KR20110095294A - 배출 가스 스트림 처리 방법 및 장치 - Google Patents

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잔드라 슈로이더
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쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이.
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Abstract

본 발명은 가스화 공정의 제 1 배출 가스 스트림(60)을 처리하여 암모늄이 풍부한 스트림(170)을 제공하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 따라서, 이러한 방법은, (a) HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함하는 제 1 배출 가스 스트림(60)을 제공하여 산패 슬러리 스트리퍼(50)에서 고체 입자, HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함하는 슬러리 블리드 스트림(720)을 분리함으로써 제 1 배출 가스 스트림(60)과 고체 입자를 포함하는 탈기 처리된 슬러리 스트림(70)을 제공하는 단계와; (b) 1.5 bar 내지 10 bar 의 범위의 작동 압력으로 상기 제 1 배출 가스 스트림(60)이 가수 분해 구역(100)을 통과하여 HCN, COS 및 CS2 가 가수 분해되도록 함으로써 NH3, H2S 및 CO2 를 포함하는 제 2 배출 가스 스트림(110)을 제공하는 단계; 그리고 (c) 암모니아 스크러버(150)에서 수성 산 스트림(180)을 이용하여 상기 제 2 배출 가스 스트림(110)을 습식 세정 처리함으로써 H2S 및 CO2 를 포함하는 제 3 배출 가스 스트림(160)과 암모늄이 풍부한 수성 스트림(170)을 제공하는 단계를 적어도 포함한다.

Description

배출 가스 스트림 처리 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TREATING AN OFF-GAS STREAM}
본 발명은 배출 가스 스트림(off-gas stream), 특히 가스화 발전소의 산패 슬러리 스트리퍼(sour slurry stripper)로부터 나온 배출 가스 스트림을 처리하여 암모늄이 풍부한(ammonium-rich) 스트림을 제공하기 위한 방법에 관한 것이다.
가스화 발전소는 당 업계에 잘 알려진 기술이다. 이러한 발전소에서는, 증기, 질소 및 산소와 함께 탄화수소 공급물(hydrocarbon feed)이 가스화 장치를 통과할 수도 있다. 석탄과 같은 탄화수소 공급물은 부분적으로 산화됨으로써 고온 합성물(합성 가스라고도 한다)과 재(ash)를 생성하는데, 여기서, 재는 슬래그(slag)의 형태일 수도 있다.
본 명세서에서, 합성물 가스 또는 합성 가스는 석탄, 기름 찌꺼기, 폐기물 또는 바이오매스(biomass)의 가스화 공정으로부터 파생되는 일산화탄소, 수소, 비활성 성분 및 이산화탄소의 혼합물에 적용되는 일반적인 용어로서 동의어로 사용되고 있다. 이러한 합성 가스의 주성분은 수소와 일산화탄소이다. 또한, 이산화탄소와 미량의 메탄이 존재하는 경우도 있다. 이러한 합성 가스는, 일단 불필요한 성분의 제거를 위한 적절한 처리가 이루어진 후에는, 액체 탄화수소를 제조하기 위한 피셔-트롭스크(Fischer-Tropsch) 공정에 사용될 수 있는 매우 유용한 공급 원료이다.
가스화 반응에서 발생되는 재는 중력에 의해 하향류 형태로 가스화 장치를 통과하여 소화 탱크(quench tank)로 보내지며, 이곳으로부터 다시 폐기물 저장소로 운반될 수 있다.
전술한 바와 같은 고온 합성 가스의 온도는, 예를 들어, 가스화 장치의 소화부(quench section) 내에서 이루어지는 재활용 합성 가스를 이용한 소화 공정을 통해 낮아질 수 있다. 이후, 소화 과정을 거친 합성 가스가 추가 냉각을 위해 폐열 보일러로 보내짐으로써 냉각 합성 가스 스트림이 제공될 수 있다. 여기서, 폐열 보일러는 합성 가스 냉각기라고도 하며, 고압 증기를 발생시키도록 사용될 수 있다.
이어서, 냉각 합성 가스 스트림은 비산재(fly ash)와 같은 일부 고체 성분의 제거를 위한 건조 고체 제거 유닛으로 이송될 수 있으며, 이에 따라 습윤 고체 함유 합성 가스 스트림이 제공될 수 있다. 이후, 이렇게 해서 얻어진 습윤 고체 함유 합성 가스 스트림은 벤츄리형 스크러버(ventury-type scrubber)와 같은 습식 세정
탑에서 합성 가스로부터 습윤 고체가 분리됨으로써, 슬러리 블리드 스트림(slurry bleed stream) 및 원료 합성 가스 스트림이 제공될 수 있다. 슬러리 블리드 스트림은 보통, 일차 수처리 유닛을 통과하게 된다.
상기 원료 합성 가스 스트림이 가스 스트림 중에 존재하는 HCN, COS 및 CS2 를 가수 분해하기 위한 고압 가수 분해 유닛을 통과함으로써 가수 분해 합성 가스 스트림이 제공될 수 있다. 이후, 가수 분해 합성 가스 스트림은 H2S 및 CO2 를 분리하기 위한 산성 가스 제거 유닛으로 보내질 수 있으며, 이렇게 해서 처리 합성 가스 스트림이 제공될 수 있다.
습윤 고체 함유 합성 가스 스트림으로부터 습윤 고체를 제거하도록 사용되는 습식 세정탑에서 나온 슬러리 블리드 스트림은 산패 슬러리 스트리퍼를 통과할 수 있고, 이러한 산패 슬러리 스트리퍼에서, 슬러리 블리드 스트림은 배출 가스 스트림을 구성하는 황화 수소(H2S), 이산화탄소(CO2), 암모니아(NH3) 및 시안화 수소(HCN)와 같은 기상 성분을 분리하도록 증기를 이용하여 처리될 수 있다. 제 GB-A-1384562 호에 개시된 바에 따르면, H2S 및 HCN을 포함하는 배출 가스 스트림이 적당한 조건 하에서 산소 또는 산소 함유 가스와 접촉을 유지함으로써, 연소 가스와 청정수가 생성된다. 상기와 같은 배출 가스 스트림은 또한, 오염물을 소각하기 위한 클로스 버너(Claus burner)를 통과함으로써, N2, CO2, 황 및 H2O 를 제공할 수 있다. 이와 같이 통상적으로 클로스 버너에서 소각 과정을 거쳐 N2 및 H2O 를 생성하게 되는 제 1 배출 가스 스트림 중에 존재하는 암모니아는 특히, 암모늄계 비료의 제조에 사용될 수 있는 상업적으로 매우 유용한 생성물이다.
본 발명은 산패 슬러리 스트리퍼로부터 나온 배출 가스 스트림을 처리하여 암모늄이 풍부한 스트림을 제공함으로써, 이러한 유용한 성분의 소각을 방지하며 또한 이러한 유용한 성분이 이후, 예를 들어, 비료 생성물로서 사용될 수 있도록 하는 유리한 효과를 달성하기 위한 방법을 제공한다.
