KR20130048815A - Method for producing methane gas by use of by-product gas in the ironworks - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 제철설비의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제철설비의 부생가스를 이용하여 수성 가스 전환 반응 및 메탄화 반응을 통하여 메탄 가스를 제조하는 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a methane gas production method using the by-product gas of the steelmaking facility, and more particularly to a method for producing methane gas through the water gas conversion reaction and methanation reaction using the by-product gas of the steelmaking facility.
제철소에서는 전로가스, 고로가스, 건류가스 등의 부생가스가 생성된다. 특히, 고로가스와 전로가스에서는 일산화탄소의 조성이 각각 20%와 64%에 달한다. 일산화탄소는 완전 연소가 되지 않은 상태의 연료원으로서, 외부로 단순 배출되거나 완전 연소시켜서 외부로 배출될 경우, 궁극적으로 에너지 낭비를 하게 된다.In steel mills, by-product gases such as converter gas, blast furnace gas, and dry gas are produced. In particular, in blast furnace gas and converter gas, the composition of carbon monoxide reaches 20% and 64%, respectively. Carbon monoxide is a source of fuel that is not completely burned, and if it is simply discharged to the outside or discharged to the outside by burning completely, it ultimately wastes energy.
한국공개특허 2010-0121423호에는 탄소질 물질을 가스화한 후, 수성가스전 및 메탄생성 반응기를 이용하여 대체천연가스를 제공하는 기술이 개시되어 있다. 하지만, 상기 기술에서는 가스화를 위하여, 석탄, 바이오매스와 같은 별도의 연료원이 요구되는 문제점이 있다. 더욱이, 상기 기술에서는 제철소의 부생가스의 특성을 고려하지 않은 공정만이 개시되어 있는 바, 제철소에 직접 적용하기 어려운 단점이 있다.Korean Unexamined Patent Publication No. 2010-0121423 discloses a technique of providing a natural gas after gasification of a carbonaceous material and then using a water gas field and a methane generating reactor. However, the above technique has a problem that a separate fuel source such as coal and biomass is required for gasification. Moreover, in the above technology, only processes that do not consider the characteristics of by-product gas of the steel mill are disclosed, which is difficult to apply directly to the steel mill.
본 발명의 목적은, 제철설비의 부생가스를 이용하여 수성 가스 전환 반응 및 메탄화 반응을 통하여 메탄 가스를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다. It is an object of the present invention to provide a method for producing methane gas through a water gas shift reaction and a methanation reaction using a by-product gas of an iron making facility.
본 발명은, 일산화탄소 분리기에서 제철설비로부터 배출되는 부생가스 스트림 내의 일산화탄소 가스 스트림을 분리하는 단계와, 상기 일산화탄소 가스 스트림 내의 일산화탄소 가스를 이용하여 수성 가스 전환(Water Gas Shift, WGS) 반응기에서 수소 가스 및 이산화탄소 가스를 포함하는 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림을 생성하는 단계와, 상기 일산화탄소 가스 스트림 내의 일산화탄소와 상기 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림 내의 수소 가스를 이용하여 메탄화 반응기에서 메탄 가스 스트림을 생성하는 단계를 포함하는 제철설비의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법을 제공한다. The present invention provides a method of separating a carbon monoxide gas stream in a by-product gas stream discharged from an iron making facility in a carbon monoxide separator, and using hydrogen monoxide in a water gas shift (WGS) reactor using carbon monoxide gas in the carbon monoxide gas stream. Generating a hydrogen gas / carbon dioxide gas stream comprising carbon dioxide gas, and generating a methane gas stream in a methanation reactor using carbon monoxide in the carbon monoxide gas stream and hydrogen gas in the hydrogen gas / carbon dioxide gas stream. It provides a method for producing methane gas using by-product gas of the steel making facility.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 일산화탄소 분리기에서 제철설비로부터 배출되는 부생가스 스트림 내의 일산화탄소 가스 스트림을 분리하는 단계와, 상기 일산화탄소 가스 스트림 내의 일부를 수성 가스 전환반응기로 유입시켜서 수소 가스 및 이산화탄소 가스를 포함하는 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림을 생성하는 단계와, 상기 일산화탄소 가스 스트림 중 상기 수성 가스 전환 반응기를 바이패스한 스트림과 상기 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림을 혼합하고, 상기 혼합 스트림으로부터 이산화탄소 가스 및 산성가스를 제거하는 단계와, 상기 이산화탄소 가스 및 산성가스가 제거된 상기 혼합 혼합된 스트림 내의 일산화탄소 가스 및 수소 가스를 이용하여 메탄화 반응기에서 메탄 가스 스트림을 생성하는 단계와, 상기 메탄 가스 스트림 내의 수증기를 응축기에서 응축시켜서 제거하는 단계를 포함하는 제철설비의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method of separating a carbon monoxide gas stream in a