KR20120008523A - 오프가스 스트림의 처리 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 황산염 스트림 (910) 을 제공하기 위해 NH3 및 H2S 를 포함하는 오프가스 스트림 (80) 을 처리하는 방법으로서, (ⅰ) NH3, H2S, CO2, 및 선택적으로 HCN, COS 와 CS2 중 1 이상을 포함하는 제 1 오프가스 스트림 (80) 을 제공하는 단계; (ⅱ) 상기 제 1 오프가스 스트림 (80) 을 소각로 (300) 로 전달하여, NH3, H2S, 및 선택적으로 HCN, COS 와 CS2 중 1 이상을 산화시켜서, N2, H2O, SO2 및 CO2 를 포함하는 제 2 오프가스 스트림 (310) 을 제공하는 단계; (ⅲ) 부식성 스크러버 (350) 에서 제 2 오프가스 스트림 (310) 을 제 1 수성 알칼리 스트림 (380, 876a) 으로 스크러빙하여, 제 2 오프가스 스트림으로부터 SO2 및 CO2 의 일부를 분리하여서, 탄산염 및 아황산염과 중아황산염의 일방 또는 쌍방을 포함하는 소비된 부식성 스트림 (360), 및 N2 및 CO2 를 포함하는 부식성 스크러버 오프가스 스트림 (370) 을 제공하는 단계; 및 (ⅳ) 소비된 부식성 스트림 (360) 을, 산소의 존재 하에서 황 산화 박테리아를 포함하는 폭기장치 (900) 로 전달하여, 아황산염 및 중아황산염을 황산염으로 생물학적으로 산화시켜서, 황산염 스트림 (910) 을 제공하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

Description

오프가스 스트림의 처리 방법 및 장치{METHOD OF TREATING AN OFF-GAS STREAM AND AN APPARATUS THEREFOR}
본 발명은 가스화 프로세스에서 생성되는 오프가스 스트림과 같은 황화수소 및 암모니아 및 선택적으로 시안화수소를 포함하는 오프가스 스트림 (off-gas stream) 을 처리하여 황산염 스트림을 제공하는 방법 및 장치를 제공한다.
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 산화되어 고온 합성물 (합성 가스라고도 한다) 과 재 (ash) 를 생성하는데, 여기서 재는 슬래그 (slag) 의 형태일 수 있다.
본 명세서에서, 합성물 가스 또는 합성 가스는 석탄, 잔사유, 폐기물 또는 바이오매스 (biomass) 의 가스화로부터 유래하는 일산화탄소, 수소 및 선택적인 불활성 성분의 혼합물에 적용되는 일반적인 용어로서 사용하였다. 합성 가스의 주성분은 수소와 일산화탄소이다. 또한, 종종 이산화탄소와 미량의 메탄이 존재한다. 그리고, NH3, H2S 및 때때로 HCN, COS 및/또는 CS2 와 같은 오염물질이 또한 존재한다. 이러한 오염물질은 1 이상의 처리 단계에서 제거되어, 처리된 합성 가스를 제공할 수 있다. 합성 가스는 동력 생산이나 촉매 화학 반응에 이용되는 유용한 공급 원료이다. 오염물질이 가스 터빈 부품에 퇴적되는 것을 피하거나 촉매 피독 (poisoning) 을 피하기 위해, 합성 가스로부터의 오염물질의 제거가 요구된다.
통상적으로, 황화수소는 소각로에서 부분적으로 산화되어, 이산화황함유 스트림을 제공할 수 있다. 그리고 나서, 이산화황은 부식성 (caustic) 용액에 녹아서, 아황산염 및 중아황산염과 같은 황의 음이온성 산화물을 포함하는 소비된 부식성 스트림을 제공한다. 소비된 부식성 용액은 11 만큼 높은 pH 를 가질 수 있다.
소비된 부식성 용액은 보통 폐기물 수처리 유닛으로 전달되고, 그곳에서 중화된다. 그리고 나서, 중화 용액이 산화 유닛으로 전달되고, 그곳에서 황의 수성의 음이온성 산화물이 산화되어 황산염으로 된다. 폐기물 수처리 유닛은 실제 관련된 CAPEX 와 함께 오프가스 처리 유닛 내에 또는 오프가스 처리 유닛 근처에 넓은 지역을 필요로 한다.
본 발명은, 암모니아 및 황화수소를 포함하는 오프가스 스트림을 처리하여 황산염 스트림을 제공하는 방법 및 장치를 제공한다.
제 1 실시형태에서, 본 발명은, 황산염 스트림 (910) 을 제공하기 위해 NH3 및 H2S 를 포함하는 오프가스 스트림 (80) 을 처리하는 방법으로서,
(ⅰ) NH3, H2S, CO2, 및 선택적으로 HCN, COS 와 CS2 중 1 이상을 포함하는 제 1 오프가스 스트림 (80) 을 제공하는 단계;
(ⅱ) 상기 제 1 오프가스 스트림 (80) 을 소각로 (300) 로 전달하여, NH3, H2S, 및 선택적으로 HCN, COS 와 CS2 중 1 이상을 산화시켜서, N2, H2O, SO2 및 CO2 를 포함하는 제 2 오프가스 스트림 (310) 을 제공하는 단계;
(ⅲ) 부식성 스크러버 (350) 에서 제 2 오프가스 스트림 (310) 을 제 1 수성 알칼리 스트림 (380, 876a) 으로 스크러빙 (scrubbing) 하여, 제 2 오프가스 스트림으로부터 SO2 및 CO2 의 일부를 분리하여서, 탄산염 및 아황산염과 중아황산염의 일방 또는 쌍방을 포함하는 소비된 부식성 스트림 (360), 및 N2 및 CO2 를 포함하는 부식성 스크러버 오프가스 스트림 (370) 을 제공하는 단계; 및
(ⅳ) 소비된 부식성 스트림 (360) 을, 산소의 존재 하에서 황 산화 박테리아를 포함하는 폭기장치 (900) 로 전달하여, 아황산염 및 중아황산염을 황산염으로 생물학적으로 산화시켜서, 황산염 스트림 (910) 을 제공하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 황산염 스트림을 제공하기 위해 H2S 를 포함하는 오프가스 스트림을 처리하는 장치로서, 적어도,
- NH3, H2S, CO2, 및 선택적으로 HCN, COS 와 CS2 중 1 이상을 포함하는 제 1 오프가스 스트림의 NH3, H2S, 및 선택적으로 HCN, COS 와 CS2 중 1 이상을 산화시켜서, N2, H2O, SO2 및 CO2 를 포함하는 제 2 오프가스 스트림을 제공하기 위한 소각로로서, 제 1 오프가스 스트림용 제 1 입구 및 제 2 오프가스 스트림용 제 1 출구를 갖는 소각로;
- 상기 제 2 오프가스 스트림으로부터 SO2 및 CO2 의 일부를 분리하기 위한 부식성 스크러버로서, 소각로의 제 1 출구에 연결된 제 2 오프가스 스트림용 제 1 입구, 제 1 수성 알칼리 스트림용 제 2 입구, 탄산염 및 아황산염과 중아황산염의 일방 또는 쌍방을 포함하는 소비된 부식성 스트림용 제 1 출구, 및 N2 및 CO2 를 포함하는 부식성 스크러버 오프가스 스트림용 제 2 출구를 갖는 부식성 스크러버; 및
- 아황산염 및 중아황산염을 황산염으로 산화시키기 위해 산소의 존재 하에서 황 산화 박테리아를 포함하는 폭기장치로서, 부식성 스크러버의 제 1 출구에 연결된 소비된 부식성 스트림용 제 1 입구 및 황산염 스트림용 제 1 출구를 갖는 폭기장치를 포함하는 장치를 제공한다.
본 발명의 방법 및 장치는, 소비된 부식성 스트림을 처리하는데 황 산화 박테리아를 이용하여, 황산염 스트림을 제공한다. 임의의 수처리 (water treatment) 유닛은 더 이상 소비된 부식성 스트림을 처리할 필요가 없으므로 크기가 작아질 수 있다.