이에 따라, 제 1 태양에 따르면, 본 발명은, 가스화 공정의 제 1 배출 가스 스트림을 처리하여 암모늄이 풍부한 스트림을 제공하기 위한 방법으로서,
(a) 산패 슬러리 스트리퍼 내에서 고체 입자, HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함하는 슬러리 블리드 스트림을 분리함으로써, HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함하는 제 1 배출 가스 스트림을 제공하여, 제 1 배출 가스 스트림 및 고체 입자를 포함하는 탈기 처리된 슬러리 스트림을 제공하는 단계;
(b) 상기 제 1 배출 가스 스트림(60)을, 1.5 bar 내지 10 bar 의 범위의 압력으로 작동하는 가수 분해 구역(100)에 통과시켜 HCN, COS 및 CS2 를 가수 분해하여, NH3, H2S 및 CO2 를 포함하는 제 2 배출 가스 스트림(110)을 제공하는 단계; 및
(c) 암모니아 스크러버에서 수성 산 스트림을 이용하여 상기 제 2 배출 가스 스트림을 세정 처리(scrubbing)함으로써 H2S 및 CO2 를 포함하는 제 3 배출 가스 스트림 및 암모늄이 풍부한 수성 스트림을 제공하는 단계를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
이에 따라, 본 발명은 HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함하는 제 1 배출 가스 스트림으로부터 HCN 및 NH3 그리고 선택적으로 COS 및 CS2 가 존재하는 경우 이중 일방 또는 쌍방을 제거하는 방식으로 H2S 및 CO2 를 포함하는 제 3 배출 가스 스트림을 제공하기 위한 방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 3 배출 가스 스트림은 황 회수 유닛을 통과할 수 있다. 본 발명의 방법에서, HCN 및 NH3 그리고 선택적으로 COS 및 CS2 가 존재하는 경우 이중 일방 또는 쌍방과 같은 오염물은 제거하는 것이 유리한데, 그 이유는 이러한 처리에 의해, 상기와 같이 얻어지는 H2S 및 CO2 를 포함하는 제 3 배출 가스 스트림을 생물학적 탈황 방법을 통해 H2S 성분을 제거하도록 추가로 처리하는 것이 가능해지기 때문이다.
생물학적 탈황 처리는 세균을 이용하여 H2S 성분을 산화시킴으로써 기본 요소인 황(S8)과 황산염(SO4 2 -)을 제공할 수 있다. 이렇게 생성된 황산염은 황산을 생성하도록 사용될 수 있으며, 황산은 암모니아 스크러버의 수성 산 스트림으로서 본 발명의 방법에 유리하게 사용될 수 있다.
예를 들어, 노(furnace) 내에서 HCN 및 NH3 를 포함하는 배출 가스 스트림을 소각 처리한 결과 NOx 및 SOx 가 형성된다. 유독성 문제 및 환경 보호 문제를 고려할 때 이러한 화합물의 형성은 방지할 필요가 있다. 이에 따라, HCN 및 NH3 를 포함하는 비처리 배출 가스 스트림은 생물학적 탈황 공정을 통한 추가 처리가 불가능한데, 그 이유는 HCN 및 NH3 오염물이 황 화합물의 산화에 사용되는 세균에 유해하기 때문이다. 따라서, 본 발명의 방법에 따르면 제 1 배출 가스 스트림을 처리하여 배출 가스 스트림으로부터 황화 수소를 제거하기 위해 생물학적 공정이 사용될 수 있다.
다른 태양에 있어서, 본 발명은, 가스화 발전소의 제 1 배출 가스 스트림을 처리하여 암모늄이 풍부한 스트림을 제공하기 위한 장치로서,
슬러리 블리드 스트림으로부터 입자 물질을 분리하는 역할을 하며, 고체 입자, HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함하는 슬러리 블리드 스트림용의 제 1 유입구와, HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함하는 제 1 배출 가스 스트림용의 제 1 유출구, 그리고 고체 입자를 포함하는 탈기 처리된 슬러리 스트림용의 제 2 유출구를 구비하는 산패 슬러리 스트리퍼와;
1.5 bar 내지 10 bar 의 범위의 압력에서 작동하여 상기 제 1 배출 가스 스트림(60)에서 HCN, COS 및 CS2 를 가수 분해하는 역할을 하며, 상기 산패 슬러리 스트리퍼(50)의 제 1 유출구(51)에 연결되는 상기 제 1 배출 가스 스트림(60)용의 제 1 유입구(98)와, NH3, H2S, CO2 를 포함하는 제 2 배출 가스 스트림(110)용의 제 1 유출구(101)를 구비하는 가수 분해 구역(100); 그리고
상기 제 2 배출 가스 스트림으로부터 NH3 를 분리하는 역할을 하며, 상기 저압 가수 분해 유닛(100)의 제 1 유출구에 연결되는 제 2 배출 가스 스트림용의 제 1 유입구와, H2S 및 CO2 를 포함하는 제 3 배출 가스 스트림용의 제 1 유출구와, 수성 산 스트림용의 제 2 유입구, 그리고 암모늄이 풍부한 수성 스트림용의 제 2 유출구를 구비하는 암모니아 스크러버를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 방법의 단계 (a)에서는, 산패 슬러리 스트리퍼 내에서, 가스화 발전소의 습식 세정탑에 의해 제공될 수 있는 슬러리 블리드 스트림의 분리가 이루어진다.
상기 슬러리 블리드 스트림은 고체 입자, HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함한다. 산패 슬러리 스트리퍼는 액상 및 기상 성분으로부터 슬러리 블리드 스트림의 입자 성분을 분리함으로써, HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함하는 제 1 배출 가스 스트림과 고체 입자를 포함하는 탈기 처리된 슬러리 스트림을 제공한다. 여기서, 상기 분리 과정은 증기가 제공되는 상태에서 수행되는 것이 바람직하다.
제 1 배출 가스 스트림의 조성은 가변적일 수도 있다. 일 예로서, 제 1 배출 가스 스트림의 통상적인 조성(체적%)은, CO와 H2 가 균형을 이룬 상태에서, 1~5%의 HCN, 1~8%의 NH3, 7%의 H2S, 39%의 CO2, 미량의 COS(ppm) 및 미량의 CS2(ppm), 40%의 H2O, 1%의 N2 로 이루어져 있다. 바람직하게는, 제 1 배출 가스 스트림 중의 HCN 의 함량은 2~4 체적%이다. 또한, 제1 배출 가스 스트림은 바람직하게는 1.1 bar 내지 4 bar의 범위의, 보다 바람직하게는 대략 2 bar의, 그리고 가장 바람직하게는 대략 1.8 bar의 압력을 갖는다.
본 발명에 따른 방법의 단계(b)에서는, 상기 단계 (a)에서 얻어진 제 1 배출 가스 스트림으로부터 가수 분해를 통해 HCN 그리고 선택적으로 COS 및 CS2 가 존재하는 경우 이중 일방 또는 쌍방이 제거된다. 제 1 배출 가스 스트림이 저압 가수 분해 구역을 통과함으로써 제 2 배출 가스 스트림이 생성된다. 이 가수 분해 구역은 일반적으로 가수 분해 촉매를 포함한다.