by-product gas stream discharged from a steelmaking plant in a carbon monoxide separator, by introducing a portion of the carbon monoxide gas stream into an aqueous gas shift reactor to produce hydrogen gas and Generating a hydrogen gas / carbon dioxide gas stream comprising carbon dioxide gas, mixing the stream bypassing the water gas conversion reactor of the carbon monoxide gas stream with the hydrogen gas / carbon dioxide gas stream, and from the mixed stream carbon dioxide gas And removing acid gas, generating a methane gas stream in a methanation reactor using carbon monoxide gas and hydrogen gas in the mixed mixed stream from which carbon dioxide gas and acid gas are removed. It provides a process for producing methane gas using the method of water vapor by-product gas of the steel plant, comprising the step of removing by condensation in a condenser in the rim.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 제철설비로부터 배출되는 부생가스 스트림으로부터 이산화탄소 가스 및 산성가스를 제거하는 단계와, 상기 이산화탄소 가스 및 산성가스가 제거된 부생가스 스트림을 이용하여 일산화탄소 분리기에서 일산화탄소 가스 스트림을 분리하는 단계와, 상기 일산화탄소 가스 스트림 내의 일부를 수성 가스 전환 반응기로 유입시켜서 수소 가스 및 이산화탄소 가스를 포함하는 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림을 생성하는 단계와, 상기 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림을 이산화탄소 제거기로 유입시켜서 이산화탄소 가스를 제거하여 수소 가스 스트림을 생성하는 단계와, 상기 수성 가스 전환 반응기를 바이패스한 상기 일산화탄소 가스 스트림과 상기 수소 가스 스트림을 이용하여 메탄화 반응기에서 메탄 가스 스트림을 생성하는 단계와, 상기 메탄 가스 스트림 내의 수증기를 응축기에서 응축시켜서 제거하는 단계를 포함하는 제철설비의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention, the carbon monoxide separator using the by-product gas stream from the carbon dioxide gas and acid gas is removed from the by-product gas stream discharged from the steelmaking facility Separating a carbon monoxide gas stream in a stream, introducing a portion of the carbon monoxide gas stream into a water gas shift reactor to generate a hydrogen gas / carbon dioxide gas stream comprising hydrogen gas and carbon dioxide gas, and the hydrogen gas / carbon dioxide gas Introducing a stream into a carbon dioxide remover to remove carbon dioxide gas to produce a hydrogen gas stream, and using the carbon monoxide gas stream and the hydrogen gas stream bypassing the water gas shift reactor to methane in a methanation reactor. And generating a gas stream, it provides a process for producing methane gas using the method of water vapor by-product gas of the steel plant, comprising the step of removing by condensation in a condenser in the methane gas stream.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 제철설비로부터 배출되는 부생가스 스트림으로부터 이산화탄소 가스 및 산성가스를 제거하는 단계와, 상기 이산화탄소 가스 및 산성가스가 제거된 부생가스 스트림을 이용하여 일산화탄소 분리기에서 일산화탄소 가스 스트림을 분리하는 단계와, 상기 일산화탄소 가스 스트림 내의 일부를 수성 가스 전환 반응기로 유입시켜서 수소 가스 및 이산화탄소 가스를 포함하는 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림을 생성하는 단계와, 상기 수성 가스 전환 반응기를 바이패스한 상기 일산화탄소 가스 스트림과 상기 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림을 이용하여 메탄화 반응기에서 메탄 가스 스트림을 생성하는 단계와, 상기 메탄 가스 스트림 내의 수증기를 응축기에서 응축시켜서 제거하는 단계를 포함하는 제철설비의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention, the carbon monoxide separator using the by-product gas stream from the carbon dioxide gas and acid gas is removed from the by-product gas stream discharged from the steelmaking facility Separating the carbon monoxide gas stream in a stream; introducing a portion of the carbon monoxide gas stream into a water gas shift reactor to produce a hydrogen gas / carbon dioxide gas stream comprising hydrogen gas and carbon dioxide gas; Using the bypassed carbon monoxide gas stream and the hydrogen gas / carbon dioxide gas stream to produce a methane gas stream in a methanation reactor and condensing and removing water vapor in the methane gas stream by condenser It provides a process for producing methane gas using a method of the non-product gas.
본 발명에 따른 제철설비의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법은 다음과 같은 효과를 가진다.Methane gas production method using the by-product gas of the steelmaking facility according to the present invention has the following effects.