이하에서, 비제한적인 첨부도면을 참조하여 예를 통해 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다.
도 1 은 본 발명의 방법에 따른 전형적인 프로세스 계획의 제 1 실시형태를 보여준다.
도 2 는 본 발명의 방법에 따른 전형적인 프로세스 계획의 제 2 실시형태를 보여준다.
본 발명의 설명을 위해, 하나의 라인뿐만 아니라 그 라인에서 운반되는 스트림에 하나의 도면부호를 사용한다. 동일한 도면부호는 유사한 성분, 스트림 또는 라인을 나타낸다.
도 1 은, 가스화 발전소에서의 오프가스 스트림과 같은 제 1 오프가스 스트림 (80) 을 처리하기 위한 장치를 보여준다. 제 1 오프가스 스트림 (80) 은 NH3, H2S, CO2, 및 선택적으로 HCN, COS 와 CS2 중 1 이상을 포함한다. 도 2 와 관련하여 상세하게 설명하는 일 실시형태에서, 제 1 오프가스 스트림 (80) 은 산패 슬러리 스트리퍼 (sour slurry stripper) 및/또는 산패수 (sour water) 스트리퍼에 의해 공급될 수 있다. 제 1 오프가스 스트림 (80) 은 실질적으로 미립자 고체가 없는 것이 바람직하다.
제 1 오프가스 스트림 (80) 은 소각로 (300) 의 제 1 입구 (298) 로 전달된다. 소각로 (300) 는 제 1 오프가스 스트림 (80) 의 연소가능 성분을 산화시켜, 제 1 출구 (301) 에서 소각로 연도 가스 스트림인 제 2 오프가스 스트림 (310) 을 제공한다. 제 1 오프가스 스트림 (80) 내 황화수소는 소각로 (300) 에서 부분적으로 산화되어 이산화황으로 된다. NH3 및 존재한다면 HCN, CS2 및 COS 와 같은 다른 연소가능 성분이 산화되어 H2O, N2, CO2 와 같은 연소 생성물로 되고, CS2 및 COS 의 일방 또는 쌍방이 존재하면, 부가적인 SO2 가 생상된다. 제 2 오프가스 스트림 (310) 은 H2O, CO2, SO2 및 N2 를 포함한다. 또한, 공기와 같은 산소함유 스트림 (320) 이 제 2 입구 (299a) 에서 소각로 (300) 에 공급되어 연소를 지지할 수 있고, 필요하다면, 탄화수소함유 연료 스트림 (330) 이 제 3 입구 (299b) 로 전달될 수 있다.
제 2 오프가스 스트림 (310) 이 부식성 스크러버 (350) 의 제 1 입구 (348) 로 전달될 수 있다. 부식성 스크러버 (350) 는 제 2 오프가스 스트림으로부터 SO2 및 CO2 와 같은 산 가스를 분리한다. 제 1 수성 알칼리 (alkaline) 스트림 (380) 이 부식성 스크러버 (350) 로 전달되고, 그곳에서 염기성 알칼리 (basic alkaline) 가 산 가스와 반응하여, 물 및 탄산염, 그리고 아황산염과 중아황산염 중 일방 또는 쌍방을 생성한다. 아황산염 및/또는 중아황산염의 형성은 제 1 수성 알칼리 스트림 (380) 의 pH 에 의존한다. 따라서, 이 스트림의 pH 를 조절함으로써, 아황산염과 중아황산염의 상대적인 양을 제어할 수 있다.
적절한 수성 알칼리 스트림 (380) 은 수성 수산화물 용액, 예컨대 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 수용액을 포함한다. 수성 알칼리 용매 (solvent) 의 pH 는 바람직하게는 7 ~ 12, 더 바람직하게는 8 ~ 11 이다. 제 1 수성 알칼리 스트림 (380) 은 이전에 사용된 적이 없는 새로운 스트림이거나, 또는 도 2 와 관련하여 후술하는 것처럼 황 산화 유닛으로부터 재생된 수성 알칼리 스트림의 제 1 부분과 같은 재생 스트림일 수 있다.
산 가스는 제 2 오프가스 스트림 (310) 으로부터 스크러빙되어, 제 1 출구 (351) 에서, 수용액에 탄산염 및 아황산염과 중아황산염의 일방 또는 쌍방을 포함하는 소비된 부식성 스트림 (360) 을 제공한다. CO2 의 일부 및 N2 를 포함하는 잔류 가스가 부식성 스크러버 (350) 에서 제 2 출구 (352) 를 통해 부식성 스크러버 오프가스 스트림 (370) 으로서 나온다.
소비된 부식성 스트림 (360) 이 폭기장치 (aerator; 900) 의 제 1 입구 (898) 로 전달되고, 폭기장치에서는 아황산염 및 중아황산염이 산소의 존재 하에서 황 산화 박테리아에 의해 생물학적으로 산화되어 황산염으로 된다. 폭기장치에는, 제 2 입구 (899) 에서 폭기장치 공기 스트림 (920) 으로 산소가 공급될 수 있다.
여기서, 황화물 산화 박테리아는 아황산염 및/또는 중아황산염을 황산염으로 산화시킬 수 있는 박테리아를 가리킨다. 적절한 황화물 산화 박테리아는 예컨대, 티오바실러스 (Thiobacillus) 및 티오마이크로스피라 (Thiomicrospira) 속 (genus) 의 공지된 독립영양 호기성 배양균으로부터 선택될 수 있다.
도 1 에 나타내지 않은 다른 실시형태에서, 폭기장치 (900) 에는, 황 산화 박테리아, 영양소 및 완충 화합물(들) (buffering compound(s)) 을 포함하는 그룹으로부터 선택된 1 이상의 첨가제를 포함하는 1 이상의 다른 스트림이 공급될 수 있다. 영양소 및 완충 화합물(들)은 이하의 도 2 의 생물학적 반응기 (bio-reactor) 와 관련하여 논의하는 것과 동일할 수 있다.
대안적으로는, 제 1 수성 알칼리 스트림 (380) 은 황 산화 박테리아 및 선택적으로 영양소 및/또는 완충제를 더 포함할 수 있다. 이러한 방식에서, 황 산화 박테리아는 제 1 수성 알칼리 스트림 (380) 에 이미 존재하므로, 예컨대 황 산화 박테리아 포함 스트림을 통한 접종 또는 공급에 의해, 폭기장치 (900) 에 별도로 공급될 필요는 없다.
황 산화 반응은 바람직하게는 생물학적 폭기장치에서 하기 반응을 따라 일어난다:
(1) HSO3 - + OH- → SO3 2 - + H2O
(2) 2 SO3 2 - + O2 → 2 SO4 2 -
중아황산염이 존재한다면, 중아황산염은 반응 (1) 에 따라 아황산염으로 부분적으로 산화된다. 이어서 또는 동시에, 소비된 부식성 스트림 (360) 에 존재하는 또는 반응 (1) 에서 생성된 아황산염이 황산염으로 산화된다. 아황산염 화합물의 황산염으로의 생물학적 산화의 결과, 수성 황산염이 생성되고, 이 수성 황산염은 황산염 스트림 (910) 으로서 제 1 출구 (901) 에서 폭기장치 (900) 로부터 제거될 수 있다.
도 2 는 여기서 개시되는 방법 및 장치를 활용하는, 석탄 가스화 계획과 같은 개괄적인 가스화 계획 (5) 을 보여준다. 도 1 과 관련하여 설명된 스트림, 유닛 및 구역은 도 2 의 계획에서 동일한 도면부호, 명칭 및 기능을 갖는다.
