KR20110031166A - 기체 스트림으로부터 산 가스를 제거하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스 스트림, 특히 천연 가스 스트림, 합성 가스 스트림 등으로부터 산 가스를 제거하는 방법에 관한 것으로, 가스 스트림으로부터 산 가스를 1 이상의 흡수제에 의하여 흡수시킨다. 사용되는 흡수제는 물리적 스크러빙제, 화학적 스크러빙제 및 물의 혼합물이다. 흡수제는 60 중량% 초과의 물리적 스크러빙제를 포함하는데, 여기서 사용되는 물리적 스크러빙제는 모르폴린 유도체이고, 1 이상의 지방족 아민 화합물을 베이스로 하는 화학적 스크러빙제가 사용된다.

Description

기체 스트림으로부터 산 가스를 제거하는 방법{METHOD OF REMOVING ACID GASES FROM A GAS STREAM}
본 발명은 가스 스트림, 특히 천연 가스, 합성 가스 등의 스트림으로부터 산 가스를 제거하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서는 가스 스트림에서 유래하는 산 가스를 1 이상의 흡수제에 의하여 흡수시키고 물리적 스크러빙제, 화학적 스크러빙제 및 물의 혼합물을 흡수제로서 사용한다.
가스 스트림으로부터 산 가스를 제거하는 방법은 실제로 공지이다. 스트리핑 칼럼에서 예컨대 물리적으로 작용하는 흡수제에 의하여 천연 가스 스트림으로부터 산 가스를 추출하는 것이 유용한 것으로 입증되었다. 이러한 방식으로 대부분의 산-가스 성분을 가스 스트림으로부터 제거할 수 있다. 그러나, 실제로 공지된 방법에서는 지나치게 높은 비용을 들여야만 산 가스 성분의 실질적으로 완전한 제거가 가능하다는 것이 단점이다. 이것은 특히 흡수제 칼럼 또는 스트리퍼 칼럼에서 많은 부피의 스크러빙액 순환 및/또는 높은 충전 높이가 필요함을 의미한다. 또한, 물리적 작용 흡수제와 화학적 작용 흡수제 및 물을 함유하는 스크러빙제를 사용하는 방법이 실제로 공지되어 있다.
DE 10 2005 050 385호 [US 2008/0236390호]로부터 가스 스트림으로부터 이산화탄소를 제거하는 방법이 공지이다. 1차 또는 2차 아민 수용액, 물리적 용매 (예컨대, 아세틸모르폴린, N-포르밀모르폴린) 및 임의로 추가의 아민의 혼합물을 흡수제로서 사용한다. 흡수제 중 모르폴린의 비율은 25% 이하이다.
특히 높은 산-가스 분압이 존재할 때, 흡수제 중 화학적 스크러빙제 및 물의 비율로 인하여 물리적 작용 스크러빙제의 비율을 감소시켜야 하므로 물리적 작용 흡수제의 용량이 감소된다는 것이 공지된 방법의 단점이다. 또한, 흡수제 중의 수분 함량 때문에, 특히 높은 산 가스 분압에서, 방법이 실시되는 장치에서의 부식 증가가 예상된다는 것이 단점이다.
이에 대하여, 본 발명의 목적은 가스 스트림으로부터 산 가스 성분을 간단하고 용이하게 제거할 수 있고 상기 개시한 부식 문제를 확실히 회피할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 흡수제가 70 중량% 초과의 물리적 스크러빙제 및 5 중량% 이하의 물을 함유하고 모르폴린 유도체를 물리적 스크러빙제로서 사용하며 1 이상의 지방족 아민을 베이스로 하는 화학적 스크러빙제를 사용하는 것을 특징으로 하는, 가스 스트림, 특히 서두에 언급된 천연 가스, 합성 가스 등의 가스 스트림으로부터 산 가스를 제거하는 방법을 교시한다. 본 발명의 범위내에서, 산 가스 또는 산-가스 성분은 특히 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 시안화수소산(HCN), 황화수소(H2S), 이황화탄소(CS2), 산화탄소 황화물(COS) 및 머캅탄을 의미한다. 유리하게는, 산 가스를 함유하는 가스 스트림을 액체 흡수제가 가스 스트림에 대하여 향류로 흐르는 흡수 칼럼을 통해 안내한다. 가스 또는 가스 스트림 및 흡수제의 균질한 혼합은 산 가스 성분이 흡수제에 의하여 흡수되도록 산 가스를 함유하는 가스 스트림 및 흡수제의 흐름 방향이 반대인 것으로 달성된다. 흡수제의 재생은 스트리핑 칼럼에서 실시하는 것이 유리하다.
흡수제가 주로 1 이상의 물리적 스크러빙제를 함유하는 것은 본 발명의 범위내이다. 물리적 스크러빙제는 하나, 바람직하게는 두 모르폴린 유도체를 포함할 수 있다. 물리적 스크러빙제는 또한 다수 또는 다중 모르폴린 유도체를 함유할 수 있다.
본 발명 방법에 따르면, 화학적 스크러빙제는 1 이상의 지방족 아민 화합물을 함유한다. 산 가스, 특히 H2S는 물리적 스크러빙제 및 화학적 스크러빙제의 조합에 의하여 ppm 범위까지 흡수된다. 본 발명 방법의 바람직한 구체예에 따르면, 화학적 스크러빙제는 2 이상의 아민 화합물을 함유한다.
흡수제가 80 중량% 초과의 물리적 흡수제를 함유하는 것이 권장된다. 본 발명 방법의 바람직한 구체예에서, 흡수제는 약 85 중량% 내지 약 98 중량%, 특히 바람직하게는 약 95 중량%의 물리적 스크러빙제를 함유한다.
흡수제의 함수량을 낮추는 것이 목적이다. 흡수제가 3 중량% 미만의 물을 함유하는 것이 바람직하다. 흡수제의 함수량이 약 1 중량% 또는 심지어 1 중량% 미만인 것은 본 발명의 범위 내이다.
흡수제는 0.1 중량% 내지 30 중량%의 지방족 아민 화합물을 함유할 수 있으며, 지방족 아민 화합물의 비율이 0.1 중량% 내지 25 중량%인 것이 특히 유리하다. 바람직한 구체예에 따르면, 흡수제는 10 중량% 이하의 지방족 아민 화합물, 특히 5 중량% 이하의 지방족 아민 화합물을 함유한다.
흡수제에 함유된 물리적 스크러빙제, 물 및 화학적 스크러빙제 또는 지방족 아민 화합물의 중량% 데이터는 언제나 합해서 100 중량%이다.
특히, N-포르밀모르폴린(NFM) 및/또는 N-아세틸모르폴린(NAM)은 흡수제에 사용되는 물리적 스크러빙제로서 적합하다. 바람직한 구체예에 따르면, 흡수제는 주로 NFM 및 NAM의 혼합물을 포함한다.
아민 화합물이 메틸 디에탄올아민(MDEA), 디에탄올아민(DEA) 및 폴리에틸렌 글리콜 치환된 아민의 군에서 선택되는 1 이상의 성분을 갖는 것은 본 발명의 범위 내이다. 아민이 1 개, 유리하게는 2 개의 폴리에틸렌 글리콜 치환기를 갖는 것이 권장된다. 아민에 3 개의 폴리에틸렌 글리콜 치환기가 제공되는 것도 가능하다.
본 발명은 본 발명에 따른 방법으로 간단하고도 확실하게 가스 스트림으로부터 산 가스를 제거한다는 발견을 기초로 한다. 기능적으로 확실한 방식으로 산 가스를 ppm 범위까지 제거하는 것이 본 발명에 필수적이다. 본 발명 방법을 상이한 산-가스 비율 및 산-가스 조성을 갖는 복수의 가스 스트림에 사용할 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 합성 가스, 특히 산-전환된 합성 가스를 본 발명 방법으로 놀랍게도 선택적 방식으로 탈황할 수 있어, 순수하게 물리적인 용매에 비하여 더 선택적이고 더 비용 효과적인 탈황이 달성된다.
또한, 본 발명은 흡수 칼럼 또는 스트리핑 칼럼의 높이를 실제 공지된 방법에 비하여 본 발명 방법으로 명백히 감소시킬 수 있다는 발견에 기초한다. 또한, 본 발명 방법은 특히 산 전환 후 합성 가스의 선택적 탈황에서 예상밖으로 낮은 순환량의 용매로 실시 가능하다. 본 발명 흡수제 내의 산 가스 또는 산 가스 성분의 물리적 흡수를 위한 분압차는 아민 화합물의 첨가에 의하여 긍정적인 영향을 받는 것으로 나타났다. 이러한 방식으로 특히 제거가 곤란한 황 화합물이 가스 스트림으로부터 확실히 흡수될 수 있다. 낮은 함수량은 본 발명 방법이 실시되는 설비 내에서 부식이 확실히 회피되는 것을 보장한다는 것을 지적해 두어야 한다.