첫째, 제철설비의 부생가스 중의 일산화탄소 가스를 이용하여 메탄 가스를 제조할 수 있다. 상기 부생가스가 외부로 배출되면 공해문제가 발생된다. 또한, 상기 부생가스가 연소된 상태에서 외부로 배출될 경우에도, 에너지원의 손실이 된다. 더욱이, 상기 부생가스를 그대로 연료원으로 이용할 경우, 저 품질의 에너지원이 되는 한계가 있다. 하지만, 본 발명에서는, 제철가스의 부생가스를 고 품질의 메탄 가스로 변환하여 이용할 수 있으므로, 공해문제의 발생이 저감되고, 에너지의 효과적인 이용이 가능하다.First, methane gas can be produced using carbon monoxide gas in the by-product gas of the steelmaking facility. If the by-product gas is discharged to the outside causes a pollution problem. In addition, even when the by-product gas is discharged to the outside in the combustion state, there is a loss of energy source. Moreover, when using the by-product gas as it is as a fuel source, there is a limit to become a low quality energy source. However, in the present invention, since the by-product gas of the steelmaking gas can be converted into a high quality methane gas, the generation of pollution problems can be reduced, and the efficient use of energy is possible.
둘째, 제조방법을 구현하는 공정이 단순하여, 쉽게 적용 가능하다.Second, the process of implementing the manufacturing method is simple, it can be easily applied.
셋째, 일산화탄소 분리기에서 분리된 일산화탄소 가스가 수성 가스 전환 반응기로 유입되기 때문에, 수성 가스 전환 반응이 효과적이고, 메탄화 반응기에서 일산화탄소와 수소 가스 사이의 당량비를 맞추기가 용이하다.Third, since the carbon monoxide gas separated from the carbon monoxide separator flows into the water gas shift reactor, the water gas shift reaction is effective, and it is easy to match the equivalence ratio between carbon monoxide and hydrogen gas in the methanation reactor.
넷째, 부생가스로부터 산성가스가 제거된 후에 일산화탄소 제거기로 유입될 경우, 일산화탄소 제거기의 성능이 향상된다. Fourth, when the acid gas is removed from the by-product gas flows into the carbon monoxide remover, the performance of the carbon monoxide remover is improved.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 제철설비의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법이 적용된 설비의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 제철설비의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법이 적용된 설비의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 제철설비의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법이 적용된 설비의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 제철설비의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법이 적용된 설비의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a facility to which a methane gas production method using the by-product gas of the steelmaking facility according to the first embodiment of the present invention is applied.
2 is a configuration diagram of a facility to which a methane gas production method using the by-product gas of the steelmaking facility according to the second embodiment of the present invention is applied.
3 is a configuration diagram of a facility to which a methane gas production method using the by-product gas of the steelmaking facility according to the third embodiment of the present invention is applied.
4 is a configuration diagram of a facility to which a methane gas production method using the by-product gas of the steelmaking facility according to the fourth embodiment of the present invention is applied.
이하에서, 수소 가스 스트림, 메탄 가스 스트림, 이산화탄소 가스 스트림 등의 용어는 해당 가스만 포함하는 스트림만을 의미하지 않으며, 해당 가스를 포함하는 스트림을 지칭하는 용어로 이용된다.