석탄 공급 원료와 같은 원료 탄화수소 (510) 를 분쇄 및 건조 유닛 (500) 을 통과시키고, 선택적으로 플럭스 (flux) 와 함께 처리되어, 분쇄된 석탄 공급물과 같은 분쇄된 공급물 (520) 을 제공함으로써, 제조 석탄 공급물과 같은 탄화수소 공급물 (560) 이 제공될 수 있다. 그리고 나서, 분쇄된 공급물 (520) 이 공급 유닛 (550) 에 전달되어, 분쇄 및 건조된 석탄과 같은 탄화수소 공급물 (560) 이 가스화 장치 (600) 에 공급된다.
가스화 장치 (600) 는 가스화 구역 (600a) 및 냉각 구역 (600b) 을 포함한다. 가스화 구역 (600a) 의 내부에서는, 분쇄 및 건조된 석탄과 같은 탄화수소 공급물이 질소, 산소 및 증기와 함께 버너에 공급된다. 슬래그 형태의 재가 가스화 구역 (600a) 으로부터 슬래그 소화(quench) 탱크 내로 중력에 의해 가라앉고, 이곳으로부터 폐기물 저장소로 운반될 수 있다. 생성물 합성 가스는 가스화 구역으로부터 상측 소화부로 상승하고, 이곳에서 예컨대 적절한 재압축 후 후술하는 원료 합성 가스 스트림 (710) 으로부터 나오는 블리드 (bleed) 스트림으로부터의 재순환 합성 가스에 의해 소화 처리되어 고온 합성 가스 스트림을 제공할 수 있다. 고온 합성 가스 스트림은 CO, H2, 미립자 고체, HCN, NH3, H2S, CO2, 및 선택적으로 COS 와 CS2 의 일방 또는 쌍방을 포함한다. 그리고 나서, 고온 합성 가스 스트림은 합성 가스 냉각기 또는 폐열 보일러와 같은 냉각 구역 (600b) 으로 전달될 수 있고, 이곳에서 비등수 (boiling water) 스트림과 같은 물 스트림에 대해 더 냉각되어, 포화된 증기 스트림 및 냉각된 합성 가스 스트림 (610) 을 제공할 수 있다.
그리고 나서, 냉각된 합성 가스 스트림 (610) 은 사이클론 분리기와 같은 건조 고체 제거 유닛 (650) 으로 전달될 수 있고, 이곳에서 기체 성분으로부터 높은 분율의 미립자 고체가 분리되어 비산재 (fly ash) (670) 및 습윤 고체 합성 가스 스트림 (660) 을 제공하며, 습윤 고체 합성 가스 스트림은 CO, H2, 미립자 고체, H2O, HCN, NH3, H2S, CO2 를 포함하고 또한 선택적으로 COS 와 CS2 의 일방 또는 쌍방을 포함한다.
습윤 고체 합성 가스 스트림 (660) 은 습식 스크러빙 칼럼 (700) 으로 전달될 수 있고, 이곳에서 스크러빙되어, 미립자 고체, HCN, NH3, H2S, CO2, 및 선택적으로 COS 와 CS2 의 일방 또는 쌍방을 포함하는 슬러리 블리드 스트림 (720), 및 CO, H2, HCN, NH3, H2S, CO2, 및 선택적으로 COS 와 CS2 의 일방 또는 쌍방을 포함하는 원료 합성 가스 스트림 (710) 을 제공할 수 있다.
슬러리 블리드 스트림 (720) 은 제 1 입구 (48) 를 통해 산패 슬러리 스트리퍼 (50) 로 전달될 수 있다. 또한, 산패 슬러리 스트리퍼 (50) 에는, 제 2 입구 (49) 에서 증기 스트림 (10) 이 공급될 수 있다. 증기는 슬러리 블리드 스트림으로부터 기체 성분을 스트리핑하여, 산패 슬러리 스트리퍼 (50) 의 제 1 출구 (51) 에서, HCN, NH3, H2S, CO2, 및 선택적으로 COS 와 CS2 의 일방 또는 쌍방을 포함하는 슬러리 오프가스 스트림 (60) 을 제공하고, 산패 슬러리 스트리퍼의 제 2 출구 (52) 에서, 미립자 고체를 포함하는 스트리핑된 슬러리 스트림 (70) 을 제공한다. 슬러리 오프가스 스트림 (60) 은 실질적으로 미립자 고체가 없을 수 있다. 스트리핑된 슬러리 스트림 (70) 은 슬러리를 처분하기 위한 정화기 (250) 로 전달될 수 있다.
그리고 나서, 슬러리 오프가스 스트림 (60) 은 제 1 오프가스 스트림으로서 소각로 (300) 의 제 1 입구 (298) 로 전달될 수 있고, 그곳에서 도 1 을 참조하여 논의한 것과 유사한 방식으로 처리되어, 스크러빙 후, 탄산염 및 아황산염과 중아황산염의 일방 또는 쌍방을 포함하는 소비된 부식성 스트림 (360) 을 제공한다. 그리고 나서, 소비된 부식성 스트림 (360) 은 폭기장치 (900) 로 전달되어, 황산염 스트림 (910) 을 생성할 수 있다.
소각로 (300) 는 제 1 출구 (301) 에서 제 2 오프가스 스트림 (310) 을 제공한다. 제 2 오프가스 스트림은 부식성 스크러버 (350) 로 전달되고, 그곳에서 제 1 수성 알칼리 스트림 (876a) 으로 스크러빙되어, 소비된 부식성 스트림 (360) 을 제공한다
도 2 의 실시형태에서, 제 1 수성 알칼리 스트림 (876a) 은 황 산화 구역 (850) 으로부터 재생된 수성 알칼리 스트림 (876) 의 제 1 부분이다. 재생된 수성 알칼리 스트림 (876) 은 생물학적 반응기 (875) 로부터 인출될 수 있다. 따라서, 제 1 수성 알칼리 스트림은, 존재하는 임의의 영양소 및 완충 화합물과 함께, 예컨대 생물학적 반응기 (875) 로부터의 황 산화 박테리아를 또한 포함할 수 있다. 생물학적 반응기 (875) 및 황 산화 구역 (850) 의 작동은 이하에서 더 상세하게 논의된다.
다른 실시형태에서, 생물학적 반응기 블리드 스트림 (도시 안 됨) 이 또한 폭기장치 (900) 로 전달될 수 있다. 생물학적 반응기 블리드 스트림은, 생물학적 반응기 (875) 에 존재하는 임의의 영양소 및 완충 화합물 및 황 산화 박테리아를 포함할 수 있다. 생물학적 반응기 블리드 스트림은, 특히 황 산화 박테리아가 제 1 수성 알칼리 스트림에 존재하지 않는 경우, 폭기장치 (900) 에 황 산화 박테리아를 제공하기 위해 또는 폭기장치 (900) 내 황 산화 박테리아의 양을 보충하기 위해 사용될 수 있다.
그리고 나서, 습식 스크러빙 칼럼 (700) 으로부터의 원료 합성 가스 스트림 (710) 은 고압 가수분해 유닛 (750) 으로 전달될 수 있고, 그곳에서 HCN 및 존재한다면 COS 및 CS2 가 가수분해되어, 제 1 출구 (751) 에서, CO, H2, NH3, H2S, 및 CO2 를 포함하는 가수분해된 합성 가스 스트림 (760) 을 제공하고, 제 2 출구 (752) 에서, H2O, NH3, CO2 및 H2S 를 포함하는 응축수 스트림 (770) 을 제공할 수 있다. 응축수 스트림 (770) 은 산패수 스트리퍼 (200) 의 제 1 입구 (198) 로 전달될 수 있고, 이하에서 더 상세하게 논의된다.
고압 가수분해 유닛 (750) 내 압력은 1 ~ 100 bara 일 수 있고, 2 ~ 80 bara 인 것이 더 바람직하다.
