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 7에 나타냄)에서 예정된 낮은 압력인 주위 압력 미만 압력(약 1 - 12 psia)으로 배기된다. 배기 중인 베드로부터 나가는 가스(도 8의 스트림 (36a))는 CO2 생성물 스트림(도면의 스트림 (36))의 일부를 구성한다. 임의로, 스트림 (36a)는 탱크 (42)로 보내지기 전에 송풍기(나타내지 않음)를 이용해서 추가 압축될 수 있다.
7. 향류(CcC) 압력 균등화 3(PE3)
배기된 베드는 이제 공급물 유동과 동일 방향(도 7에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 7에 나타냄)에서 단계 4(DP3)에서 생성된 가스의 압력 범위(즉, 약 50 - 200 psia)와 압력 균등화된다. 이 단계는 단계 4로부터 생성된 CO2를 VPSA 시스템 내에 유지시킴으로써 CO2 회수율을 증가시킨다. 이것은 CO2를 폐기물 스트림으로 보내야 하는 필요를 제거함으로써 CO2 손실을 최소화한다.
8. 향류(CcC) 압력 균등화 2(PE2)
단계 7에서 압력 균등화된 베드는 이제 공급물 유동과 동일 방향(도 7에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 7에 나타냄)에서 단계 3(DP2)에서 생성된 가스의 압력 범위(즉, 약 60 - 300 psia)와 압력 균등화된다. 이 단계는 단계 3으로부터 생성된 CO2를 VPSA 시스템 내에 유지시킴으로써 CO2 회수율을 증가시킨다. 이것은 CO2를 폐기물 스트림으로 보내야 하는 필요를 제거함으로써 CO2 손실을 최소화한다.
9. 향류(CcC) 압력 균등화 1(PE1)
단계 8에서 압력 균등화된 베드는 이제 공급물 유동과 동일 방향(도 7에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 7에 나타냄)에서 단계 2(DP1)에서 생성된 가스의 압력 범위(즉, 약 80 - 400 psia)와 압력 균등화된다. 이 단계는 단계 2로부터 생성된 CO2를 VPSA 시스템 내에 유지시킴으로써 CO2 회수율을 증가시킨다. 이것은 CO2를 폐기물 스트림으로 보내야 하는 필요를 제거함으로써 CO2 손실을 최소화한다.
10. 재가압(FeRP)
압력 균등화된 베드가 공급 가스에 의해 또는 단계 1의 다른 한 베드로부터 발생한 방류물(즉, 공급 방류물)의 일부에 의해 공급 압력(100 - 500 psia)으로 재가압된다. 공급 압력으로 재가압된 후, 이 베드는 이제 단계 1로 다시 갈 준비를 갖춘다. 도 7에 추가로 나타낸 바와 같이, CO2 생성물 (36)은 생성물 탱크 (42)에 의해 스트림 (36b)(단계 6) 및 (36a)(단계 7)로부터 생성된다. 생성물 (36)은 약 80 mole% 이상의 CO2 순도 수준을 가질 것으로 예상된다.
상기 10 단계 방법은 CO2 VPSA 유닛의 1 개 베드 당 1 주기가 수행되는 것이다. 이 직접 혼합 실시태양을 위한 상기 10 개의 단계들은 유닛의 다른 베드와 주기적 방식으로 수행됨으로써 단계 1로의 공급물 유입 및 단계 1로부터의 공급물 방류가 연속적으로 일어난다. 게다가, 배기 단계(번호 6)도 연속적으로 일어나도록 설계된다. 이것은 진공 펌프가 연속적으로 작동하도록 하는 것을 보장하고, CO2 VPSA 유닛 또는 H2 PSA 유닛으로의 공급에 단절이 없도록 하는 것을 보장한다. 상기 실시태양에서는 핵심 공정 단계의 연속성을 유지시키기 위해 6 개의 흡착 베드가 이용된다.
도 7에 나타낸 주기에 상응하는 CO2 VPSA 방법의 유동 개요 및 예시적인 상응하는 하드웨어가 도 8에 도시되어 있다. 도 8의 여러 개의 밸브는 상기한 바와 같이 6-베드 방법으로 10 개의 단계를 수행하기 위해 도 9에 도시된 방식으로 작동될 수 있다.