Hereinafter, terms such as a hydrogen gas stream, a methane gas stream, a carbon dioxide gas stream, and the like do not mean only a stream including only the corresponding gas, but are used as a term referring to a stream including the corresponding gas.
도 1에 본 발명의 제1실시예에 따른 제철설비의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법이 적용된 설비(100)의 구성도가 도시되어 있다. 본 실시예에서는 제철설비(10)가 전기로이다. 상기 제철설비가 전기로일 경우, 부생가스는 전로가스라고 하며, 상기 전로가스의 주요 성분은 일산화탄소, 이산화탄소, 질소이다. 제1위치(11)에서의 상기 전로가스 스트림의 몰비율은 각각 64%, 18%, 16%이다. 상기 전로가스 스트림에는 미량의 황화 가스와 같은 산성 가스, 아르곤 가스 등도 포함되어 있다.1 is a block diagram of a
상기 전로가스 스트림은 일산화탄소 분리기(110)로 유입된다. 상기 일산화탄소 분리기(110)에서는 상기 전로가스 스트림으로부터 일산화탄소 가스가 선택적으로 분리된다. 따라서, 상기 일산화탄소 분리기(110)에서는 상기 전로가스 스트림 중 질소, 이산화탄소 등이 제거된다. 상기 일산화탄소 분리기(110)는 일반적인 일산화탄소 분리기가 적용될 수 있는 바, 상세한 설명은 생략한다.The converter gas stream enters the
상기와 같이, 상기 일산화탄소 분리기(110)로부터는 일산화탄소 가스 스트림이 생성된다. 제2위치(12)에서의 상기 스트림의 성분은 일산화탄소 가스가 거의 100%이며, 산성 가스 등의 미량의 불순물이 섞여 있다. 상기 일산화탄소 가스 스트림의 일부는 수성 가스 전환(Water Gas Shift, WGS) 반응기(120)로 유입된다. 상기 수성 가스 전환 반응기(120)에서는 공급된 물이 스팀으로 변환되고, 상기 스팀의 존재 하에 일산화탄소가 수소 및 이산화탄소로 전환된다. 따라서, 상기 일산화탄소 가스 스트림이 수소와 이산화탄소로 된 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림으로 변환된다. 제3위치(13)의 스트림에서 수소 가스와 이산화탄소 가스의 몰비율은 각각 거의 50%이다. As above, a carbon monoxide gas stream is produced from the
상기 일산화탄소 분리기(110)로부터 생성되는 일산화탄소 가스 스트림 중 나머지는 상기 수성 가스 전환 반응기(120)를 바이패스한 후, 상기 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림과 혼합된다. 그리고, 상기 혼합 스트림에서 일산화탄소 가스, 이산화탄소 가스 및 수소 가스의 몰비율은 각각 14.2%, 42.9% 및 42.9%이다(제4위치(14)). 상기 혼합 스트림은 이산화탄소 가스 및 산성가스 제거기(130)로 유입되어, 여기에서 이산화탄소 가스와 미량의 잔존 산성 가스가 제거된다.The remainder of the carbon monoxide gas stream generated from the
상기 이산화탄소 가스 및 산성가스 제거기(130)를 거친 혼합 스트림의 거의 일산화탄소 가스와 수소 가스의 혼합물이며, 비율이 거의 1:3이다(제5위치(15)). 상기 혼합 스트림은 메탄화 반응기(140)로 유입된다. 상기 메탄화 반응기(140)에서는 메탄화 반응이 일어나며, 1개의 일산화탄소와 3개의 수소가 반응하여 1개의 메탄과 1개의 수증기를 생성한다. 따라서, 상기 메탄화 반응기(140)로 유입되는 상기 혼합 스트림에서의 일산화탄소 가스와 수소 가스의 비율(1:3)은 가장 이상적이라고 할 수 있다.Almost a mixture of carbon monoxide gas and hydrogen gas in the mixed stream passed through the carbon dioxide gas and the
상기 메탄화 반응기(140)로부터는 메탄 가스 스트림이 생성된다(제6위치(16)). 상기 메탄 가스 스트림은 메탄 가스를 포함하는 스트림을 지칭하는 것으로서, 메탄 가스만 존재하는 스트림으로 제한되지 않는다. 본 실시예에서 상기 메탄 가스 스트림은 상기 메탄화 반응을 통하여 생성된 메탄 및 수증기를 모두 포함한다.From the methanation reactor 140 a methane gas stream is produced (sixth location 16). The methane gas stream refers to a stream including methane gas, and is not limited to a stream in which only methane gas is present. In this embodiment, the methane gas stream contains both methane and water vapor produced through the methanation reaction.
상기 메탄 가스 스트림은 응축기(150)로 유입된다. 상기 응축기(150)에서는 상기 메탄 가스 스트림 중 수증기가 응축되어 분리 배출된다. 따라서, 상기 메탄 가스 스트림은 상기 응축기(150)를 거치면서 순수한 메탄 가스 스트림으로 변화된다(제7위치(17)).
The methane gas stream enters
도 2에 본 발명의 제2실시예에 따른 제철설비(20)의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법이 적용된 설비(200)의 구성도가 도시되어 있다. 본 실시예에서도 제철설비(20)가 전기로이다. 제1위치(21)에서의 상기 전로가스 스트림의 성분 몰비율은 각각 64%, 18%, 16%이다. 전술한 바와 같이, 상기 전로가스 스트림에는 미량의 황화 가스와 같은 산성 가스, 아르곤 가스 등도 포함되어 있다.2 is a block diagram of a
상기 전로가스 스트림은 이산화탄소 가스 및 산성가스 제거기(230)로 유입된다. 상기 이산화탄소 가스 및 산성가스 제거기(230)에서는 상기 전로가스 스트림 중 이산화탄소 가스, 산성가스 등이 주로 제거된다. 제2위치(22)에서의 일산화탄소 가스와 질소의 몰비는 4:1이다. The converter gas stream enters the carbon dioxide gas and the