고압 가수분해 유닛 (750) 에서, HCN 및 적용가능하다면 COS 와 CS2 의 일방 또는 쌍방이 다음의 반응에 따라 변환될 수 있다:
(A) HCN 의 가수분해 : HCN + H2O → NH3 + CO
(B) COS 의 가수분해 : COS + H2O → H2S + CO2
(C) CS2 의 가수분해 : CS2 + 2H2O → 2H2S + CO2
고압 가수분해 유닛 (750) 내의 물/증기의 양은, 증기를 기준으로, 바람직하게는 10 v/v% ~ 80 v/v%, 더 바람직하게는 20 v/v% ~ 70 v/v%, 보다 더 바람직하게는 30 v/v% ~ 50 v/v% 이다. 바람직한 물/증기의 양에서, HCN 및 선택적으로 COS 와 CS2 의 일방 또는 쌍방의 변환이 향상된다. 전형적으로, H2O 는 HCN 및 존재한다면 선택적으로 COS 와 CS2 의 일방 또는 쌍방의 변환을 달성하기에 충분한 양으로, 습식 스크러빙 작업으로부터의 원료 합성 가스 스트림 (710) 에 존재할 수 있다.
선택적으로, 원하는 양의 물/증기를 얻기 위하여, 물 또는 증기 또는 이들의 혼합물이, 고압 가수분해 유닛 (750) 에 전달되기 전에 원료 합성 가스 스트림 (710) 에 추가될 수 있다. COS 와 CS2 의 일방 또는 쌍방이 존재한다면, 가수분해된 합성 가스 스트림 (760) 에서의 COS 와 CS2 의 총 농도가, 총 가스 스트림을 기준으로, 적절하게는 10 ppmv ~ 2 부피%, 바람직하게는 20 ppmv ~ 1 부피% 이다.
고압 가수분해 유닛 (750) 은 기체/고체 접촉 장치일 수 있으며, 고정 베드형 반응기 (fixed bed reactor) 인 것이 바람직하다. HCN, COS 및 CS2 의 가수분해용 촉매는 본 기술분야의 당업자에게 공지되어 있고, 예컨대 TiO2계 촉매 또는 암모니아 및/또는 산화크롬계 촉매를 포함한다. 바람직한 촉매는 TiO2계 촉매이다.
가수분해의 결과, NH3, H2S 및 CO2 를 포함하는 가수분해된 합성 가스 스트림 (760) 이 생성되며, 이 가수분해된 합성 가스 스트림에는 HCN 그리고 적용가능하다면 COS 및 CS2 가 아주 미량 포함되고, 예컨대 총 가스 스트림을 기준으로, 0.01 부피% 미만, 적절하게는 0.1 ppmv ~ 0.01 부피%, 더 바람직하게는 0.1 ppmv ~ 1 ppmv 의 HCN 의 농도를 갖는다.
원료 합성 가스 스트림 (710) 중에 COS 가 존재한다면, COS 의 농도는 가수분해된 합성 가스 스트림 (760) 에서, 총 가스 스트림을 기준으로, 0.01 부피% 미만, 적절하게는 1 ppmv ~ 0.01 부피%, 더 바람직하게는 1 ppmv ~ 10 ppmv 으로 감소될 수 있다.
원료 합성 가스 스트림 (710) 중에 CS2 가 존재한다면, CS2 의 농도는 가수분해된 합성 가스 스트림 (760) 에서, 총 가스 스트림을 기준으로, 0.01 부피% 미만, 적절하게는 1 ppmv ~ 0.01 부피%, 더 바람직하게는 2 ppmv ~ 50 ppmv 으로 감소될 수 있다.
가수분해된 합성 가스 스트림 (760) 은 본 기술분야에 공지된 것과 같은 산 가스 제거 유닛 (800) 의 제 1 입구 (798) 로 선택적으로 전달될 수 있다. 산 가스 제거 유닛 (800) 은 합성 가스로부터 H2S 와 같은 산 가스 및 CO2 의 일부를 제거하여, 제 1 출구 (801) 에서, 처리된 합성 가스 스트림 (810) 을 제공한다. 처리된 합성 가스 스트림 (810) 은 CO2, CO 및 H2 를 포함하고, 더 바람직하게는 본질적으로 CO2, CO 및 H2 로 구성된다. 그리고 나서, 처리된 합성 가스는 더 긴 사슬 (longer chain) 액체 탄화수소로의 변환을 위한 피셔-트롭스크 (Fischer-Tropsch) 유닛과 같이 후처리를 위해 전달될 수 있다.
이런 방식에서, 원료 합성 가스 스트림 (710) 은, HCN, NH3, H2S, CO2 의 일부, 그리고 존재한다면 COS 및 CS2 가 제거되어 있는 처리된 합성 가스 스트림 (810) 을 제공하도록 처리될 수 있다.
산 가스 제거 유닛 (800) 은 제 2 출구 (802) 에서 산 가스 스트림 (820) 을 또한 제공한다. 산 가스 스트림 (820) 은 가수분해된 합성 가스 스트림 (760) 으로부터 분리된 CO2 및 산 가스 H2S 를 포함한다.
산 가스 제거는, 가수분해된 합성 가스 스트림 (760) 을 흡수 액체 (absorbing liquid) 와 접촉시켜서 가수분해된 합성 가스 스트림으로부터 흡수 액체로 H2S 및 CO2 의 일부를 이전시킴으로써 행해질 수 있다. 이는 비교적 높은 압력 및 주위 온도에서 행해지는 것이 바람직하다.
그리고 나서, H2S 및 CO2 를 포함하는 흡수 액체는 나머지 기체 성분으로부터 분리될 수 있고, 나머지 기체 성분은 처리된 합성 가스 스트림 (810) 으로서 유닛에서 나온다. 그리고 나서, H2S 및 CO2 를 포함하는 분리된 흡수 액체는, 보통 비교적 낮은 압력 및 높은 온도에서, 스트리핑 가스에 의해 재생되어, CO2 및 H2S 를 포함하는 산 가스 스트림 (820) 을 제공할 수 있다.
흡수 액체는 가수분해된 합성 가스 스트림 (760) 으로부터 H2S 및 CO2 의 일부를 제거할 수 있는 임의의 액체일 수 있다. 바람직한 흡수 액체는 물리 용매뿐만 아니라 화학 용매를 포함한다. 적절한 화학 용매는 1차, 2차 및/또는 3차 아민이다. 바람직한 화학 용매는 2차 또는 3차 아민이고, 더 바람직하게는 에탄올 아민으로부터 유도된 아민 화합물이고, 보다 더 바람직하게는 DIPA, DEA, MEA, DEDA, MMEA (모노메틸 에탄올아민), MDEA 또는 DEMEA (디에틸 모노에탄올아민) 이다. DIPA 및/또는 MDEA 가 특히 바람직하다. 이들 화합물이 H2S 및/또는 CO2 와 같은 산성 화합물과 반응하여, 가수분해된 합성 가스 스트림 (760) 으로부터 H2S 및/또는 CO2 를 제거하는 것으로 생각된다.
적절한 물리 용매는 설포레인 (시클로테트라메틸렌술폰) 과 그 유도체, 지방산 아민, N-메틸피롤리돈, N-알킬레이티드 피롤리돈과 해당 피페리돈, 메탄올, 에탄올, 폴리에틸렌 글리콜의 디알킬에테르 또는 이들의 혼합물이다. 바람직한 물리 용매는 설포레인이다. H2S 및/또는 CO2 가 물리 용매에 녹아서, 가수분해된 합성 가스 스트림으로부터 제거되는 것으로 생각된다. 부가적으로, 메르캅탄 (mercaptan) 이 존재한다면, 메르캅탄은 물리 용매에 녹을 것이다.
바람직하게는, 흡수 액체가 설포레인, MDEA 또는 DIPA, 및 물을 포함한다.
처리된 합성 가스 스트림 (810) 에서의 H2S 의 농도는 가수분해된 합성 가스 스트림 (760) 에서의 H2S 의 농도보다 낮다. 전형적으로, 처리된 합성 가스 스트림에서의 H2S 의 농도는 가수분해된 합성 가스 스트림 (760) 에서의 H2S 농도의 0.0001 % ~ 20 %, 더 바람직하게는 0.0001 % ~ 10 % 이다. 적절하게는, 처리된 합성 가스 스트림 (810) 에서의 H2S 의 농도는 10 ppmv 미만, 더 바람직하게는 5 ppmv 미만이다.