나타낸 압력 및 단계 기간은 오직 예시하기 위한 것임을 인식하여야 한다. 당업계 숙련자는 압력 및 단계 기간의 다른 조합이 이용될 수 있음을 인식할 것이다. 도 7 - 9에 나타내고 기술한 실시태양에서는, 최종 감압 단계(DPf) 동안에 생성된 가스가 단계 6으로부터 배기되는 가스와 혼합된다. 따라서, CO2 VPSA 유닛으로부터의 H2 손실이 최소이거나 또는 전혀 없다.
최종 감압 가스 스트림(DPf)과 배기 베드에 의해 생성된 가스의 직접 혼합을 이용하는 다른 예시적 실시태양이 도 10에 도시되어 있다.
이제, 도 10에 대해서 언급하면, 5 개의 베드 및 2 회의 압력 균등화 단계를 이용하는 8 단계 방법의 주기 단계 도표가 나타나 있다. 이들 주기 단계는 단계 DP3 및 PE3가 제거되었다는 점을 제외하고는 도 7에 관해서 위에서 기술한 단계들과 유사한 방식으로 수행된다. 더 구체적으로 말하면, 도 10의 주기 단계들은 다음을 포함한다:
1. 공급 단계
전환 반응기 (20)에 의해 생성된 약 100 - 500 psia(예를 들어, 약 375 psia)의 높은 압력의 적어도 CO2 및 H2 가스를 함유하는 공급물 스트림 (24)(도 1에 나타냄)은 본 발명의 CO2 VPSA 유닛 쪽으로 방향을 바꾼다. CO2 VPSA 유닛(도 1의 유닛 (30))으로부터 나가는 고압 방류물 (32)(즉, H2 농축 스트림)는 H2 PSA 유닛 (28)로 보내지고, 이에 따라서 이 유닛은 고압 고순도 H2 생성물(도 1의 스트림 (38))을 생성한다. 예정된 시간 후에 또는 공급물 (24)에 대해 베드로부터 CO2 돌파 후에, 공급 단계가 종결된다.
2. 병류(CoC) 감압 1 (DP1)
공급 단계를 마친 CO2 VPSA 베드는 이제 높은 공급 압력(예: 100 - 500 psia) 상태에 있고, 공급물과 동일 방향(도 10에 나타냄) 또는 반대 방향(도 10에 나타내지 않음)에서 중압(예: 80 - 400 psia)으로 감압된다.
3. 병류(CoC) 감압 2 (DP2)
이제 어떤 중압(예: 80 - 400 psia) 상태에 있는 CO2 VPSA 베드는 공급물 유동과 동일 방향(도 10에 나타냄) 또는 반대 방향(도 10에 나타내지 않음)에서 더 낮은 압력(예: 60 - 300 psia)으로 추가 감압된다.
4. 최종 감압 (DPf)
이제 단계 4를 개시할 때보다 더 낮은 압력(약 50 - 200 psia) 상태에 있는 CO2 VPSA 베드가 공급물 유동과 동일 방향(도 10에 나타내지 않음) 및/또는 반대 방향(도 10에 나타냄)에서 주위 압력(약 20 psia)에 가까운 압력으로 추가 감압되어 CO2 생성물 (36b)를 생성한다. 이 스트림은 CO2 생성물(스트림 (36))의 일부를 구성할 수 있다.
5. 배기
이제 주위 압력(약 20 psia)에 가까운 CO2 VPSA 베드가 공급물 유동과 동일 방향(도 10에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 10에 나타냄)에서 예정된 낮은 압력인 주위 압력 미만 압력(약 1 - 12 psia)으로 배기된다. 배기 중인 베드로부터 나가는 가스(도 8의 스트림 (36a))는 CO2 생성물 스트림(도면의 스트림 (36))의 일부를 구성한다. 임의로, 스트림 (36a)는 탱크 (42)로 보내지기 전에 송풍기(나타내지 않음)를 이용해서 추가 압축될 수 있다.
6. 향류(CcC) 압력 균등화 2(PE2)
배기된 베드는 이제 공급물 유동과 동일 방향(도 10에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 10에 나타냄)에서 단계 3(DP2)에서 생성된 가스의 압력 범위(즉, 약 60 - 300 psia)와 압력 균등화된다. 이 단계는 단계 3으로부터의 CO2를 VPSA 시스템 내에 유지시킴으로써 CO2 회수율을 증가시킨다. 이것은 CO2를 폐기물 스트림으로 보내야 하는 필요를 제거함으로써 CO2 손실을 최소화한다.
