KR20110010489A - Ｃｏｇ로부터 일산화탄소와 수소의 혼합가스를 회수하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, (a)COG(Coke Oven Gas)를 가스반응기에 공급하여 메탄의 이산화탄소 개질 반응 및 메탄의 수증기 개질 반응 중에서 선택되는 하나 이상의 방법을 수행하는 단계; 및 (b)상기 가스반응기로부터 일산화탄소와 수소의 혼합가스를 회수하는 단계를 포함하는 COG로부터 일산화탄소와 수소의 혼합가스를 회수하는 방법에 관한 것이다. 상기의 방법에 의하면, 종래에 단순히 연소 원료로 사용하던 COG로부터 효율적으로 고부가가치를 갖는 일산화탄소와 수소의 혼합가스를 회수하는 것이 가능하며, 이러한 혼합가스는 고부가가치를 갖는 다양한 가스 및 화합물로 가공될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 COG의 가치를 크게 높이는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명의 방법에 의하면 다른 공정에서 부산물로 생성되는 이산화탄소를 도입하여 반응시키는 것도 가능하므로, 이산화탄소의 처리비용을 절감하면서 고부가가치의 가스를 생산할 수 있어서 매우 경제적이며 환경적인 측면에서도 유리한 효과가 제공된다.
활성탄, 하수슬러지, 탄화물, 활성화

Description

ＣＯＧ로부터 일산화탄소와 수소의 혼합가스를 회수하는 방법{Method for collecting mixed gas of carbon monoxide and hydrogen from COG}
본 발명은 COG(Coke Oven Gas)로부터 일산화탄소와 수소의 혼합가스를 회수하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 COG를 메탄의 이산화탄소 개질 반응 및 메탄의 수증기 개질 반응을 이용하여 개질하여 그로부터 일산화탄소와 수소의 혼합가스를 회수하는 방법에 관한 것이다.
석탄을 건류하여 코크스를 제조할 때서 발생되는 COG(Coke Oven Gas)는 수소, 메탄, 일산화탄소 등으로 구성되어 있으며, 구체적인 조성은 하기의 표1에 기재된 바와 같다.
Figure 112009045537186-PAT00001
이러한 COG는 조업 중의 공정에 필요한 열원이나 발전에 필요한 연료로 대부분 사용되고 있다. 그런데, COG를 단순히 연소 원료로 사용하는 것은 상기 표1에 기재된 바와 같은 COG의 성분 구성으로 볼 때 자원낭비적인 요소가 많다. 따라서, COG를 가공하여 그로부터 고부가가치를 갖는 가스나 화합물을 제조하는 연구가 필요한 실정이다.
그러나, 아직까지 COG의 효율적인 활용방안에 대한 연구는 활발히 이루어지지 않고 있다.
본 발명은, COG의 효율적인 활용방안에 관한 것으로서, COG로부터 고부가가치를 갖는 일산화탄소와 수소의 혼합가스를 효율적으로 회수하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은,
(a)COG(Coke Oven Gas)를 가스반응기에 공급하여 메탄의 이산화탄소 개질 반응 및 메탄의 수증기 개질 반응 중에서 선택되는 하나 이상의 반응을 수행하는 단계; 및
(b)상기 가스반응기로부터 일산화탄소와 수소의 혼합가스를 회수하는 단계를 포함하는 COG로부터 일산화탄소와 수소의 혼합가스를 회수하는 방법을 제공한다.
본 발명의 방법은 상기 (a)단계에서 가스반응기에 COG(Coke Oven Gas)와 함께 다른 공정에서 부산물로 얻어지는 이산화탄소를 공급하여 반응시키는 것도 가능하다.
본 발명의 방법에 의하면, 종래에 단순히 연소 원료로 사용하던 COG로부터 효율적으로 고부가가치를 갖는 일산화탄소와 수소의 혼합가스를 회수하는 것이 가 능하며, 이러한 혼합가스는 고부가가치를 갖는 다양한 가스 및 화합물로 가공될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 COG의 가치를 크게 높이는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 방법에 의하면 다른 공정에서 부산물로 생성되는 이산화탄소를 도입하여 반응시키는 것도 가능하므로, 이산화탄소의 처리비용을 절감하면서 고부가가치의 가스를 생산할 수 있어서 매우 경제적이며 환경적인 측면에서도 유리한 효과가 제공된다.