저압 가수 분해 구역의 압력은 1.5 bar 내지 10 bar의 범위이며, 바람직하게는 2.5 bar 내지 5 bar의 범위이다.
가수 분해 구역에서, HCN 그리고 적용 가능하다면 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방은 후술하는 반응에 따라 전환이 이루어진다.
(A) HCN 의 가수 분해 : HCN + H2O → NH3 + CO
(B) COS 의 가수 분해 : COS + H2O → H2S + CO2
(C) CS2 의 가수 분해 : CS2 + 2H2O → 2H2S + CO2
가수 분해 구역에 존재하는 물/증기의 양은, 증기를 기준으로, 바람직하게는, 10 v/v% 내지 80 v/v%, 보다 바람직하게는 20 v/v% 내지 70 v/v%, 가장 바람직하게는 30 v/v% 내지 50 v/v%이다. 바람직한 양의 물/증기가 존재하는 상태에서는, HCN 그리고 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방의 전환 효율이 개선된다. 통상적으로, 제 1 배출 가스 스트림 중의 H2O 의 양은 HCN 그리고 선택적으로 COS 및 CS2 가 존재하는 경우 이중 일방 또는 쌍방의 전환을 달성하기에 충분하다.
선택적으로, 원하는 양의 물/증기를 얻기 위하여, 제 1 배출 가스 스트림이 가수 분해 구역을 통과하기 이전에 물 또는 증기 또는 그 혼합물이 제 1 배출 가스 스트림에 추가될 수도 있다. 선택적으로, 반응 조건은 반응 온도가 H2O의 이슬점 아래에 유지되는 방식으로 선정된다. 가스 스트림 중의 H2O 는 이후, HCN 그리고 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 원하는 수준으로 전환하기 위해 유리하게 사용될 수 있다.
상기 가수 분해 구역은 기체/고체 접촉 장치일 수 있으며, 바람직하게는 고정 베드형 반응 장치(fixed bed reactor)일 수 있다. HCN 그리고 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방의 가수 분해용 촉매는 당 업계의 숙련자라면 알 수 있는 것으로, 예를 들어, TiO2계 촉매 또는 암모니아 및/또는 산화 크롬계 촉매를 포함한다. 이중 바람직한 촉매는 TiO2계 촉매이다.
가수 분해의 결과, NH3, H2O 및 CO2 를 포함하는 제 2 배출 가스 스트림이 생성된다. 이러한 제 2 배출 가스 스트림에는 HCN 그리고 적용 가능하다면 COS 및 CS2 가 아주 미량 포함되어 있는데, 예를 들어, 가스 스트림의 총량을 기준으로, HCN 의 농도는 0.01 체적% 미만으로 0.1 ppmv 내지 0.01 체적%가 적정하며, 바람직하게는 1 ppmv 내지 50 ppmv 이다.
제 2 배출 가스 스트림 중에 COS 가 존재하는 경우 그 농도는 가스 스트림의 총량을 기준으로, 0.01 체적% 미만으로 10 ppmv 내지 0.01 체적%가 적정하며, 바람직하게는 15 ppmv 내지 100 ppmv 이다.
제 2 배출 가스 스트림 중에 CS2 가 존재하는 경우 그 농도는 가스 스트림의 총량을 기준으로, 0.01 체적% 미만으로 1 ppmv 내지 0.01 체적%가 적정하며, 바람직하게는 2 ppmv 내지 50 ppmv 이다.
본 발명의 방법에 따른 단계 (c)에서는, 암모늄이 풍부한 수성 스트림과 제 3 배출 가스 스트림을 얻기 위하여 암모니아 스크러버에서 수성 산 스트림을 이용하여 제 2 배출 가스 스트림을 습식 세정 처리함으로써 제 2 배출 가스 스트림으로부터 NH3 가 제거된다. 이러한 방법은 특히, NH3 의 함량이 1~8 체적%이며, 바람직하게는 3~6 체적%인 제 2 배출 가스 스트림에 적당하다. NH3 제거 구역의 온도는 저온에서 충분한 양의 NH3 를 제거할 수 있도록 5℃ 내지 70℃ 가 적당하며, 바람직하게는 10℃ 내지 50℃ 이다. 암모니아 스크러버 내부의 압력은 저온에서 충분한 양의 NH3 를 제거할 수 있도록 1 bar 내지 10 bar 가 적당하며, 바람직하게는 2 bar 내지 4 bar 이다.
바람직한 실시예에 있어서, NH3 를 포함하는 제 2 배출 가스 스트림은 암모니아 스크러버에 들어가기 전에 산패수 스트리퍼 배출 가스 스트림과 조합된다. 이에 따라, 보다 높은 농도의 암모니아를 포함하는 암모늄이 풍부한 수성 스트림이 얻어질 수도 있다. 무엇보다도, 이러한 공정이 보다 효과적일 수 있는 이유는 단 하나의 암모니아 스크러버를 사용하여 배출 가스 스트림을 포함하는 두 종류의 암모니아 스트림을 처리할 수 있기 때문이다.
바람직한 실시예에 있어서, 수성 산 스트림은 황산을 포함한다. 결과적으로, 암모늄이 풍부한 수성 스트림은 황산 암모늄을 포함한다. 이러한 암모늄이 풍부한 수성 스트림은 격리 황산 암모늄 고체 형태의 비료 제품이나 수용액 상태의 액체 비료 제품 모두에 유용하다.
제 3 배출 가스 스트림은 H2S 및 CO2 를 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 제 3 배출 가스 스트림은 배출 가스 스트림으로부터 황화 수소와 같은 화합물을 함유하는 황을 분리하도록 황 회수 유닛을 통과한다. 이러한 황 회수 유닛은 클로스(Claus) 유닛일 수도 있으며, 또는 보다 바람직하게는 생물학적 탈황 유닛일 수도 있다. 그 외에도, 합성 가스 스트림으로부터 황을 회수하도록 사용될 수 있는 동일한 유닛이 해당된다.
본 발명에 따른 방법의 선택적인 단계(d)에서는, H2S 제거 구역에서 수성 알칼리 스트림과 상기 제 3 배출 가스 스트림을 접촉시키는 방식으로 제 3 배출 가스 스트림으로부터 H2S 를 제거한다. 이러한 H2S 제거 구역은 CO2 를 포함하는 제 4 배출 가스 스트림과 황화 수소 함유 수성 스트림을 제공한다.
이러한 방법은 특히, H2S 제거 구역에서의 황 화합물의 중량이 60,000 kg/day 미만이며, 적당하게는 50 내지 50,000 kg/day 이고, 바람직하게는 75 내지 20,000 kg/day 이며, 보다 바람직하게는 100 내지 10,000 kg/day 인 경우 적당하다. 이러한 황 중량 조건에서는, 클로스(Claus) 공정과 같은 통상의 공정은, 불가능하지는 않지만, 실시가 어려운 반면, 본 발명에 따른 방법은 유리하게 사용될 수 있다.