7. 향류(CcC) 압력 균등화 1(PE1)
단계 6에서 압력 균등화된 베드는 공급물 유동과 동일 방향(도 10에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 10에 나타냄)에서 단계 2(DP1)에서 생성된 가스의 압력 범위(즉, 약 80 - 400 psia)와 압력 균등화된다. 이 단계는 단계 2로부터 생성된 CO2를 VPSA 시스템 내에 유지시킴으로써 CO2 회수율을 추가로 증가시킨다. 이것은 CO2를 폐기물 스트림으로 보내야 하는 필요를 제거함으로써 CO2 손실을 최소화한다.
8. 재가압(FeRP)
압력 균등화된 베드가 공급 가스에 의해 또는 단계 1의 다른 한 베드로부터 발생한 방류물(즉, 공급 방류물)의 일부에 의해 공급 압력(100 - 500 psia)으로 재가압된다. 공급 압력으로 재가압된 후, 이 베드는 이제 단계 1로 다시 갈 준비를 갖춘다. 이산화탄소 생성물 (36)은 생성물 탱크 (42)에 의해 스트림 (36b)(단계 4) 및 (36a)(단계 5)로부터의 CO2로 생성된다.
상기 8 단계 방법은 CO2 VPSA 유닛의 1 개 베드 당 1 주기가 수행되는 것이다. 이 직접 혼합 실시태양을 위한 상기 8 개의 단계들은 유닛의 다른 베드와 주기적 방식으로 수행됨으로써 단계 1로의 공급물 유입 및 단계 1로부터의 공급물 방류가 연속적으로 일어난다. 게다가, 배기 단계(번호 5)도 연속적으로 일어나도록 설계된다. 이것은 진공 펌프가 연속적으로 작동하도록 하는 것을 보장하고, CO2 VPSA 유닛 또는 H2 PSA 유닛으로의 공급에 단절이 없도록 하는 것을 보장한다. 상기 실시태양에서는 핵심 공정 단계의 연속성을 유지시키기 위해 5 개의 흡착 베드가 이용된다.
또, 본 발명은 더 많은 양의 CO2를 생성하고 따라서 높은 플랜트 성능을 생성하도록 개질될 수 있을 것으로 예상된다. 예를 들어, 단일의 진공 열 또는 단일의 용기에 의해 다룰 수 있는 것보다 더 높은 공급물 유동 속도를 생성할 필요가 있을 수 있거나 또는 요망될 수 있다(유동화 또는 수송 제한 때문). 이러한 상황에서, 공정 단계는 공정 내내 2 개 이상의 베드에는 공급되고 2 개 이상의 베드에서는 배기가 일어나도록 배열될 수 있다. 이러한 예시적 주기 단계 도표 및 배열은 도 11 및 12에 나타나 있다. 별법으로, 또는 이에 더하여 추가로, 다수의 열이 이용될 수 있다.
도 7에 나타낸 직접 혼합 공정 주기를 6-베드 파일럿 유닛으로 시험하였고, 이것은 쉽게 규모 확대할 수 있을 것으로 예상된다. 칼럼의 내경(ID)은 2.17 inch이고, 충전된 베드 높이는 130 inch이었다. 칼럼은 1.3 lb의 상업적으로 입수가능한 활성 알루미나, 10.2 lb의 상업적으로 입수가능한 1/16" NaY 펠렛으로 충전하였고, 상부 공극은 3" 세라믹 구로 충전하였다. 공급물은 2.8% CO, 15.7% CO2, 6.3% CH4 및 0.2% N2를 함유하고, 나머지는 H2이었다. 공급물은 375 psia이었다. 이 공정은 그것이 주기적 정상 상태에 이를 때까지 주기적 방식으로 실시하였다. 최종 감압 단계(DPf)에서는 약 70 psia에서 약 20 psia로 감압이 일어났다. 그 다음에 약 4 psia가 되도록 배기하였다. 이산화탄소 회수율은 약 83% 순도로 약 86%이었다.