산 가스 스트림 (820) 은 황 산화 구역 (850) 의 제 1 입구 (848) 에 전달될 수 있고, 이에 대해 지금부터 더 상세하게 설명한다. 황 산화 구역 (850) 은 산 가스 스트림 (820) 으로부터 황화수소와 같은 황 함유 화합물을 분리할 수 있다. 황 산화 구역은 생물학적 탈황 유닛인 생물학적 반응기 (875) 를 포함한다. 황 산화 구역 (850) 은 소비된 부식성 스트림 (360) 으로부터 황산염을 회수하는데 사용되는 구역과 동일한 것이 바람직하다.
황 산화 구역 (850) 은 먼저, H2S 제거 구역 (855) 에서, 재생된 수성 알칼리 스트림 (876) 의 제 2 부분 (876b) 으로부터 형성된 제 2 수성 알칼리 스트림 (876b) 과의 접촉에 의해 산 가스 스트림 (820) 으로부터 H2S 를 분리한다. H2S 가 제 2 수성 알칼리 스트림 (876b) 에서 포획되어, 황화수소함유 수성 스트림 (862) 을 제공한다.
CO2 를 포함하는 나머지 가스가 H2S 제거 구역 배기 가스 스트림 (864) 으로서 H2S 제거 구역 (855) 에서 나올 수 있다. H2S 제거 구역 배기 가스 스트림 (864) 은 "H2S-결핍(lean)" 또는 "H2S-고갈(depleted)" 가스 스트림이고, H2S 가 실질적으로 없는 것이 더 바람직하다. H2S 제거 구역 배기 가스 스트림 (864) 은, 총 가스 스트림을 기준으로, 적절하게는 0.01 ~ 30 ppmv, 또는 25 ppmv 미만, 적절하게는 0.01 ~ 20 ppmv, 또는 15 ppmv 미만, 적절하게는 0.01 ~ 10 ppmv, 바람직하게는 0.05 ~ 3.5 ppmv, 더 바람직하게는 0.1 ~ 1 ppmv 의 황 화합물, 특히 H2S 의 총 농도를 가질 수 있다. H2S 제거 구역 배기 가스 스트림 (864) 은 녹아웃 용기 (knockout vessel) (865) 로 전달될 수 있고, 녹아웃 용기는 녹아웃 용기 오프가스 스트림 (868) 을 제공한다.
상기 방법은, H2S 제거 구역 (855) 에서의 황 화합물의 로드 (load) 가 60,000 ㎏/day 미만, 적절하게는 50 ~ 50,000 ㎏/day, 바람직하게는 75 ~ 20,000 ㎏/day, 더 바람직하게는 100 ~ 10,000 ㎏/day 인 경우에 특히 적합하다. 이러한 황 로드에서, 클로스 (Claus) 프로세스와 같은 통상적인 프로세스는, 불가능하지는 않지만, 실시가 어려운 반면, 여기서 개시되는 방법은 유리하게 사용될 수 있다.
적절하게는, 산 가스 스트림 (820) 중의 H2S 의 총량은 10 ppmv ~ 20 부피%, 바람직하게는 20 ppmv ~ 10 부피% 이다. 여기서 개시되는 방법의 이점은, 심지어 H2S 양이 비교적 적은 경우에도, 전형적으로 10 ppmv ~ 20 부피% 인 경우에도, 산 가스 스트림 (820) 중의 H2S 가 제거될 수 있다는 것이다.
클로스 프로세스와 같은 다른 프로세스의 경우, 클로스 공급물로서 사용하기에 적당하도록 하기 위해서는 H2S 함량이 높은 산 가스를 생성하는 것이 필요하다.
적당한 제 2 수성 알칼리 스트림 (876b) 은 수산화물 수용액, 예컨대 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 수용액을 포함한다. 수성 알칼리 용매의 pH 는 적절하게는 7 ~ 12, 바람직하게는 8 ~ 11 이다. 제 2 수성 알칼리 스트림 (876b) 은, 황 산화 박테리아, 완충 화합물 및 영양소와 같은, 생물학적 반응기 (875) 에서 발견되어 인출될 수 있는 성분 중 1 이상을 더 포함할 수 있다.
H2S 제거 구역 (855) 에서 일어날 수 있는 주된 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) 폴리히드로황화물 (poly-hydrosulphide) : 2HS- + S8 → 2HS5 -
여기서 사용되는 용어 "황화수소함유 수성 스트림" (862) 은, H2S 제거 구역 (855) 에서 일어날 수 있는 주된 반응 (D) ~ (H) 의 1 이상의 생성물, 예컨대 HS-, 이황화물, 폴리황화물 (polysulphide), 티오탄산염 (thiocarbonate) 및 탄산염을 포함하지만 용존 H2S 를 포함할 수도 있는 수성 스트림을 가리킨다.
H2S 제거 구역 (855) 의 바람직한 온도는 5 ~ 60 ℃ 이고, 더 바람직하게는 25 ~ 45 ℃ 이다. 바람직하게는, H2S 제거 구역의 압력은 1 ~ 75 bara 이고, 더 바람직하게는 2 ~ 5 bara 이다.
전형적으로, H2S 제거 구역 (855) 은 기체/액체 접촉 장치이다. 적절한 기체/액체 접촉 장치는 페리의 화학공학 핸드북 (Perry's Chemical Engineers' Handbook) 제 7 판 섹션 14 (1997년) 에 기재되어 있으며, 예컨대 트레이 또는 패킹된 칼럼 또는 가스 스크러버를 포함한다.
선택적으로, H2S 제거 구역 (855) 의 매체는 완충될 수 있다. 바람직한 완충 화합물은 탄산염, 중탄산염, 인산염 및 그 혼합물, 특히 탄산나트륨 및/또는 중탄산나트륨이다. 완충 화합물의 농도는 특히 산 가스 스트림 (820) 의 조성에 의존하고, 일반적으로, H2S 제거 구역 (855) 의 반응 매체의 pH가 6.0 ~ 10, 더 바람직하게는 6.5 ~ 9.0 이 되도록 조절된다. H2S 제거 구역 (855) 에 공급되는 수성 알칼리 스트림 (876b) 의 유량은 희망하는 pH 를 달성하는 한편 필요에 따라 새로운 수성 알칼리가 첨가되도록 조절될 수 있다.
특유의 냄새로 인해, H2S, 메르캅탄, 황화물, 이황화물 및 방향족 메르캅탄은 ppm 농도로 검출될 수 있다. 따라서, 이러한 가스 및 정제 스트림의 사용자가 황 화합물, 특히 H2S 의 총 농도를, 전체 제 4 오프가스 스트림을 기준으로 예컨대 30 또는 20 ppmv 미만, 바람직하게는 10 ppmv 미만으로 낮추는 것이 바람직하다.
그리고 나서, 황화수소함유 수성 스트림 (862) 은 산화 반응기와 같은 생물학적 반응기 (875) 에서 산소의 존재 하에서 황 산화 박테리아와 접촉하게 되어, 원소 황을 생성하고 수성 알칼리를 재생할 수 있다. 영양소 스트림 (882) 을 통해 생물학적 반응기 (875) 에 영양소가 공급될 수 있다. 오프가스는 생물학적 반응기로부터 생물학적 반응기 오프가스 스트림 (880) 을 통해 배기될 수 있다.
다른 선택적인 단계에서, 황화수소함유 수성 스트림 (862) 은, 여분의 가스가 황화수소-고갈 오프가스 스트림 (874) 으로서 배기되는 플래시 (flash) 용기 (870) 로 전달되어, 황화물함유 수성 스트림 (872) 을 제공하고, 이 황화물함유 수성 스트림은 생물학적 반응기 (875) 로 전달될 수 있다.