본 발명은,
(a)COG(Coke Oven Gas)를 가스반응기에 공급하여 메탄의 이산화탄소 개질 반응 및 메탄의 수증기 개질 반응 중에서 선택되는 하나 이상의 반응을 수행하는 단계; 및
(b)상기 가스반응기로부터 일산화탄소와 수소의 혼합가스를 회수하는 단계를 포함하는 COG로부터 일산화탄소와 수소의 혼합가스를 회수하는 방법에 관한 것이다.
상기에서 메탄의 이산화탄소 개질 반응과 메탄의 수증기 개질 반응은 예컨대, 다음의 화학식으로 표시될 수 있다.
(1)CH4 + CO2 → 2H2 + 2CO
(2)CH4 + H2O → 3H2 + CO
상기 가스반응기는 메탄의 이산화탄소 개질 반응기 또는 메탄의 수증기 개질 반응기일 수 있다.
상기 메탄의 이산화탄소 개질 반응기는 다음과 같은 반응이 일어날 수 있도록 구성된 반응기를 의미한다.
CH4 + CO2 → 2H2 + 2CO
이산화탄소는 열역학적으로 안정한 화합물이므로 반응성이 매우 낮은 단점이 있다. 따라서 적당한 촉매 및 반응 조건 하에서 이산화탄소를 연료 및 유용한 제조 원료로 사용하기 위한 이산화탄소의 개질 반응은 최근 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 메탄의 이산화탄소 개질반응은 값싼 탄소 함유 자원의 하나인 메탄을 활용하여 온실가스인 이산화탄소를 처리하고 합성가스(CO+H2)를 얻을 수 있고, 수증기 개질 반응에 비해 고농도의 일산화탄소가 함유된 합성 가스를 얻을 수 있어서 C1 화학분야 물질 합성에 유리하다.
이산화탄소 개질 반응은 니켈, 철, 코발트 촉매나, 백금, 팔라듐 등의 귀금속 촉매를 사용하여 연구가 진행되고 있다. 귀금속 촉매는 니켈 담지 촉매보다 활성이 높고 코크 생성에 대한 저항성이 큰 장점이 있지만, 높은 가격과 한정된 이용 면에서 고려할 때 니켈 촉매의 효용이 더 나은 면이 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 구체적인 촉매로는 Ni/Al2O3, Ni/La2O3, ICI 46-1(Imperial Chemical Industries Ltd), Ni/ZSM-5, Ni/MCM-41, Ni/KIT-1 등을 들 수 있으며, 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상이 함께 사용될 수 있다.
상기 메탄의 수증기 개질 반응기는 다음과 같은 반응이 일어날 수 있도록 구성된 반응기를 의미한다.
CH4 + H2O → 3H2 + CO
상기 수증기 개질반응도 합성 가스(CO+H2) 생성 반응으로 실제 공정에 적용되어 사용되고 있으며, 이 반응에서는 니켈 알루미나계 촉매를 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 구체적인 촉매로는 Ni(2.6)/Al2O3, Ni(0.9)/Al2O3, Pd (0.05)/ Al2O3, Pd(0.05) Ni(2.6)/Al2O3, Rh(0.05)/Al2O3, Rh(0.05) Ni(2.6)/Al2O3 등을 들 수 있으며, 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상이 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 방법은 상기 (a)단계에서 메탄의 이산화탄소 개질 반응기 또는 메탄의 수증기 개질 반응기에 COG(Coke Oven Gas)와 함께 다른 공정에서 부산물로 얻어지는 이산화탄소를 공급하여 반응시키는 것도 가능하다.