상기 방법들은 100 psia 초과, 더 바람직하게는 300 psia 초과(예: 375 psia)의 공급 압력에서 작동할 수 있다. 이 공급 가스 중의 이산화탄소는 바람직하게는 10 mole% 초과, 가장 바람직하게는 15 mole% 초과(예: 15 - 25 mole%)이어야 한다. 공급 온도는 약 40 - 200 ℉, 더 바람직하게는 약 60 - 150 ℉, 가장 바람직하게는 약 100 ℉일 수 있다.
본 발명의 다른 실시태양에서는, 감압 가스 같은 중간 가스 스트림의 일부를 저장하기 위해 공정 주기의 흡착 베드 중의 일부 대신에 저장 탱크를 추가할 수 있 다. 이들 저장 탱크의 목적은 CO2 VPSA 유닛 안으로 및 밖으로의 유동을 연속적으로 유지시키는 것이다.
따라서, 본 발명은 합성가스로부터 중순도(예: 약 ≥ 80 mole%) CO2를 회수하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시태양에 따르면, 일정한 공급물이 있고 일정한 생성물이 생성되며, 불필요한 탱크(들)를 제거하도록 회전 기계가 연속적으로 움직인다. 그러나, 흡착 베드의 수를 제한해야 할 이유(예: 흡착제 비용이 높음)가 있다면, 위에서 설명한 바와 같이 흡착 용기 대신에 저장 탱크가 이용될 수 있다. 모든 베드가 동일 주기를 거치는 한, 이들 요인을 고려해서 베드 수를 최소화해야 한다.
CO2 VPSA 유닛으로 유입되는 공급물은 주위 압력 초과 압력 상태일 수 있고, 상기한 바와 같이 CO2 생성물이 생성될 수 있다. CO2 VPSA 유닛이 H2 PSA 유닛의 상류에 설치될 때, CO2를 추출하여 H2 PSA 공급물 스트림 중의 H2 분압을 증가시킴으로써 H2 회수율이 증가할 것으로 예상된다. 회수된 CO2는 제조된 대로 이용될 수 있거나, 또는 동일자로 출원된 공동 소유의 샤(Shah) 등의 미국 특허 출원 11/395,137(발명의 명칭: "Carbon Dioxide Production Method")에 나타낸 바와 같이 추가로 업그레이드될 수 있고, 이 문헌의 전체 내용은 본원에 참고로 인용한다. 이어서, 회수된 CO2는 이용될 수 있거나, 격리될 수 있거나, 또는 증진된 석유 회수법(EOR)과 같은 응용에 이용될 수 있다.
당업계 숙련자는 본 발명이 CO2 VPSA 유닛이 SMR/전환 반응기의 하류, H2 PSA 유닛의 상류에 배치되는 실시태양에 제한되지 않는다는 것을 인식할 것이다. 또, 본 발명은 예를 들어 위에서 정의한 어떠한 공급 스트림과도 함께 부분 산화 반응기를 이용해서 이용될 수 있다.
또, 몇몇 경우에서는 압력 균등화 단계가 제거될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 이러한 경우, 압력 균등화되지 않은 가스가 생성물 스트림에 공급될 수 있다. 따라서, CO2 순도가 감소될 수 있다. 이것은 스트림 (36)에 더 많은 H2 및/또는 CO2가 존재할 수 있기 때문에 H2 및/또는 CO2 회수율을 감소시킬 수 있다.
당업계 숙련자는 상기한 특정 실시태양들이 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위해 다른 구조를 개질 또는 설계하기 위한 기반으로서 이용될 수 있다는 것을 인식하여야 한다. 또, 당업계 숙련자는 이러한 균등한 구조가 첨부된 특허 청구 범위에 나타낸 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어나지 않는다는 것을 알아야 한다.