생물학적 반응기 (875) (바람직하게는 호기성 반응기임) 에서 일어날 수 있는 주된 반응은 황과 황산염의 미생물학적 형성이다:
(3) 황의 생성 : HS- + 0.5 O2 → 1/8 S8 + OH-
(4) 황산염의 생성 : HS- + 2O2 + OH- → SO4 2 - + H2O
생물학적 반응기 (875) 에서의 원소 황의 생성은, 반응 (3) 에서 보여진 것처럼, 동시에 수성 알칼리를 재생한다. 원소 황은 수성 액체와 함께 "황 슬러리"를 형성한다. 여기서 사용되는 이 용어는, 생물학적 반응기 (875) 에서 일어날 수 있는 주된 반응 (반응 (3) 및 (4) 를 포함) 의 1 이상의 생성물을 포함하는 슬러리를 가리킨다. 황 슬러리는 수성 황산염 및 원소 황을 포함할 수 있다.
산소 스트림 (884) (공기 스트림일 수 있음) 을 통해 생물학적 반응기 (875) 에 산소가 공급될 수 있다. 생물학적 반응기 (875) 에 공급되는 산소의 양은, 흡수된 황화물의 산화의 결과로 NL 8801009 (황함유 폐수의 제어 산화를 위한 프로세스가 개시되어 있음) 에서 암시된 것처럼 주로 황이 생성되도록 조절된다.
여기서 황화물 산화 박테리아는 황화물을 원소 황으로 산화시킬 수 있는 박테리아를 가리킨다. 부식성 스크러버 (350) 로 전달된 제 1 수성 알칼리 스트림이 생물학적 반응기 (875) 로부터 인출되는 재생된 수성 알칼리 스트림 (876) 의 제 1 부분 (876a) 이라면, 그 안의 황 산화 박테리아는 아황산염 및/또는 중아황산염을 황산염으로 산화시킬 수 있어야 한다. 적절한 황 산화 박테리아는 예컨대 티오바실러스 및 티오마이크로스피라 속 (genus) 의 공지된 독립영양 호기성 배양균으로부터 선택될 수 있다.
생물학적 반응기 (875) 의 일반적인 압력은 1 ~ 2 bara 이다. 산화 반응기는 적절하게는 5 ~ 2,500 ㎥, 바람직하게는 10 ~ 2,000 ㎥ 의 부피를 갖는다.
바람직하게는, 생물학적 반응기 (875) 의 반응 매체는 완충된다. 완충 화합물은 산화 반응기에 존재하는 박테리아가 그 완충 화합물을 견딜 수 있도록 선택된다. 바람직한 완충 화합물은 탄산염, 중탄산염, 인산염 및 그 혼합물, 특히 탄산나트륨 및/또는 중탄산나트륨이다. 완충 화합물의 농도는 특히 가스 흐름의 조성에 의존하고, 일반적으로 산화 반응기의 반응 매체의 pH 가 6 ~ 10, 더 바람직하게는 7 ~ 9 가 되도록 조절된다.
황 슬러리 및 재생된 수성 알칼리는 분리기 공급 스트림 (878) 으로서 고체/액체 분리기 (885) 로 전달될 수 있다. 적절한 고체/액체 분리기는 페리의 화학공학 핸드북 제 7 판 섹션 22 (1997년) 에 기재되어 있다. 황 함유 성분은 황산염 스트림 (860) 으로서 배출되며, 이 황산염 스트림은 황 케이크 (sulphur cake) 로서 황산염 및 원자 황을 포함한다. 나머지 액체는 고체/액체 분리기 (885) 를 나와서, 수성 알칼리 재순환 스트림 (879) 으로서 생물학적 반응기 (875) 로 다시 전달될 수 있다. 대안적인 실시형태에서, 고체/액체 분리기 (885) 는 침강농축 장치로 대체될 수 있고, 이는 황 슬러리로서 황산염 및 원소 황을 포함하는 황산염 스트림 (860) 을 생성한다.
황 및 재생된 수성 알칼리 스트림 (878) 의 총 중량을 기준으로, 일반적으로 5 ~ 95 w/w%, 바람직하게는 10 ~ 90 w/w% 가 재생된 수성 알칼리로부터 분리되어, 황산염 스트림 (860) 을 제공할 수 있다. 재생된 수성 알칼리로부터 황의 완전한 분리도 또한 생각된다.
일반적으로, 황산염 스트림 (860) 의 황 함량은 황산염 스트림 (860) 을 기준으로 5 w/w% ~ 50 w/w% 이다. 일반적으로, 물과 황산염은, 건조 고체 함량이 55 ~ 70 % 인 황 케이크가 획득되는 정도까지 제거될 수 있다.
일반적으로, 황 케이크의 황 함량은 황 케이크의 총 중량을 기준으로 90 ~ 98 w/w% 이다. 선택적으로, 원소 황은 재슬러리화, 여과 및 건조되어, 적어도 순도 95 wt%, 바람직하게는 적어도 순도 99 wt% 의 황을 포함하는 황 페이스트를 얻을 수 있다. 이렇게 해서 얻어진 황 페이스트는 선택적으로 건조되어, 건조 중량 함량이 적어도 85 %, 바람직하게는 적어도 90 % 인 분말을 생성할 수 있다. 이 분말은 살진균제 (fungicide) 또는 살비제 (miticide) 로서 적절하게 적용될 수 있다.
여기서 개시되는 방법에서 생성되는 원소 황은 친수성을 갖고, 비생물학적 액체 프로세스에 의해 생성되는 황에 의해 일반적으로 야기되는 파울링 (fouling) 문제를 야기하지 않는다. 상기 방법에서 생성되는 황의 다른 이점은 비료로서 사용되기에 매우 적합하다는 것이다.
생물학적 반응기 (875) 에서 생성되는 재생된 수성 알칼리는 재생된 수성 알칼리 스트림 (876) 을 제공한다. 재생된 수성 알칼리 스트림 (876) 의 적어도 일부가 제 2 수성 알칼리 스트림 (876b) 으로서 H2S 제거 구역 (855) 으로 재순환될 수 있다. 재생된 수성 알칼리의 총량 중 적절하게는 10 ~ 99 %, 바람직하게는 30 ~ 95 %, 더 바람직하게는 40 ~ 90 % 가 제 2 수성 알칼리 스트림 (876b) 으로서 H2S 제거 구역으로 재순환된다. 재생된 수성 알칼리를 H2S 제거 구역 (855) 으로 재순환시킴으로써, 새로운 수성 알칼리가 H2S 의 제거를 위한 H2S 제거 구역에 공급된다. 이로써, 30 ppmv 이하, 적절하게는 20 ppmv 이하, 바람직하게는 10 ppmv 이하의 농도로의 H2S 의 제거가 강화된다. 재생된 수성 알칼리 스트림 (876) 은 선택적으로 황 입자를 포함할 수 있다.
재생된 수성 알칼리 스트림 (876) 의 적어도 일부가 제 1 수성 알칼리 스트림 (876a) 으로서 부식성 스크러버 (350) 로 전달될 수 있다.
가수분해 유닛 (750) 에 의해 생성된 응축수 스트림 (770) 은 산패수 스트리퍼 (200) 의 제 1 입구 (198) 로 전달될 수 있다. 증기와 같은 스트리핑제가 증기 스트림 (230) 으로서 산패수 스트리퍼 (200) 의 제 2 입구 (199) 로 전달되어, 응축수 스트림으로부터 NH3, H2S 및 CO2 와 같은 기체 성분을 분리하는데 사용될 수 있다. 산패수 스트리퍼 (200) 의 제 1 출구 (201) 에서, NH3, H2S 및 CO2 를 포함하는 산패수 스트리퍼 오프가스 스트림 (210) 이 생성된다. 산패수 스트리퍼 (200) 의 제 2 출구 (202) 에서, 산패수 스트리퍼 물 스트림 (220) 이 생성된다.