제 3 배출 가스 스트림 중의 H2S 의 총량은 10 ppmv 내지 20 체적%가 적당하며, 바람직하게는 20 ppmv 내지 10 체적%이다. 본 발명에 따른 방법의 장점은, 제 3 배출 가스 스트림 중의 H2S 의 양이 비교적 적은 값으로, 통상 10 ppmv 내지 20 체적% 인 경우에도 H2S가 제거될 수 있다는 점이다.
클로스(Claus) 공정과 같은 기타 다른 공정의 경우에, 클로스 공급물로서 사용하기에 적당하도록 하기 위해서는 H2S 함량이 높은 산패 가스를 생성하는 과정이 필요하다.
적당한 수성 알칼리 스트림은 수산화 용액, 예를 들어, 수산화 나트륨 수용액 또는 수산화 칼륨 수용액을 포함한다. 이러한 수성 알칼리 용매의 pH는 7 내지 12 가 적당하며, 바람직하게는 8 내지 11 이다.
전술한 바와 같은 단계 (d)에서 H2S 제거 구역에서 이루어질 수 있는 주요 반응은 다음과 같다:
(D) H2S 흡수 : H2S + OH → HS- + H2O
(E) H2S 흡수 : H2S + CO3 2 - → HS- + HCO3 -
(F) CO2 흡수 : CO2 + OH- → HCO3 -
(G) 탄산염 형성 : HCO3 - + OH- → CO3 2 - + H2O
(H) 폴리히드로 황화물(poly-hydrosulphide) : 2HS- + S8 → 2HS5 -
본 명세서에서 사용되고 있는 바와 같은 용어 "황화물 함유 수성 스트림"은 수성 스트림을 일컫는 것으로, 이러한 수성 스트림은 H2S 제거 구역에서 이루어질 수 있는 상기 주요 반응 (D) 내지 (H)의 하나 이상의 생성물, 예를 들어, HS-, 이황화물(disulphide), 폴리황화물(polysulphide), 티오탄산염(thiocarbondate) 및 탄산염을 포함하지만, 또한 용존 H2S 를 포함할 수도 있다.
H2S 제거 구역의 바람직한 온도는 5℃ 내지 70℃ 이며, 보다 바람직하게는 10℃ 내지 50℃ 이다. 바람직하게는, H2S 제거 구역의 압력은 1 bar 내지 75 bar 이며, 보다 바람직하게는 2 bar 내지 5 bar 이다.
통상적으로, H2S 제거 구역은 기체/액체 접촉 장치이다. 적당한 기체/액체 접촉 장치는 페리(Perry)의 케미컬 엔지니어 핸드북(Chemical Engineer's Handbook) 제 7 판 14 섹션(1997)에 설명되어 있으며, 예를 들어, 트레이 또는 패킹 칼럼 또는 기체 스크러버를 포함한다.
선택적으로, H2S 제거 구역의 매체는 완충 과정을 거칠 수 있다. 바람직한 완충 화합물(buffering compound)은 탄산염, 이탄산염, 인산염 및 그 혼합물이며, 특히 탄산 나트륨 및/또는 이탄산 나트륨이다. 이러한 완충 화합물의 농도는 특히, 제 3 배출 가스 흐름의 조성에 좌우되며, 일반적으로, H2S 제거 구역의 반응 매체의 pH가 6.0 내지 10, 보다 바람직하게는 6.5 내지 9.0의 범위에 있도록 하는 방식으로 조절된다. H2S 제거 구역에 공급되는 수성 알칼리 스트림의 유량은 소정의 pH 를 달성하는 한편 필요한 경우 새로운 수성 알칼리 스트림이 첨가될 수 있도록 조절 가능하다.
특유의 냄새로 인해, H2S, 메르캅탄(mercaptan), 황화물, 이황화물 및 방향족 메르캅탄의 농도가 백분율로 검출될 수 있다. 따라서, 이러한 가스 및 정제 스트림의 사용자의 경우, 황 화합물, 특히 H2S 의 총 농도를 예를 들어, 제 4 배출 가스의 총량을 기준으로, 30 ppmv 또는 20 ppmv 미만으로, 바람직하게는 10 ppmv 미만으로 낮출 필요가 있다.
이러한 방법에 의하면, 황 화합물, 특히 H2S 의 총 농도가 가스 스트림의 총량을 기준으로 적당하게는 0.01 ppmv 내지 30 ppmv 또는 25 ppmv 미만, 적당하게는 0.01 ppmv 내지 20 ppmv 또는 15 ppmv 미만, 적당하게는 0.01 ppmv 내지 10 ppmv, 바람직하게는 0.05 ppmv 내지 3.5 ppmv, 보다 바람직하게는 0.1 ppmv 내지 1 ppmv인 "H2S 미량 함유 가스 스트림"으로서의 제 4 배출 가스 스트림이 생성된다.
본 발명에 따른 방법의 선택적인 단계 (e)에서는, 상기 단계 (d)에서 얻어지는 황화 수소 함유 수성 스트림이 산화 반응 장치 내에서 산소의 존재 하에 황화물 산화 박테리아와 접촉되어 황 슬러리와 재생 수성 알칼리 스트림이 생성된다.
또 다른 선택적인 단계에서는, 황화 수소 함유 수성 스트림이 플래쉬 베셀(flash vessel)을 통과할 수 있으며, 이곳에서 과잉 가스가 황화 수소 고갈 배출 가스 스트림의 형태로 배기되어 황화물 함유 수성 스트림이 제공되며, 이렇게 해서 얻어진 황화물 함유 수성 스트림은 이후 생물학적 반응 장치를 통과할 수 있다.
전술한 바와 같은 선택적인 단계 (e)에서 호기성 반응 장치인 것이 바람직한 상기 생물학적 반응 장치 내에서 이루어질 수 있는 주요 반응은 황과 황산염의 미생물학적 생성을 위한 반응이다:
(I) 황의 생성 : HS- + 0.5O2 → 1/8S8 + OH-
(J) 황산염의 생성 : HS- + 2O2 + OH- → SO4 2 - + H2O
본 명세서에서 사용되고 있는 바와 같은 용어 "황 슬러리"는 산화 반응 장치에서 이루어질 수 있는 상기 반응 (I) 및 (J)를 포함하는 주요 반응의 하나 이상의 생성물을 포함하는 황을 일컫는다.
또한, 본 명세서에서 사용되고 있는 바와 같은 용어 "재생 수성 알칼리 스트림"은 황 입자의 양이 최대 2 w/w%, 바람직하게는 최대 1 w/w% 인 수성 알칼리 스트림을 일컫는다.
산화 반응 장치 내로 공급되는 산소의 양은, 황 함유 폐수의 제어 산화 공정이 개시되어 있는 제 NL 8801009 호에서 제안되고 있는 바와 같이, 흡수 황화물을 산화시킨 결과 현저하게 많은 양의 황이 생성되도록 하는 방식으로 조절된다.
여기서, 황화물 산화 세균은 황화물을 기본 구성 요소인 황으로 산화시킬 수 있는 세균이다. 적당한 황화물 산화 세균은, 예를 들어, 공지되어 있는 티오바실러스 속(the genera Thiobacillus) 및 티오마이크로스피라 속(the genera Thiomicrospira)의 독립 영양 호기성 배양 미생물로부터 선택될 수 있다.