Claims (7)

  1. 가스 스트림에서 유래하는 산 가스를 1 이상의 흡수제에 의하여 흡수시키고, 물리적 스크러빙제, 화학적 스크러빙제 및 물의 혼합물을 흡수제로서 사용하는, 가스 스트림, 특히 천연 가스, 합성 가스 등의 스트림으로부터 산 가스를 제거하는 방법으로서, 흡수제가 70 중량% 초과의 물리적 스크러빙제 및 5 중량% 이하의 물을 함유하고, 모르폴린 유도체를 물리적 스크러빙제로서 사용하며, 화학적 스크러빙제가 1 이상의 지방족 아민을 베이스로 하는 것을 특징으로 하는 제거 방법.
  2. 제1항에 있어서, 흡수제가 80 중량% 초과의 물리적 스크러빙제를 함유하는 것을 특징으로 하는 제거 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 3 중량% 미만의 물이 흡수제에 함유되는 것을 특징으로 하는 제거 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 흡수제가 0.1 중량% 내지 25 중량%의 지방족 아민 화합물, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 10 중량%의 지방족 아민 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 제거 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 흡수제 중에 물리적 스크러빙제로서 적어도 N-포르밀모르폴린(NFM) 및/또는 N-아세틸모르폴린(NAM)이 함유되는 것을 특징으로 하는 제거 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 아민은 메틸 디에탄올아민(MDEA), 디에탄올아민(DEA) 및 폴리에틸렌 글리콜 치환된 아민의 군에서 선택되는 1 이상의 성분을 보유하는 것을 특징으로 하는 제거 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 흡수제가 산-전환된 합성 가스의 선택적 탈황에 사용되는 것을 특징으로 하는 제거 방법.

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