Claims (20)

  1. 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 다성분 가스 혼합물을 예정된 시간 동안 제 1 압력 범위 내의 제 1 압력에서 하나 이상의 흡착 베드에 공급하여 H2 농축 스트림을 생성하고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 1 감압 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 반대 방향에서 제 1 압력으로부터 제 2 압력 범위 내의 제 2 압력으로 감압시키고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 2 감압 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 반대 방향에서 제 2 압력으로부터 제 3 압력 범위 내의 제 3 압력으로 감압시키고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 3 감압 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 반대 방향에서 제 3 압력으로부터 제 4 압력 범위 내의 제 4 압력으로 감압시키고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 최종 감압 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 공급물 유동과 반대 방향에서 제 4 압력으로부터 주위 압력에 가까운 압력 범위로 감압시켜서 CO2 생성물의 적어도 제 1 부분을 생성하고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 공급물 유동과 반대 방향에서 주위 압력에 가까운 압력으로부터 주위 압력 또는 주위 압력 미만 압력으로 배기시켜서 CO2 생성물 의 적어도 제 2 부분을 생성하고, 배기 단계 동안에 상기 하나 이상의 흡착 베드가 CO2 생성물의 제 1 부분의 적어도 일부를 받아들이고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 1 압력 균등화 단계에서 공급물 유동과 반대 방향에서 압력 균등화시키고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 2 압력 균등화 단계에서 공급물 유동과 반대 방향에서 추가로 압력 균등화시키고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 3 압력 균등화 단계에서 공급물 유동과 반대 방향에서 추가로 압력 균등화시키고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 재가압 단계에서 제 1 압력 범위로 재가압시키는
    것을 포함하며, 주기적으로 반복되는, 하나 이상의 CO2 선택성 흡착제를 함유하는 하나 이상의 흡착 베드를 함유하는 진공 압력 순환 흡착(VPSA) 유닛에서 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 다성분 가스 혼합물로부터 CO2를 회수하기 위한 진공 압력 순환 흡착(VPSA) 방법.
  2. 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 다성분 가스 혼합물을 예정된 시간 동안 제 1 압력 범위 내의 제 1 압력에서 하나 이상의 흡착 베드에 공급하여 H2 농축 스트림을 생성하고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 1 감압 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 반대 방향에서 제 1 압력으로부터 제 2 압력 범위 내의 제 2 압력으로 감압시키고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 2 감압 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 반대 방향에서 제 2 압력으로부터 제 3 압력 범위 내의 제 3 압력으로 감압시키고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 최종 감압 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 공급물 유동과 반대 방향에서 제 3 압력으로부터 주위 압력에 가까운 압력 범위로 감압시켜서 CO2 생성물의 적어도 제 1 부분을 생성하고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 공급물 유동과 반대 방향에서 주위 압력에 가까운 압력으로부터 주위 압력 또는 주위 압력 미만 압력으로 배기시켜서 CO2 생성물의 적어도 제 2 부분을 생성하고, 배기 단계 동안에 상기 하나 이상의 흡착 베드가 CO2 생성물의 제 1 부분의 적어도 일부를 받아들이고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 1 압력 균등화 단계에서 공급물 유동과 반대 방향에서 압력 균등화시키고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 2 압력 균등화 단계에서 공급물 유동과 반대 방향에서 추가로 압력 균등화시키고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 재가압(RP) 단계에서 제 1 압력 범위로 재가압시키는
    것을 포함하며, 주기적으로 반복되는, 하나 이상의 CO2 선택성 흡착제를 함유하는 하나 이상의 흡착 베드를 함유하는 진공 압력 순환 흡착(VPSA) 유닛에서 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 다성분 가스 혼합물로부터 CO2를 회수하기 위한 진공 압력 순환 흡착(VPSA) 방법.
  3. 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 다성분 가스 혼합물을 예정된 시간 동안 제 1 압력 범위 내의 제 1 압력에서 하나 이상의 흡착 베드에 공급하여 H2 농축 스트림을 생성하고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 1 감압 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 반대 방향에서 제 1 압력으로부터 제 2 압력 범위 내의 제 2 압력으로 감압시키고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 2 감압 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 반대 방향에서 제 2 압력으로부터 제 3 압력 범위 내의 제 3 압력으로 감압시키고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 3 감압 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 반대 방향에서 제 3 압력으로부터 제 4 압력 범위 내의 제 4 압력으로 감압시키고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 최종 감압 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 공급물 유동과 반대 방향에서 제 4 압력으로부터 주위 압력에 가까운 압력 범 위로 감압시켜서 CO2 생성물의 적어도 제 1 부분을 생성하고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 공급물 유동과 반대 방향에서 주위 압력에 가까운 압력으로부터 주위 압력 또는 주위 압력 미만 압력으로 배기시켜서 CO2 생성물의 적어도 제 2 부분을 생성하고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 1 압력 균등화 단계에서 공급물 유동과 반대 방향에서 압력 균등화시키고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 2 압력 균등화 단계에서 공급물 유동과 반대 방향에서 추가로 압력 균등화시키고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 3 압력 균등화 단계에서 공급물 유동과 반대 방향에서 추가로 압력 균등화시키고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 재가압 단계에서 제 1 압력 범위로 재가압시키는
    것을 포함하며, 주기적으로 반복되는, 하나 이상의 CO2 선택성 흡착제를 함유하는 하나 이상의 흡착 베드를 함유하는 진공 압력 순환 흡착(VPSA) 유닛에서 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 다성분 가스 혼합물로부터 CO2를 회수하기 위한 진공 압력 순환 흡착(VPSA) 방법.