그 후, 상기 전로가스 스트림은 일산화탄소 분리기(210)로 유입된다. 상기 일산화탄소 분리기(210)에서는 상기 전로가스 스트림으로부터 일산화탄소 가스가 선택적으로 분리되고, 질소가 제거된다. 따라서, 상기 일산화탄소 분리기(210)로부터는 일산화탄소 가스 스트림이 생성된다. 상기 일산화탄소 분리기(210)로 유입되는 스트림 중에서 산성가스의 비율이 높을 경우, 일반적으로 상기 일산화탄소 분리기(210)에서의 일산화탄소 분리 성능이 감소된다. 하지만, 본 실시예에서는, 산성가스가 제거된 상태로 상기 전로가스 스트림이 상기 일산화탄소 분리기(210)로 유입되는 바, 상기 일산화탄소 분리기(210)의 성능이 향상될 수 있다. 제3위치(23)에서의 상기 스트림의 성분은 일산화탄소 가스가 거의 100%이다. The converter gas stream is then introduced into a
상기 일산화탄소 가스 스트림의 일부는 수성 가스 전환 반응기(220)로 유입된다. 상기 수성 가스 전환 반응기(220)에서는 스팀의 존재 하에 일산화탄소 가스 스트림이 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림으로 변환된다. 제4위치(24)에서 수소 가스와 이산화탄소 가스의 몰비율은 각각 50%이다. A portion of the carbon monoxide gas stream enters the water
상기 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림은 이산화탄소 제거기(235)로 유입되어, 상기 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림으로부터 이산화탄소 가스가 제거되고, 수소 가스 스트림이 생성된다. 상기 수소 가스 스트림은 거의 대부분 수소이다. 상기 수소 가스 스트림은 메탄화 반응기로 유입된다. 또한, 상기 일산화탄소 가스 스트림 중 상기 수성 가스 전환 반응기(220)를 바이패스 스트림도 상기 메탄화 반응기로 유입된다. 상기 메탄화 반응기(240)로 유입되는 일산화탄소 가스와 수소 가스의 비율은 거의 1:3이다.The hydrogen gas / carbon dioxide gas stream enters a
상기 메탄화 반응기(240)에서는 메탄화 반응이 일어나며, 1개의 일산화탄소와 3개의 수소가 반응하여 1개의 메탄과 1개의 수증기를 생성하는 바, 결국 메탄 가스 스트림이 생성된다(제7위치(27)). 상기 메탄 가스 스트림은 응축기(250)로 유입된다. 상기 응축기(250)에서는 상기 메탄 가스 스트림 중 수증기가 응축되어 분리 배출된다. 따라서, 상기 메탄 가스 스트림은 상기 응축기(250)를 거치면서 순수한 메탄 가스 스트림으로 변화된다(제8위치(28)).
In the
도 3에 본 발명의 제3실시예에 따른 제철설비(30)의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법이 적용된 설비(300)의 구성도가 도시되어 있다. 본 실시예에서도 제철설비(30)가 전기로이다. 제1위치(31)에서의 상기 전로가스 스트림의 성분 몰비는 64%, 18%, 16%이다. 전술한 바와 같이, 상기 전로가스 스트림에는 미량의 황화 가스와 같은 산성 가스도 포함되어 있다.3 is a block diagram of a
상기 전로가스 스트림은 이산화탄소 가스 및 산성가스 제거기(330)로 유입된다. 상기 이산화탄소 가스 및 산성가스 제거기(330)에서는 상기 전로가스 스트림 중 이산화탄소 가스, 산성가스 등이 주로 제거된다. 제2위치(32)에서의 일산화탄소 가스와 질소의 몰비는 4:1이다. The converter gas stream enters the carbon dioxide gas and the
그 후, 상기 전로가스 스트림은 일산화탄소 분리기(310)로 유입된다. 상기 일산화탄소 분리기(310)에서는 상기 전로가스 스트림으로부터 일산화탄소 가스가 선택적으로 분리되고, 질소가 제거된다. 따라서, 상기 일산화탄소 분리기(310)로부터는 일산화탄소 가스 스트림이 생성된다. 제3위치(33)에서의 상기 스트림의 성분은 일산화탄소 가스가 거의 100%이다. The converter gas stream then enters a
상기 일산화탄소 가스 스트림의 일부는 수성 가스 전환 반응기(320)로 유입된다. 상기 수성 가스 전환 반응기(320)에서는 스팀의 존재 하에 일산화탄소 가스 스트림이 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림으로 변환된다. 제4위치(34)에서 수소 가스와 이산화탄소 가스의 몰비율은 각각 50%이다. A portion of the carbon monoxide gas stream enters the water
상기 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림은 메탄화 반응기(340)로 유입된다. 또한, 상기 일산화탄소 가스 스트림 중 상기 수성 가스 전환 반응기(320)를 바이패스 스트림(제5위치(35))도 상기 메탄화 반응기(340)로 유입된다. 상기 메탄화 반응기(340)로 유입되는 일산화탄소 가스와 수소 가스 사이의 상대 비율은 거의 1:3이다. 상기 메탄화 반응기(340)에서는 메탄화 반응이 일어나서, 메탄 가스가 생성된다. 따라서, 상기 메탄화 반응기(340)에서는 새롭게 생성된 메탄 가스와, 상기 수성 가스 전환 반응기에서 생성된 이산화탄소 가스가 혼합된 메탄 가스/이산화탄소 가스 스트림이 유출된다(제6위치(36)). 상기 메탄 가스 스트림/이산화탄소 가스 스트림에서는 메탄 가스 및 이산화탄소 가스 이외에 수증기가 포함된다.The hydrogen gas / carbon dioxide gas stream enters the
상기 메탄 가스/이산화탄소 가스 스트림은 이산화탄소 제거기(335)로 유입된다. 상기 이산화탄소 제거기(335)로부터 이산화탄소 가스가 제거되어, 메탄 가스 스트림이 생성된다(제7위치(37)).The methane gas / carbon dioxide gas stream enters a
상기 메탄 가스 스트림은 응축기(350)로 유입된다. 상기 응축기(350)에서는 상기 메탄 가스 스트림 중 수증기가 응축되어 분리 배출된다. 따라서, 상기 메탄 가스 스트림은 상기 응축기(350)를 거치면서 순수한 메탄 가스 스트림으로 변화된다(제8위치(38)).