단계 (e)에서의 산화 반응 장치 내부의 통상적인 압력은 1 bar 내지 2 bar 이다. 또한, 산화 반응 장치의 체적은 5 m3 내지 2,500 m3 인 것이 적당하며, 바람직하게는 10 m3 내지 2,000 m3 이다.
바람직하게는, 단계 (e)에서 생물학적 반응 장치의 반응 매체는 완충 과정을 거친다. 이러한 완충 화합물은 산화 반응 장치에 존재하는 세균이 완충 화합물을 견딜 수 있도록 선정된다. 바람직한 완충 화합물은 탄산염, 이탄산염, 인산염 및 그 혼합물, 특히 탄산 나트륨 및/또는 이탄산 나트륨이다. 이러한 완충 화합물의 농도는 특히, 가스 흐름의 조성에 좌우되며, 일반적으로, 산화 반응 장치의 반응 매체의 pH가 6 내지 10, 보다 바람직하게는 7 내지 9 의 범위에 있도록 하는 방식으로 조절된다.
본 발명에 따른 방법의 선택적인 단계 (f)에서는, 슬러리의 총 무게를 기준으로, 상기 단계 (e)에서 얻어진 황 슬러리의 적어도 일부, 통상 5 w/w% 내지 95 w/w%, 바람직하게는 10 w/w% 내지 90 w/w% 가 재생 수성 알칼리 스트림으로부터 분리되어, 황 슬러리 스트림과 수성 알칼리 스트림을 제공한다. 본 명세서에 사용되고 있는 바와 같은 구절 "적어도 일부"는 또한, 재생 수성 알칼리물로부터의 전체 황의 분리도 포함하는 의미이다.
상기 분리 단계는 고체/액체 분리기에서 이루어지는 것이 적당하다. 적당한 고체/액체 분리기는 페리(Perry)의 케미컬 엔지니어 핸드북(Chemical Engineer's Handbook) 제 7 판 22 섹션(1997)에 설명되어 있다.
통상적으로, 분리 황 슬러리 스트림의 황의 함량은 슬러리를 기준으로 5 w/w% 내지 50 w/w% 이다. 통상적으로, 황 슬러리 중의 수분은 건조 고체 함량이 55% 내지 70% 인 황 케이크(sulphur cake)가 얻어지는 범위까지 제거된다.
통상적으로, 황 케이크의 황 함량은 황 케이크의 총 무게를 기준으로 90 w/w% 내지 98 w/w% 이다. 선택적으로, 단계 (f)에서 얻어지는 황 슬러리는 적어도 95 wt%의 순도의, 바람직하게는 적어도 99 wt%의 순도의 황을 포함하는 황 페이스트를 얻을 수 있도록 재슬러리화 과정, 여과 과정 및 건조 과정을 거칠 수 있다. 이렇게 해서 얻어진 황 페이스트는 선택적으로 건조되어, 건조 무게 함량이 적어도 85%, 바람직하게는 적어도 90% 인 분말을 생성할 수 있다. 이러한 분말은 살비제(miticide) 또는 살진균제(fungicide)의 형태로 적당하게 응용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서 생성되는 황은 친수성을 갖고 있어 비생물학적 액체 공정에 의해 생성되는 황에 의해 통상 유발되는 부착 오염 문제를 유발하지 않는다. 본 발명에 따른 방법에서 생성되는 황의 또 다른 장점은 비료로서 사용하기에 매우 적당하다는 점이다.
본 발명에 따른 방법의 선택적인 단계 (g)에서는, 상기 단계 (e)에서 얻어지는 재생 수성 알칼리 스트림이 단계 (d)에서 논의된 바와 같은 H2S 제거 구역으로 재순환된다. 단계 (e)에서 얻어지는 재생 수성 알칼리 스트림의 총량 중 적당하게는 10% 내지 99%, 바람직하게는 30% 내지 95%, 보다 바람직하게는 40% 내지 90%가 수성 알칼리 스트림으로서 단계(d)에서 H2S 제거 구역으로 재순환된다. 이와 같이 재생 수성 알칼리 스트림을 H2S 제거 구역으로 재순환시킴으로써 새로운 수성 알칼리 스트림이 H2S 의 제거를 위한 H2S 제거 구역으로 공급된다. 그 결과, 제거 H2S 의 농도가 30 ppmv 이하, 적당하게는 20 ppmv 이하, 바람직하게는 10 ppmv 이하까지 향상된다. 이렇게 해서 얻어진 재생 수성 알칼리 스트림은 선택적으로 황 입자를 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 선택적인 단계 (h)에서는, 상기 단계 (e)에서 생성된 다음 단계 (f)에서 분리된 황 슬러리 중의 황산염 성분이 황산 스트림을 생성하도록 사용될 수 있다. 이 황산 스트림은 수성 산 스트림의 형태로 선택적인 단계 (i)에서 암모니아 스크러버를 통과할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 단계 (e)에서의 탈황 처리를 통해 얻어진 황산염 생성물이 단계 (c)의 제 2 배출 가스 스트림으로부터 암모니아를 분리하도록 사용될 수 있으며 이에 따라 암모늄이 풍부한 스트림을 제공할 수 있는 통합 공정이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 선택적인 단계 (j)에서는, 원료 합성 가스 스트림용의 고압 가수 분해 유닛으로부터 나온 응축수 스트림과 같은 응축수 스트림이 제공될 수 있다. 응축수 스트림은 H2O, NH3, CO2 및 H2S 를 포함할 수 있으며, 산패수 스트리퍼를 통과함으로써, NH3, H2S, CO2 및 산패수 스트리퍼 수류를 포함하는 산패수 스트리퍼 배출 가스 스트림을 제공할 수 있다.
선택적인 단계 (i)에서는, 산패수 스트리퍼 배출 가스 스트림이 상기 저압 가수 분해 구역으로부터 나온 제 2 배출 가스 스트림을 통과하도록 할 수 있으며, 이에 따라 암모니아 스크러버 및 황 회수 유닛에서의 산패수 스트리퍼 배출 가스 스트림의 처리가 가능하다.
본 발명에 따르면, 배출 가스 스트림에 포함되어 있는 유용한 성분이 의도하지 않게 제거되는 것을 방지하는 한편 이러한 유용한 성분이 적당한 용도로, 예를 들어, 비료 생산용으로 사용될 수 있도록 하는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예가 비제한적인 의도로 주어진 첨부 도면을 참조하여 단지 예시의 목적으로 설명된다.
도 1은 본 발명의 방법에 따른 통상적인 처리 공정도의 제 1 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 방법에 따른 통상적인 처리 공정도의 제 2 실시예를 도시한 도면이다.
본 발명의 설명을 위해, 하나의 라인 뿐만 아니라 해당 라인에서 운반되는 스트림에는 하나의 도면 부호가 할당된다. 동일한 도면 부호는 유사한 성분, 스트림 또는 라인을 나타낸다.