  4. 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 다성분 가스 혼합물을 예정된 시간 동안 제 1 압력 범위 내의 제 1 압력에서 하나 이상의 흡착 베드에 공급하여 H2 농축 스트림을 생성하고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 1 감압 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 반대 방향에서 제 1 압력으로부터 제 2 압력 범위 내의 제 2 압력으로 감압시키고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 2 감압 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 반대 방향에서 제 2 압력으로부터 제 3 압력 범위 내의 제 3 압력으로 감압시키고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 최종 감압 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 공급물 유동과 반대 방향에서 제 3 압력으로부터 주위 압력에 가까운 압력 범위로 감압시켜서 CO2 생성물의 적어도 제 1 부분을 생성하고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 공급물 유동과 반대 방향에서 주위 압력에 가까운 압력으로부터 주위 압력 또는 주위 압력 미만 압력으로 배기시켜서 CO2 생성물의 적어도 제 2 부분을 생성하고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 1 압력 균등화 단계에서 공급물 유동과 반대 방향에서 압력 균등화시키고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 2 압력 균등화 단계에서 공급물 유동과 반대 방향에서 추가로 압력 균등화시키고,
    상기 하나 이상의 흡착 베드를 재가압 단계에서 제 1 압력 범위로 재가압시 키는
    것을 포함하며, 주기적으로 반복되는, 하나 이상의 CO2 선택성 흡착제를 함유하는 하나 이상의 흡착 베드를 함유하는 진공 압력 순환 흡착(VPSA) 유닛에서 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 다성분 가스 혼합물로부터 CO2를 회수하기 위한 진공 압력 순환 흡착(VPSA) 방법.
  5. 공급 단계, 감압 단계, 배기 단계, 압력 균등화 단계 및 재가압 단계를 포함하고, 주기적 방식으로 정상 상태에서 수행되며, 하나 이상의 CO2 생성물 스트림으로부터 H2 농축 스트림이 생성되고 최종 CO2 생성물이 생성되며, 최종 CO2 생성물이 약 ≥80 mole% CO2의 순도를 갖는 것인, 각 베드가 하나 이상의 CO2 선택성 흡착제를 함유하는 둘 이상의 흡착 베드를 함유하는 진공 압력 순환 흡착(VPSA) 유닛에서 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 다성분 가스 혼합물로부터 CO2를 회수하기 위한 진공 압력 순환 흡착(VPSA) 방법.
  6. 제 1 항, 제 3 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 흡착 베드의 수가 6 개의 베드를 포함하는 방법.
  7. 제 2 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 흡착 베드의 수가 5 개의 베드를 포함하는 방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 흡착 베드의 수가 7 개의 베드를 포함하는 방법.
  9. 제 5 항에 있어서, 흡착 베드의 수가 8 개의 베드를 포함하는 방법.
  10. 제 5 항에 있어서, 흡착 베드의 수가 11 개의 베드를 포함하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 압력 범위가 100 - 500 psia인 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 압력 범위가 80 - 400 psia인 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 3 압력 범위가 60 - 300 psia인 방법.
  14. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 4 압력 범위가 50 - 200 psia인 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 주위 압력에 가까운 압력의 압력 범위가 약 20 psia인 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 주위 압력 미만 압력의 압력 범위가 1 - 12 psia인 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, H2 농축 스트림이 H2 압력 순환 흡착(PSA) 유닛에 공급되는 방법.
  18. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 하나 이상의 베드가 물 선택성 흡착제 및 CO2 선택성 흡착제를 함유하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 물 선택성 흡착제가 활성 알루미나, 실리카겔, 제올라이트 분자체 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, CO2 선택성 흡착제가 NaY, HY, NaX, 실리카겔, 활성탄 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는 방법.
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