다른 실시형태에서, 산패수 스트리퍼 오프가스 스트림 (210) 의 적어도 일부 (210a) 가 제 1 오프가스 스트림으로서 소각로 (300) 에 전달되어, NH3 및 H2S 와 같은 연소가능 성분을 N2, H2O 및 SO2 와 같은 그들의 연소 생성물로 산화시킬 수 있다. 이는 산패수 스트리퍼 오프가스 스트림 (210) 이 비교적 작은 유량을 갖는 경우 특히 바람직하고, 따라서 산패수 스트리퍼 오프가스 소각로 공급 스트림 (215) 으로서 소각로 (300) 에 완전히 전달될 수 있다. 이 스트림은 소각로 (300) 의 전용 입구에 전달되거나, 또는 도 2 에 도시된 것처럼, 제 1 오프가스 스트림으로서 소각로 (300) 에 전달되기 전에 슬러리 스트리퍼 오프가스 스트림 (60) 과 조합될 수 있다. 이는 암모니아 스크러버 (150) 와 같은 추가 처리 유닛이 요구되지 않기 때문에 유리하다.
소각로 (300) 가 산패 슬러리 스트리퍼 (50) 로부터의 슬러리 스트리퍼 오프가스 스트림 (60) 에 더하여 산패수 스트리퍼 오프가스 스트림 (210) 의 유동 크기를 용이하게 다룰 수 없는 경우, 산패수 스트리퍼 오프가스 스트림 (210) 의 적어도 일부 (210b) 가 암모니아 스크러버 (150) 의 제 1 입구 (148) 로 전달될 수 있다.
암모니아 스크러버 (150) 내부에서, 산패수 스트리퍼 오프가스 스트림 (210) 의 일부 (210b) 는, 제 2 입구 (149) 에서 암모니아 스크러버에 들어가는 수성의 산성 스트림 (180) 으로 처리될 수 있다. 수성의 산성 스트림 (180) 은 염기성 암모니아와 반응하여, 암모니아 스크러버의 제 2 출구 (152) 에서 암모니아함유 수성 스트림 (170) 을 제공하고, 암모니아 스크러버의 제 1 출구 (151) 에서 암모니아 스크러버 오프가스 스트림 (160) 을 제공한다. 바람직한 실시형태에서, 수성의 산성 스트림 (180) 은 수성 황산 스트림이고, 암모니아 함유 수성 스트림 (170) 은 황산암모늄 수성 스트림이다. 암모니아 스크러버 오프가스 스트림 (160) 은 H2S 및 CO2 를 포함하고, HCN, COS 및/또는 CS2 및 NH3 이 고갈되고, 더 바람직하게는 HCN, COS 및/또는 CS2 및 NH3 이 실질적으로 없다.
그리고 나서, 암모니아 스크러버 오프가스 스트림 (160) 은 황 산화 구역 (850) 으로 전달될 수 있다. 예컨대, 암모니아 스크러버 오프가스 스트림은 조합된 산 가스 스트림 (820a) 을 제공하기 위해 산 가스 스트림 (820) 과 조합되어, H2S 제거 구역 (855) 의 제 1 입구 (848) 로 전달될 수 있고, 그곳에서 위에서 논의한 바와 같이 수성 알칼리 스트림 (410) 과 접촉될 수 있다. H2S 는 수성 알칼리 스트림에서 포획되어, 황화수소함유 수성 스트림 (862) 을 제공할 수 있다. 이러한 실시형태에서, H2S 제거 구역 (855) 은 산 가스와 암모니아 스크러버 오프가스 모두로부터 황화수소를 포획한다. 도 2 에 나타내지 않은 대안적인 실시형태에서, 암모니아 스크러버 오프가스 스트림 (160) 은 H2S 제거 구역 (855) 의 개별 입구에 제공될 수 있다.
본 기술분야의 당업자는 본 발명이 첨부된 특허청구범위의 범위를 벗어남이 없이 다양한 많은 방식으로 실시될 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (12)

  1. 황산염 스트림 (910) 을 제공하기 위해 NH3 및 H2S 를 포함하는 오프가스 스트림 (80) 을 처리하는 방법으로서,
    (ⅰ) NH3, H2S, CO2, 및 선택적으로 HCN, COS 와 CS2 중 1 이상을 포함하는 제 1 오프가스 스트림 (80) 을 제공하는 단계;
    (ⅱ) 상기 제 1 오프가스 스트림 (80) 을 소각로 (300) 로 전달하여, NH3, H2S, 및 선택적으로 HCN, COS 와 CS2 중 1 이상을 산화시켜서, N2, H2O, SO2 및 CO2 를 포함하는 제 2 오프가스 스트림 (310) 을 제공하는 단계;
    (ⅲ) 부식성 스크러버 (350) 에서 제 2 오프가스 스트림 (310) 을 제 1 수성 알칼리 스트림 (380, 876a) 으로 스크러빙하여, 제 2 오프가스 스트림으로부터 SO2 및 CO2 의 일부를 분리하여서, 탄산염 및 아황산염과 중아황산염의 일방 또는 쌍방을 포함하는 소비된 부식성 스트림 (360), 및 N2 및 CO2 를 포함하는 부식성 스크러버 오프가스 스트림 (370) 을 제공하는 단계; 및
    (ⅳ) 소비된 부식성 스트림 (360) 을, 산소의 존재 하에서 황 산화 박테리아를 포함하는 폭기장치 (900) 로 전달하여, 아황산염 및 중아황산염을 황산염으로 생물학적으로 산화시켜서, 황산염 스트림 (910) 을 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 오프가스 스트림 (80) 은 가스화 장치 (5) 의 오프가스 스트림인 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 오프가스 스트림 (80) 의 적어도 일부가,
    - 미립자 고체, HCN, NH3, H2S, CO2, 및 선택적으로 COS 와 CS2 의 일방 또는 쌍방을 포함하는 슬러리 블리드 스트림 (720) 을 제공하는 단계; 및
    - 슬러리 블리드 스트림 (720) 을 산패 슬러리 스트리퍼 (50) 로 전달하여, 슬러리 블리드 스트림으로부터 미립자 고체를 분리하여서, HCN, NH3, H2S, CO2, 및 선택적으로 COS 와 CS2 의 일방 또는 쌍방을 포함하는 슬러리 스트리퍼 오프가스 스트림 (60) 을 적어도 제 1 오프가스 스트림 (80) 의 일부로서 제공하고, 미립자 고체를 포함하는 스트리핑된 슬러리 스트림 (70) 을 제공하는 단계
    를 포함하는 다른 단계에 의해 제공되는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a) CO, H2, HCN, NH3, H2S, CO2, 및 선택적으로 COS 와 CS2 의 일방 또는 쌍방을 포함하는 원료 합성 가스 스트림 (710) 을 제공하는 단계;
    (b) 상기 원료 합성 가스 스트림 (710) 을 가수분해 유닛 (750) 으로 전달하여, HCN 및 존재하는 임의의 COS 와 CS2 를 가수분해하여서, CO, H2, NH3, H2S, 및 CO2 를 포함하는 가수분해된 합성 가스 스트림 (760) 및 NH3, CO2 및 H2S 를 포함하는 응축수 스트림 (770) 을 제공하는 단계;
    (c) 상기 가수분해된 합성 가스 스트림 (760) 을 산 가스 제거 유닛 (800) 으로 전달하여, 가수분해된 합성 가스 스트림 (760) 으로부터 H2S 및 CO2 의 일부를 분리하여서, CO, H2 및 CO2 를 포함하는 처리된 합성 가스 스트림 (810) 및 H2S 및 CO2 를 포함하는 산 오프가스 스트림 (820) 을 제공하는 단계;
    (d) 상기 산 오프가스 스트림 (820) 을, 산소의 존재 하에서 황 산화 박테리아를 포함하는 황 산화 구역 (850) 으로 전달하여, 생물학적 산화에 의해 원소 황을 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 단계 (d) 는,
    (d1) 상기 산 오프가스 스트림 (820) 을, 황 산화 구역 (850) 의 H2S 제거 구역 (855) 에서 제 2 수성 알칼리 스트림 (876b) 과 접촉시켜서, CO2 를 포함하는 제 1 배기 스트림 (864) 및 황화수소 함유 수성 스트림 (862) 을 제공하는 단계; 및