도 1에는 산패 슬러리 스트리퍼(50)의 제 1 유입구(48)를 통과하는, 고체 입자, HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함하는 슬러리 블리드 스트림(720)이 도시되어 있다. 상기 산패 슬러리 스트리퍼(50)에는 또한, 제 2 유입구(49)를 통해 증기 스트림(10)이 공급될 수 있다. 증기는 슬러리 블리드 스트림으로부터 기상 성분을 제거하여, 산패 슬러리 스트리퍼(50)의 제 1 유출구(51)를 통해 HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함하는 제 1 배출 가스 스트림(60)이 배출될 수 있으며 또한 산패 슬러리 스트리퍼의 제 2 유출구(52)를 통해 고체 입자를 포함하는 탈기 처리된 슬러리 스트림(70)이 배출될 수 있다. 상기 제 1 배출 가스 스트림(60)에는 실질적으로 고체 입자가 전혀 포함되어 있지 않을 수도 있다. 또한, 탈기 처리된 슬러리 스트림(70)은 슬러리를 처리하기 위한 정화 장치(900)를 통과할 수 있다.
이후, 제 1 배출 가스 스트림(60)은 저압 가수 분해 구역(100)의 제 1 유입구(98)를 통과할 수 있으며, 상기 저압 가수 분해 구역에서 배출 가스 스트림 중에 존재하는 HCN, COS 및 CS2 를 제거하도록 가수 분해 촉매와 접촉하여 가수 분해되며, 이 경우 선택적으로 증기 또는 증기와 물의 혼합물이 첨가될 수도 있다. 이에 따라, 저압 가수 분해 구역(100)의 제 1 유출구(101)를 통해 제 2 배출 가스 스트림(110)이 배출된다. 제 2 배출 가스 스트림(110)은 NH3, H2S 및 CO2 를 포함하지만, 실질적으로 HCN, COS 및 CS2 는 포함하고 있지 않다(이 경우, 앞에 언급된 성분 중 나중 2 개의 성분은 제 1 배출 가스 스트림(60)에 포함되어 있었다는 것을 전제로 한다).
전술한 바와 같은 저압 가수 분해 구역(100)에서의 처리 완료 후, HCN, COS 및/또는 CS2 가 고갈되어 있는 제 2 배출 가스 스트림은 선택적으로, 산패수 스트리퍼로부터 나온 배출 가스 스트림(860)과 조합되어, 제 2 배출 가스 스트림 화합물(120)이 제공될 수 있다.
산패수 스트리퍼 배출 가스 스트림(860)은 NH3, H2S 및 CO2 를 포함하며, 산패수 스트리퍼(850)의 제 1 유출구(851)를 통해 배출된다. 상기 산패수 스트리퍼(850)의 제 1 유입구(848)에는 응축수 스트림(770)이 공급되며, 이러한 응축수 스트림은 원료 합성 가스 스트림을 처리하는 고압 가수 분해 유닛(도시하지 않음)에 의해 생성될 수 있다. 증기와 같은 탈기제가 응축수 스트림으로부터 NH3, H2S 및 CO2 와 같은 기상 성분을 분리하도록 사용됨으로써, 상기 산패수 스트리퍼 배출 가스 스트림(860)에 추가하여, 산패수 스트리퍼(850)의 제 2 유출구(852)를 통해 산패수 스트리퍼 수류(870)가 배출될 수 있다.
상기 제 2 배출 가스 스트림 화합물(120)은 암모니아 스크러버(150)의 제 1 유입구(148)를 통과할 수 있다. 이후, 암모니아 스크러버(150)의 내부에서, 제 2 배출 가스 스트림 화합물(120)은 제 2 유입구(149)를 통해 스크러버 내로 도입되는 수성 산 스트림(180)을 이용하여 처리된다. 상기 수성 산 스트림(180)이 기본 암모니아와 반응함으로써, 스크러버의 제 2 유출구(152)를 통해 암모늄이 풍부한 수성 스트림(170)이 배출되며 또한, 제 1 유출구(151)를 통해 제 3 배출 가스 스트림(160)이 배출된다. 이와 같은 암모니아 스크러버(150)에서의 처리 후 얻어지는 제 3 배출 가스 스트림은 H2S 및 CO2 를 포함하며, 보다 바람직하게는, 실질적으로 HCN, COS 및/또는 CS2 및 NH3 가 고갈되어 있다.
이후, 제 3 배출 가스 스트림(160)은 황 제거 구역(200)을 통과할 수 있다. 예를 들어, 제 3 배출 가스 스트림은 H2S 제거 구역(250)의 제 1 유입구(248)를 통과할 수 있으며, H2S 제거 구역(250)에서 그 제 2 유입구(249)를 통해 제공되는 수성 알칼리 스트림(410)과 접촉할 수 있다. 이후, H2S 가 수성 알칼리 스트림에 포획되어 생성되는 황화 수소 함유 수성 스트림(260)이 H2S 제거 구역(250)의 제 2 유출구(252)를 통해 배출되며 또한 H2S 제거 구역의 제 1 유출구(251)를 통해 제 4 배출 가스 스트림(270)이 배출된다.
제 4 배출 가스 스트림(270)은 CO2 를 포함하고 있으며, 바람직하게는 H2S 가 고갈된 상태의 가스 스트림으로서 또한, 실질적으로 H2S 가 없는 것이 보다 바람직하다. 이러한 제 4 배출 가스 스트림(270)은 녹아웃 베셀(knockout vessel)(300)을 통과하면서 추가로 처리되어, 제 4 배출 가스 스트림(310)을 제공할 수 있다.
상기 H2S 제거 구역(250)으로부터 배출되는 황화 수소 함유 수성 스트림(260)은 선택적으로 플래쉬 베셀(flash vessel)(350)을 통과할 수 있다. H2S 가 고갈된 상태의 과잉 가스는 황화 수소가 고갈된 상태의 배출 가스 스트림(270)과 황화물 함유 수성 스트림(360)의 형태로 배기된다. 황화 수소가 고갈된 상태의 배출 가스 스트림(370)이 약간의 H2S 를 함유하는 경우, 예를 들어, 연료 가스로서 사용되기 이전에 소형 플래쉬 가스(flash gas) 접촉 장치에서 H2S 의 제거가 추가로 이루어진다.
황화물 함유 수성 스트림(360)은 호기성 반응 장치와 같은 생물학적 반응 장치(400)의 제 1 유입구(396)를 통과할 수 있으며, 이 생물학적 반응 장치에서 황화물 화합물이 산화되어 황 슬러리가 발생되며 또한 H2S 제거 구역(250)에서 사용되는 수성 알칼리 스트림의 재생 처리가 이루어진다. 상기 생물학적 반응 장치에는 영양물 공급 스트림(435)과 공기 스트림(440)을 통해 영양물과 공기가 공급된다.