The methane gas stream enters
도 4에 본 발명의 제4실시예에 따른 제철설비(40)의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법이 적용된 설비(400)의 구성도가 도시되어 있다. 본 실시예에서도 제철설비(40)가 전기로이다. 제1위치(31)에서의 상기 전로가스 스트림의 성분 몰비는 64%, 18%, 16%이다. 전술한 바와 같이, 상기 전로가스 스트림에는 미량의 황화 가스와 같은 산성 가스도 포함되어 있다.4 is a block diagram of a
상기 전로가스 스트림은 이산화탄소 가스 및 산성가스 제거기(430)로 유입된다. 상기 이산화탄소 가스 및 산성가스 제거기(430)에서는 상기 전로가스 스트림 중 이산화탄소 가스, 산성가스 등이 주로 제거된다. 제2위치(42)에서의 일산화탄소 가스와 질소의 몰비는 4:1이다. The converter gas stream enters the carbon dioxide gas and the
그 후, 상기 전로가스 스트림은 일산화탄소 분리기(410)로 유입된다. 상기 일산화탄소 분리기(410)에서는 상기 전로가스 스트림으로부터 일산화탄소가 선택적으로 분리되고, 질소가 제거된다. 따라서, 상기 일산화탄소 분리기(410)로부터는 일산화탄소 가스 스트림이 생성된다. 제3위치(43)에서의 상기 스트림의 성분은 일산화탄소 가스가 거의 100%이다. The converter gas stream then enters a
상기 일산화탄소 가스 스트림의 일부는 수성 가스 전환 반응기(420)로 유입된다. 상기 수성 가스 전환 반응기(420)에서는 스팀의 존재 하에 일산화탄소 가스 스트림이 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림으로 변환된다. 제4위치(44)에서 수소 가스와 이산화탄소 가스의 몰비율은 각각 50%이다. A portion of the carbon monoxide gas stream enters the water
상기 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림은 메탄화 반응기(440)로 유입된다. 또한, 상기 일산화탄소 가스 스트림 중 상기 수성 가스 전환 반응기(420)를 바이패스 스트림(제5위치(45))도 상기 메탄화 반응기(440)로 유입된다. 상기 메탄화 반응기(440)로 유입되는 일산화탄소와 수소 사이의 상대 비율은 거의 1:3이다. 상기 메탄화 반응기(440)에서는 메탄화 반응이 일어나서, 메탄 가스가 생성된다. 따라서, 상기 메탄화 반응기(440)에서는 새롭게 생성된 메탄 가스와, 상기 수성 가스 전환 반응기에서 생성된 이산화탄소 가스가 혼합된 메탄 가스 스트림이 유출된다(제6위치(36)). 상기 메탄 가스 스트림에서는 메탄 가스 및 이산화탄소 가스 이외에 수증기가 포함된다.The hydrogen gas / carbon dioxide gas stream enters the
상기 메탄 가스 스트림은 응축기(450)로 유입된다. 상기 응축기(450)에서는 상기 메탄 가스 스트림 중 수증기가 응축되어 분리 배출된다. 따라서, 상기 메탄 가스 스트림은 상기 응축기(450)를 거치면서 메탄 가스와 이산화탄소 가스가 혼합된 스트림으로 변화된다(제7위치(47)).
The methane gas stream enters
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
100, 200, 300, 400: 메탄 가스 제조 설비
110, 210, 310, 410: 일산화탄소 분리기
120, 220, 320, 420: 수성 가스 전환 반응기
130, 230, 330, 430: 이산화탄소 가스 및 산성가스 제거기
140, 240, 340, 440: 메탄화 반응기
150, 250, 350, 450: 응축기100, 200, 300, 400: methane gas production facility
110, 210, 310, 410: carbon monoxide separator
120, 220, 320, 420: water gas shift reactor
130, 230, 330, 430: carbon dioxide gas and acid gas remover
140, 240, 340, 440: methanation reactor
150, 250, 350, 450: condenser
Claims (11)
상기 일산화탄소 가스 스트림 내의 일산화탄소 가스를 이용하여 수성 가스 전환(Water Gas Shift, WGS) 반응기에서 수소 가스 및 이산화탄소 가스를 포함하는 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림을 생성하는 단계; 및
상기 일산화탄소 가스 스트림 내의 일산화탄소와 상기 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림 내의 수소 가스를 이용하여 메탄화 반응기에서 메탄 가스 스트림을 생성하는 단계를 포함하는 제철설비의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법.Separating the carbon monoxide gas stream in the byproduct gas stream exiting the steelmaking plant in a carbon monoxide separator;
Generating a hydrogen gas / carbon dioxide gas stream comprising hydrogen gas and carbon dioxide gas in a Water Gas Shift (WGS) reactor using carbon monoxide gas in the carbon monoxide gas stream; And
Producing a methane gas stream in a methanation reactor using carbon monoxide in the carbon monoxide gas stream and hydrogen gas in the hydrogen gas / carbon dioxide gas stream.