상기와 같이 본 발명의 방법은 다른 공정에서 부산물로 얻어지는 이산화탄소를 활용하는 것이 가능하기 때문에, 이산화탄소의 처리비용이 절감될 뿐만 아니라, 고부가가치를 갖는 일산화탄소와 수소의 혼합가스도 효율적으로 생산할 수 있으므로 매우 효과적이다.
본 발명의 방법에 있어서, 메탄의 이산화탄소 개질 반응기 및 메탄의 수증기 개질 반응기는 이 분야에서 통상적으로 사용되는 방법으로 구성하여 사용될 수 있다.
본 발명의 방법에 의하여 제조된 일산화탄소와 수소의 혼합가스는 암모니아, 메탄올 합성, 초산 제조 등 다양한 공정에 효율적으로 활용될 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 그러나, 이러한 실시예는 본 발명을 좀 더 명확하게 설명하기 위하여 제시되는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 목적으로 제시되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해질 것이다.
실시예 1: COG로부터 일산화탄소와 수소의 혼합 가스 회수
COG(Coke Oven Gas)를 메탄의 이산화탄소 개질 반응기에 공급하여 이산화탄소 개질 반응을 수행하고, 반응이 완료된 후에 반응기로부터 일산화탄소와 수소의 혼합 가스를 회수하였다.
실시예 2: COG로부터 일산화탄소와 수소의 혼합 가스 회수
COG(Coke Oven Gas)를 메탄의 수증기 개질 반응기에 공급하여 수증기의 개질 반응을 수행하고, 반응이 완료된 후에 반응기로부터 일산화탄소와 수소의 혼합 가스를 회수하였다.
실시예 3: COG로부터 일산화탄소와 수소의 혼합 가스 회수
COG(Coke Oven Gas)와 다른 공정에서 부산물로 생성된 이산화탄소를 메탄의 이산화탄소 개질 반응기에 공급하여 이산화탄소 개질 반응을 수행하고, 반응이 완료된 후에 반응기로부터 일산화탄소와 수소의 혼합 가스를 회수하였다.
실시예 4: 이산화탄소 개질 반응에 대한 촉매활성 테스트
이산화탄소 개질 반응에 바람직하게 사용될 수 있는 촉매를 검색하기 위하여 이산화탄소 개질 반응에 하기 표2에 기재된 다양한 촉매를 도입하여 메탄과 이산화탄소의 컨버젼률(%) 및 일산화탄소와 수소가스의 수득률(%)를 측정하였다.
Figure 112009045537186-PAT00002
Ni : 5wt%, 인입가스 조성: CH4:CO2=1:1, F/W=40,000 l/kg/h, T=650℃
실시예 5: 이산화탄소 개질 반응에 대한 촉매활성 테스트
수증기 개질 반응에 바람직하게 사용될 수 있는 촉매를 검색하기 위하여 수증기 개질 반응에 하기 표3에 기재된 다양한 촉매를 도입하여 메탄의 일산화탄소와 수소가스로의 컨버젼률(%) 및 일산화탄소와 수소가스의 수득률(%)을 측정하였다.
Figure 112009045537186-PAT00003
인입가스 조성 : CH4:H2O:O2:Ar=4:3:2:1, W/F=0.07 g h/mol, T=850℃

Claims (3)

  1. (a)COG(Coke Oven Gas)를 가스반응기에 공급하여 메탄의 이산화탄소 개질 반응 및 메탄의 수증기 개질 반응 중에서 선택되는 하나 이상의 반응을 수행하는 단계; 및
    (b)상기 가스반응기로부터 일산화탄소와 수소의 혼합가스를 회수하는 단계를 포함하는 COG로부터 일산화탄소와 수소의 혼합가스를 회수하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스반응기가 메탄의 이산화탄소 개질 반응기 또는 메탄의 수증기 개질 반응기인 것을 특징으로 하는 COG로부터 일산화탄소와 수소의 혼합가스를 회수하는 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 (a)단계에서 가스반응기에 COG(Coke Oven Gas)와 함께 다른 공정에서 부산물로 얻어지는 이산화탄소를 공급하는 것을 특징으로 하는 COG로부터 일산화탄소와 수소의 혼합가스를 회수하는 방법.
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