상기 생물학적 반응 장치(400)에서 발생되는 황 슬러리와 수성 알칼리 스트림은 황 함유 고체/액체 혼합물로서, 황 슬러리와 재생 수성 알칼리 스트림(420)의 형태로 고체/액체 분리기(450)를 통과할 수 있다. 황 슬러리는 분리된 다음 황 슬러리 스트림(470)의 형태로 제 1 유출구(451)를 통해 배출된다. 나머지 액체는 고체/액체 분리기의 제 2 유출구(452)를 통해 배출된 다음, 재순환 수성 알칼리 스트림(460)으로서 생물학적 반응 장치(400)를 다시 통과하게 된다. 생물학적 반응 장치로부터 나온 배출 가스는 생물학적 반응 장치 배출 가스 스트림(430)이다. 또한, 재생 수성 알칼리 스트림은 수성 알칼리 스트림(460)의 형태로 H2S 제거 구역(250)의 제 2 유입구(252)로 재순환된다.
도 2에는 본 발명의 방법을 활용하는 석탄 가스화 공정과 같은 일반적인 가스화 공정(5)이 도시되어 있다. 도 1과 관련하여 설명된 바와 같은 스트림, 유닛 및 구역은 도 2의 공정에서도 동일한 도면 부호 및 명칭을 사용하여 설명되며 또한 동일한 기능을 갖는 것으로 간주한다.
조제 석탄 공급물과 같은 탄화수소 공급물(560)이 제공되는데, 이를 위해, 석탄 공급 원료와 같은 원료 탄화수소(510)가 석탄 분쇄 및 건조 유닛(500)을 통과하면서 이곳에서 선택적으로 플럭스(flux)를 이용하여 처리됨으로써 분쇄 석탄 공급물(520)이 제공된다. 분쇄 석탄 공급물(520)이 이후, 석탄 공급 유닛(550)을 통과함에 따라, 분쇄 건조 석탄과 같은 탄화수소 공급물(560)이 가스화 장치(600)에 공급된다.
가스화 장치(600)는 가스화 구역(600a)과 냉각 구역(600b)으로 구성되어 있다. 가스화 구역(600a)의 내부에서는, 분쇄 건조 석탄과 같은 탄화수소 공급물이 질소, 산소 및 증기와 함께 연소 장치로 공급된다. 슬래그 형태의 재가 가스화 구역(600a)으로부터 중력에 의해 하향류 형태로 슬래그 소화 탱크로 공급되어, 이 소화 탱크로부터 폐기물 저장소로 운반될 수 있다. 또한, 생성 합성 가스가 가스화 구역으로부터 상부 소화부로 상승하며, 이 상부 소화부에서 예를 들어, 적절한 재압축 과정을 거친 후 이하에 설명되는 바와 같은 원료 합성 가스 스트림(710)으로부터 나온 블리드 스트림으로부터의 재순환 합성 가스에 의해 소화 처리되어, 고온의 합성 가스 스트림을 제공할 수 있다. 이 고온 합성 가스 스트림은 CO, H2, 고체 입자, HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함하며, 이후, 합성 가스 냉각기 또는 폐열 보일러와 같은 냉각 구역(600b)을 통과함으로써 이 냉각 구역에서 비등수 스트림과 같은 수류를 이용하여 추가로 냉각됨으로써, 포화 증기 스트림과 냉각 합성 가스 스트림(610)이 제공될 수 있다.
이후, 냉각 합성 가스 스트림(610)은 사이클론 분리기와 같은 건조 고체 제거 유닛(650)을 통과할 수 있으며, 이곳에서 기상 성분으로부터 높은 비율의 고체 입자가 분리되어 비산재(670)와 습윤 고형 성분 합성 가스 스트림(660)이 제공된다. 상기 습윤 고형 성분 합성 가스 스트림은 CO, H2, 고체 입자, H2O, HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함한다.
상기 습윤 고형 성분 합성 가스 스트림(660)은 습식 세정탑(700)을 통과할 수 있으며, 이곳에서 습식 세정 처리됨으로써, 고체 입자, HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함하는 슬러리 블리드 스트림(720)과 CO, H2, HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함하는 원료 합성 가스 스트림(710)이 제공된다.
슬러리 블리드 스트림(720)은 산패 슬러리 스트리퍼를 통과하면서 도 1을 참조하여 설명된 바와 같은 처리 과정을 거칠 수 있다. 원료 합성 가스 스트림(710)은 이후 고압 가수 분해 유닛(750)을 통과할 수 있으며, 이곳에서 HCN, COS 및 CS2 가 가수 분해되어, CO, H2, NH3, H2S 및 CO2 를 포함하는 가수 분해 합성 가스 스트림(760)과 H2O, NH3, H2S 및 CO2 를 포함하는 응축수 스트림(770)이 제공된다. 이렇게 해서 얻어진 응축수 스트림(770)은 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이 산패수 스트리퍼(850)의 제 1 유입구(848)를 통과할 수 있다.
상기 가수 분해 합성 가스 스트림(760)이 당 업계에 공지되어 있는 바와 같은 산성 가스 제거 유닛(800)을 통과함으로써 처리 합성 가스 스트림(810)이 제공된다. 이러한 처리 합성 가스 스트림(810)은 CO 와 H2 를 포함하며, 보다 바람직하게는, 본질적으로 CO 와 H2 로 이루어져 있다. 이러한 처리 합성 가스는 이후, 장쇄 탄화수소(long chain hydrocarbon)로의 전환을 위해 피셔-트롭스크(Fischer-Tropsch) 유닛으로 이송될 수 있다.