상기 일산화탄소 가스 스트림을 분리하기 전에, 상기 부생가스 스트림으로부터 이산화탄소 가스 및 산성 가스를 제거하는 단계를 더 포함하는 제철설비의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법.The method according to claim 1,
Before separating the carbon monoxide gas stream, removing carbon dioxide gas and acidic gas from the by-product gas stream.
상기 메탄화 반응기로 유입되는 상기 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림으로부터 이산화탄소 가스를 제거하는 단계를 더 포함하는 메탄 가스 제조방법.The method according to claim 2,
Removing carbon dioxide gas from the hydrogen gas / carbon dioxide gas stream entering the methanation reactor.
상기 메탄 가스 스트림으로부터 이산화탄소 가스를 제거하는 단계를 더 포함하는 메탄 가스 제조방법.The method according to claim 2,
Removing the carbon dioxide gas from the methane gas stream.
상기 메탄화 반응기로 유입되는 상기 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림으로부터 이산화탄소 가스 및 산성 가스를 제거하는 단계를 더 포함하는 제철설비의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법.The method according to claim 1,
And removing carbon dioxide gas and acidic gas from the hydrogen gas / carbon dioxide gas stream flowing into the methanation reactor.
상기 메탄 가스 스트림 내의 수증기를 응축기에서 응축시켜서 제거하는 단계를 더 포함하는 제철설비의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법.The method according to claim 1,
And condensing the water vapor in the methane gas stream in a condenser to remove methane gas.
상기 일산화탄소 가스 스트림 내의 일부는 상기 수성 가스 전환 반응기로 유입되어 수소 가스를 생성시킴으로써 상기 생성된 수소 가스를 상기 메탄화 반응기에 공급하고, 나머지는 상기 수성 가스 전환 반응기를 바이패스하여 상기 메탄화 반응기에 일산화탄소 가스를 공급하는 메탄 가스 제조방법.The method according to any one of claims 1 to 6,
A portion of the carbon monoxide gas stream enters the water gas shift reactor to produce hydrogen gas, thereby supplying the generated hydrogen gas to the methanation reactor, and the remainder bypasses the water gas shift reactor to the methanation reactor. Methane gas production method for supplying carbon monoxide gas.
상기 일산화탄소 가스 스트림 내의 일부를 수성 가스 전환(Water Gas Shift, WGS) 반응기로 유입시켜서 수소 가스 및 이산화탄소 가스를 포함하는 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림을 생성하는 단계;
상기 일산화탄소 가스 스트림 중 상기 수성 가스 전환 반응기를 바이패스한 스트림과 상기 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림을 혼합하고, 상기 혼합 스트림으로부터 이산화탄소 가스 및 산성가스를 제거하는 단계;
상기 이산화탄소 가스 및 산성가스가 제거된 상기 혼합 혼합된 스트림 내의 일산화탄소 가스 및 수소 가스를 이용하여 메탄화 반응기에서 메탄 가스 스트림을 생성하는 단계; 및
상기 메탄 가스 스트림 내의 수증기를 응축기에서 응축시켜서 제거하는 단계를 포함하는 제철설비의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법.Separating the carbon monoxide gas stream in the byproduct gas stream exiting the steelmaking plant in a carbon monoxide separator;
Introducing a portion of the carbon monoxide gas stream into a Water Gas Shift (WGS) reactor to produce a hydrogen gas / carbon dioxide gas stream comprising hydrogen gas and carbon dioxide gas;
Mixing the hydrogen gas / carbon dioxide gas stream with the stream bypassing the water gas shift reactor in the carbon monoxide gas stream and removing carbon dioxide gas and acid gas from the mixed stream;
Generating a methane gas stream in a methanation reactor using carbon monoxide gas and hydrogen gas in the mixed mixed stream from which the carbon dioxide gas and the acid gas are removed; And
Condensation of the water vapor in the methane gas stream in the condenser to remove the methane gas production method using the by-product gas of the steel making facility.