    (d2) 상기 황화수소 함유 수성 스트림 (862) 을, 선택적으로는 플래시 용기 (870) 를 경유하여, 산소의 존재 하에서 황화물 산화 박테리아를 포함하는 생물학적 반응기 (875) 로 전달하여서, 수성 알칼리를 재생하고 원소 황을 제공하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    (e) 재생된 수성 알칼리 스트림 (876) 으로서, 재생된 수성 알칼리의 적어도 일부를, 제 1 수성 알칼리 스트림 (876a) 으로서는 부식성 스크러버 (350) 로, 그리고 제 2 수성 알칼리 스트림 (876b) 으로서는 H2S 제거 구역 (855) 으로, 이들 중 일방 또는 쌍방으로 재순환시키는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - H2O, NH3, CO2 및 H2S 를 포함하는 응축수 스트림 (770) 을 제공하는 단계;
    - 상기 응축수 스트림 (770) 을 산패수 스트리퍼 (200) 로 전달하여, NH3, H2S 및 CO2 를 포함하는 산패수 스트리퍼 오프가스 스트림 (210) 및 산패수 스트리퍼 물 스트림 (220) 을 제공하는 단계; 및
    - 산패수 스트리퍼 오프가스 스트림 (210) 의 적어도 일부 (210a) 를, 제 1 오프가스 스트림 (80) 의 일부로서 소각로 (300) 로 전달하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    - 산패수 스트리퍼 오프가스 스트림 (210) 의 적어도 일부 (210b) 를, 암모니아 스크러버 (150) 에서 수성의 산성 스트림 (180) 으로 스크러빙하여, H2S 및 CO2 를 포함하는 암모니아 스크러버 오프가스 스트림 (160) 및 암모늄이 풍부한 (ammonium-rich) 수성 스트림 (170) 을 제공하는 단계; 및
    - 암모니아 스크러버 오프가스 스트림 (160) 을 황 산화 구역 (850) 으로 전달하여, 황산염 스트림 (860) 이 원소 황을 더 포함하도록 원소 황을 제공하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  9. 황산염 스트림 (910) 을 제공하기 위해 H2S 를 포함하는 오프가스 스트림 (80) 을 처리하는 장치로서, 적어도,
    - NH3, H2S, CO2, 및 선택적으로 HCN, COS 와 CS2 중 1 이상을 포함하는 제 1 오프가스 스트림 (80) 의 NH3, H2S, 및 선택적으로 HCN, COS 와 CS2 중 1 이상을 산화시켜서, N2, H2O, SO2 및 CO2 를 포함하는 제 2 오프가스 스트림 (310) 을 제공하기 위한 소각로 (300) 로서, 제 1 오프가스 스트림 (80) 용 제 1 입구 (298) 및 제 2 오프가스 스트림 (310) 용 제 1 출구 (301) 를 갖는 소각로 (300);
    - 상기 제 2 오프가스 스트림 (310) 으로부터 SO2 및 CO2 의 일부를 분리하기 위한 부식성 스크러버 (350) 로서, 소각로 (300) 의 제 1 출구 (301) 에 연결된 제 2 오프가스 스트림 (310) 용 제 1 입구, 제 1 수성 알칼리 스트림 (380, 876a) 용 제 2 입구 (349), 탄산염 및 아황산염과 중아황산염의 일방 또는 쌍방을 포함하는 소비된 부식성 스트림 (360) 용 제 1 출구 (351), 및 N2 및 CO2 를 포함하는 부식성 스크러버 오프가스 스트림 (370) 용 제 2 출구 (352) 를 갖는 부식성 스크러버 (350); 및
    - 아황산염 및 중아황산염을 황산염으로 산화시키기 위해 산소의 존재 하에서 황 산화 박테리아를 포함하는 폭기장치 (900) 로서, 부식성 스크러버 (350) 의 제 1 출구 (351) 에 연결된 소비된 부식성 스트림 (360) 용 제 1 입구 (898) 및 황산염 스트림 (910) 용 제 1 출구 (901) 를 갖는 폭기장치 (900)
    를 포함하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    - 미립자 고체, HCN, NH3, H2S, CO2, 및 선택적으로 COS 와 CS2 의 일방 또는 쌍방을 포함하는 슬러리 블리드 스트림 (720) 으로부터 미립자 고체를 분리하여, 제 1 오프가스 스트림 (80) 으로서 슬러리 스트리퍼 오프가스 스트림 (60) 을 제공하고 미립자 고체를 포함하는 스트리핑된 슬러리 스트림 (70) 을 제공하기 위한 산패 슬러리 스트리퍼 (50) 로서, 슬러리 블리드 스트림 (720) 용 제 1 입구 (48),슬러리 스트리퍼 증기 (10) 용 제 2 입구 (49), 슬러리 스트리퍼 오프가스 스트림의 적어도 일부가 제 1 오프가스 스트림 (80) 으로서 소각로 (300) 에 전달되도록 소각로 (300) 의 제 1 출구 (298) 와 유체 소통하는 슬러리 스트리퍼 오프가스 스트림 (60) 용 제 1 출구 (51), 및 스트리핑된 슬러리 스트림 (70) 용 제 2 출구 (52) 를 갖는 산패 슬러리 스트리퍼 (50)
    를 더 포함하는 장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 장치는,
    - 제 1 입구 (198) 로 전달된 NH3, CO2 및 H2S 를 포함하는 응축수 스트림으로부터 NH3, H2S 및 CO2 를 분리하여, 제 1 출구 (201) 에서 NH3, H2S 및 CO2 를 포함하는 산패수 스트리퍼 오프가스 스트림 (210) 을 제공하고 제 2 출구 (202) 에서 물 스트림 (220) 을 제공하기 위한 산패수 스트리퍼 (200)
    를 더 포함하고,
    상기 제 1 출구 (201) 는 산패수 스트리퍼 오프가스 스트림 (210) 의 적어도 일부가 제 1 오프가스 스트림 (80) 으로서 소각로 (300) 로 전달되도록 소각로 (300) 의 입구 (298) 와 유체 소통하는 장치.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는,
    - CO, H2, NH3, H2S 및 CO2 포함하는 가수분해된 합성 가스 스트림 (760) 으로부터 H2S 및 CO2 의 일부를 분리하여, CO, H2 및 CO2 를 포함하는 처리된 합성 가스 스트림 (810) 및 H2S 및 CO2 를 포함하는 산 오프가스 스트림 (820) 을 제공하기 위한 산 가스 제거 유닛 (800) 으로서, 가수분해된 합성 가스 스트림 (760) 용 제 1 입구 (798), 합성 가스 스트림 (810) 용 제 1 출구 (801), 및 황 산화 구역 (850) 의 제 1 입구 (848) 에 연결된 산 오프가스 스트림 (820) 용 제 2 출구 (802) 를 갖는 산 가스 제거 유닛 (800)
    을 더 포함하고,
    황 산화 구역 (850) 은 생물학적 산화에 의해 원소 황 및 재생된 수성 알칼리 스트림 (876) 을 생성하기 위해 산소의 존재 하에서 황 산화 박테리아를 포함하고, 재생된 수성 알칼리 스트림 (876) 의 적어도 일부 (876a) 가 황 산화 박테리아, 영양소 및 완충 화합물을 포함하는 제 1 수성 알칼리 스트림 (876a) 으로서 부식성 스크러버 (350) 의 제 2 입구 (349) 로 전달되는 장치.
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