당업계의 숙련자라면 본 발명이 첨부된 특허청구범위의 범위를 벗어남이 없이 다양한 많은 방식으로 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 가스화 공정의 제 1 배출 가스 스트림(60)을 처리하여 암모늄이 풍부한 스트림(170)을 제공하기 위한 방법으로서,
    (a) 산패 슬러리 스트리퍼(50) 내에서 고체 입자, HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함하는 슬러리 블리드 스트림(720)을 분리함으로써, HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함하는 제 1 배출 가스 스트림(60)을 제공하여, 제 1 배출 가스 스트림(60) 및 고체 입자를 포함하는 탈기 처리된 슬러리 스트림(70)을 제공하는 단계;
    (b) 상기 제 1 배출 가스 스트림(60)을, 1.5 bar 내지 10 bar 의 범위의 압력으로 작동하는 가수 분해 구역(100)에 통과시켜 HCN, COS 및 CS2 를 가수 분해하여, NH3, H2S 및 CO2 를 포함하는 제 2 배출 가스 스트림(110)을 제공하는 단계; 및
    (c) 암모니아 스크러버(150)에서 수성 산 스트림(180)을 이용하여 상기 제 2 배출 가스 스트림(110)을 세정 처리(scrubbing)함으로써 H2S 및 CO2 를 포함하는 제 3 배출 가스 스트림(160) 및 암모늄이 풍부한 수성 스트림(170)을 제공하는 단계를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수성 산 스트림(180)은 황산을 포함하며, 상기 암모늄이 풍부한 스트림(170)은 황산 암모늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    (d) H2S 제거 구역(250)에서 수성 알칼리 스트림(410)과 상기 제 3 배출 가스 스트림(160)을 접촉시켜, CO2 를 포함하는 제 4 배출 가스 스트림(270)과 황화 수소 함유 수성 스트림(260)을 제공하는 단계; 그리고
    (e) 상기 황화 수소 함유 수성 스트림(260)을, 선택적으로 플래쉬 베셀(350)을 통해, 산소가 존재하는 상태로 황화물 산화 박테리아가 수용되어 있는 생물학적 반응 장치(400)로 전달함으로써, 황 슬러리 및 재생 수성 알칼리 스트림을 생성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    (f) 황 슬러리 및 재생 수성 알칼리 스트림(420)으로부터 황 슬러리 중 적어도 일부를 분리하여 황 슬러리 스트림(470) 및 수성 알칼리 스트림(460)을 제공하는 단계; 그리고
    (g) 상기 수성 알칼리 스트림(460)을 H2S 제거 구역으로 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 단계 (e)에서, 황 슬러리는 황산염을 포함하며,
    (h) 상기 황 슬러리 중의 황산염으로부터 황산 스트림을 발생시키는 단계; 그리고
    (i) 상기 황산 스트림이 수성 산 스트림(180)으로서 암모니아 스크러버(150)를 통과하도록 하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (a)에서의 슬러리 블리드 스트림은,
    (i) 가스화 구역(600a)에서 탄화수소 공급물(560)을 가스화 처리하여, CO, H2, 고체 입자, HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함하는 고온 합성 가스 스트림을 제공하는 단계와;
    (ii) 냉각 구역(600b)에서 상기 고온 합성 가스 스트림을 냉각시켜 냉각 합성 가스 스트림(610)을 제공하는 단계와;
    (iii) 건조 고체 제거 유닛(650)에서 상기 냉각 합성 가스 스트림(610)을 분리하여 비산재(670) 그리고 CO, H2, 고체 입자, H2O, HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함하는 습윤 고체 합성 가스 스트림(660)을 제공하는 단계; 그리고
    (iv) 습식 세정탑(700)에서 습윤 고체 합성 가스 스트림(660)을 분리하여 슬러리 블리드 스트림(720) 그리고 CO, H2, HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함하는 원료 합성 가스 스트림(710)을 제공하는 단계를 추가로 수행하여 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    (v) 상기 원료 합성 가스 스트림(710)이 고압 가수 분해 유닛(750)을 통과하면서 HCN, COS 및 CS2 가 가수 분해되도록 함으로써, CO, H2, NH3, H2S 및 CO2 를 포함하는 가수 분해 합성 가스 스트림(760) 및 NH3, H2S 및 CO2 를 포함하는 응축수 스트림(770)을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (j) H2O, NH3, CO2 및 H2S 를 포함하는 응축수 스트림(770)이 산패수 스트리퍼(850)를 통과하도록 하여 NH3, CO2 및 H2S 를 포함하는 산패수 스트리퍼 배출 가스 스트림(860) 및 산패수 스트리퍼 수류(870)를 제공하는 단계; 그리고
    (k) 상기 산패수 스트리퍼 배출 가스 스트림(860)이 상기 제 2 배출 가스 스트림(110)을 통과하도록 하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 가스화 발전소의 제 1 배출 가스 스트림(60)을 처리하여 암모늄이 풍부한 스트림(170)을 제공하기 위한 장치로서,
    슬러리 블리드 스트림으로부터 입자 물질을 분리하는 역할을 하며, 고체 입자, HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함하는 슬러리 블리드 스트림용의 제 1 유입구(48)와, HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하며 또한 선택적으로 COS 및 CS2 중 일방 또는 쌍방을 포함하는 제 1 배출 가스 스트림(60)용의 제 1 유출구(51), 그리고 고체 입자를 포함하는 탈기 처리된 슬러리 스트림(70)용의 제 2 유출구(52)를 구비하는 산패 슬러리 스트리퍼(50)와;
    1.5 bar 내지 10 bar 의 범위의 압력에 작동하는 제 1 배출 가스 스트림(60)에서 HCN, COS 및 CS2 를 가수 분해하는 역할을 하며, 상기 산패 슬러리 스트리퍼(50)의 제 1 유출구(51)에 연결되는 상기 제 1 배출 가스 스트림(60)용의 제 1 유입구(98)와, NH3, H2S 및 CO2 를 포함하는 제 2 배출 가스 스트림(110)용의 제 1 유출구(101)를 구비하는 가수 분해 유닛(100); 그리고
    상기 제 2 배출 가스 스트림(110)으로부터 NH3 를 분리하는 역할을 하며, 상기 저압 가수 분해 유닛(100)의 제 1 유출구(101)에 연결되는 제 2 배출 가스 스트림(110)용의 제 1 유입구(148)와, H2S 및 CO2 를 포함하는 제 3 배출 가스 스트림(160)용의 제 1 유출구(151)와, 수성 산 스트림(180)용의 제 2 유입구(149), 그리고 암모늄이 풍부한 스트림(170)용의 제 2 유출구(152)를 구비하는 암모니아 스크러버(150)를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 3 배출 가스 스트림(160)으로부터 H2S 를 분리하는 역할을 하며, 상기 저압 가수 분해 유닛(100)의 제 1 유출구(101)에 연결되는 제 3 배출 가스 스트림(110)용의 제 1 유입구(248)와, 수성 알칼리 스트림(410)용의 제 2 유입구(249)와, CO2 를 포함하는 제 4 배출 가스 스트림(270)용의 제 1 유출구(251), 그리고 황화 수소 함유 수성 스트림(260)용의 제 2 유출구(252)를 구비하는 H2S 제거 구역(250)과;
    상기 황화 수소 함유 수성 스트림(260) 중의 H2S 를 산화시키는 역할을 하며, 산소 존재 하에 황화물 산화 박테리아를 수용하도록 구성되고, 선택적으로 제공되는 플래쉬 베셀(350)을 통과할 수 있는 황화 수소 함유 수성 스트림(260)용의 제 1 유입구(396) 그리고 황 슬러리와 재생 수성 알칼리 스트림(420)용의 제 1 유출구(401)를 구비하는 생물학적 반응 장치(400); 그리고
    상기 재생 수성 알칼리 스트림으로부터 황 슬러리를 분리하는 역할을 하며, 상기 생물학적 반응 장치(400)의 제 1 유출구(401)에 연결되는, 황 슬러리 및 재생 수성 알칼리 스트림(420)용의 제 1 유입구(448)와, 황 슬러리 스트림(470)용의 제 1 유출구(451) 그리고 수성 알칼리 스트림(460)용의 제 2 유출구(452)를 구비하는 제 1 고체/액체 분리기(450)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, H2O, NH3, CO2 및 H2S 를 포함하는 응축수 스트림(770)을 NH3, CO2 및 H2S 를 포함하는 산패수 스트리퍼 배출 가스 스트림(460)과 산패수 스트리퍼 수류(470)로 분리하는 역할을 하며, 응축수 스트림(770)용의 제 1 유입구(448)와, 암모니아 스크러버(150)의 제 1 유입구(148)와 유체 연통하는 산패수 스트리퍼 배출 가스 스트림(460)용의 제 1 유출구(451) 그리고 산패수 스트리퍼 스트림(470)용의 제 2 유출구(452)를 구비하는 산패수 스트리퍼(450)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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KR20130085009A (ko) * 2012-01-18 2013-07-26 제너럴 일렉트릭 캄파니 플래시 용기의 탈기 시스템

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