상기 이산화탄소 가스 및 산성가스가 제거된 부생가스 스트림을 이용하여 일산화탄소 분리기에서 일산화탄소 가스 스트림을 분리하는 단계;
상기 일산화탄소 가스 스트림 내의 일부를 수성 가스 전환(Water Gas Shift, WGS) 반응기로 유입시켜서 수소 가스 및 이산화탄소 가스를 포함하는 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림을 생성하는 단계;
상기 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림을 이산화탄소 제거기로 유입시켜서 이산화탄소 가스를 제거하여 수소 가스 스트림을 생성하는 단계;
상기 수성 가스 전환 반응기를 바이패스한 상기 일산화탄소 가스 스트림과 상기 수소 가스 스트림을 이용하여 메탄화 반응기에서 메탄 가스 스트림을 생성하는 단계; 및
상기 메탄 가스 스트림 내의 수증기를 응축기에서 응축시켜서 제거하는 단계를 포함하는 제철설비의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법.Removing carbon dioxide gas and acid gas from the by-product gas stream discharged from the steelmaking facility;
Separating the carbon monoxide gas stream in a carbon monoxide separator using the by-product gas stream from which the carbon dioxide gas and the acid gas are removed;
Introducing a portion of the carbon monoxide gas stream into a Water Gas Shift (WGS) reactor to produce a hydrogen gas / carbon dioxide gas stream comprising hydrogen gas and carbon dioxide gas;
Introducing the hydrogen gas / carbon dioxide gas stream into a carbon dioxide remover to remove carbon dioxide gas to produce a hydrogen gas stream;
Generating a methane gas stream in a methanation reactor using the carbon monoxide gas stream and the hydrogen gas stream bypassing the water gas shift reactor; And
Condensation of the water vapor in the methane gas stream in the condenser to remove the methane gas production method using the by-product gas of the steel making facility.
상기 이산화탄소 가스 및 산성가스가 제거된 부생가스 스트림을 이용하여 일산화탄소 분리기에서 일산화탄소 가스 스트림을 분리하는 단계;
상기 일산화탄소 가스 스트림 내의 일부를 수성 가스 전환(Water Gas Shift, WGS) 반응기로 유입시켜서 수소 가스 및 이산화탄소 가스를 포함하는 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림을 생성하는 단계;
상기 수성 가스 전환 반응기를 바이패스한 상기 일산화탄소 가스 스트림과 상기 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림을 이용하여 메탄화 반응기에서 메탄 가스/이산화탄소 가스 스트림을 생성하는 단계;
상기 메탄 가스/이산화탄소 가스 스트림을 이산화탄소 제거기로 유입시켜서 이산화탄소 가스를 제거하여 메탄 가스 스트림을 생성하는 단계; 및
상기 메탄 가스 스트림 내의 수증기를 응축기에서 응축시켜서 제거하는 단계를 포함하는 제철설비의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법.Removing carbon dioxide gas and acid gas from the by-product gas stream discharged from the steelmaking facility;
Separating the carbon monoxide gas stream in a carbon monoxide separator using the by-product gas stream from which the carbon dioxide gas and the acid gas are removed;
Introducing a portion of the carbon monoxide gas stream into a Water Gas Shift (WGS) reactor to produce a hydrogen gas / carbon dioxide gas stream comprising hydrogen gas and carbon dioxide gas;
Generating a methane gas / carbon dioxide gas stream in a methanation reactor using the carbon monoxide gas stream and the hydrogen gas / carbon dioxide gas stream bypassing the water gas shift reactor;
Introducing the methane gas / carbon dioxide gas stream into a carbon dioxide remover to remove carbon dioxide gas to produce a methane gas stream; And
Condensation of the water vapor in the methane gas stream in the condenser to remove the methane gas production method using the by-product gas of the steel making facility.
상기 이산화탄소 가스 및 산성가스가 제거된 부생가스 스트림을 이용하여 일산화탄소 분리기에서 일산화탄소 가스 스트림을 분리하는 단계;
상기 일산화탄소 가스 스트림 내의 일부를 수성 가스 전환(Water Gas Shift, WGS) 반응기로 유입시켜서 수소 가스 및 이산화탄소 가스를 포함하는 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림을 생성하는 단계;
상기 수성 가스 전환 반응기를 바이패스한 상기 일산화탄소 가스 스트림과 상기 수소 가스/이산화탄소 가스 스트림을 이용하여 메탄화 반응기에서 메탄 가스 스트림을 생성하는 단계; 및
상기 메탄 가스 스트림 내의 수증기를 응축기에서 응축시켜서 제거하는 단계를 포함하는 제철설비의 부생가스를 이용한 메탄 가스 제조방법.Removing carbon dioxide gas and acid gas from the by-product gas stream discharged from the steelmaking facility;
Separating the carbon monoxide gas stream in a carbon monoxide separator using the by-product gas stream from which the carbon dioxide gas and the acid gas are removed;
Introducing a portion of the carbon monoxide gas stream into a Water Gas Shift (WGS) reactor to produce a hydrogen gas / carbon dioxide gas stream comprising hydrogen gas and carbon dioxide gas;
Generating a methane gas stream in a methanation reactor using the carbon monoxide gas stream and the hydrogen gas / carbon dioxide gas stream bypassing the water gas shift reactor; And
Condensation of the water vapor in the methane gas stream in the condenser to remove the methane gas production method using the by-product gas of the steel making facility.
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