KR20220112275A - 유동층 촉매 분해 설비(fcc)에서 잔류 가스로부터 이산화탄소를 분리하는 방법 및 장치 - Google Patents

유동층 촉매 분해 설비(fcc)에서 잔류 가스로부터 이산화탄소를 분리하는 방법 및 장치 Download PDF

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기욤 로드리게스
리찰드 두베티어-그레니어
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레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레뜌드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
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Abstract

이산화탄소, 질소, 및 일산화탄소를 함유하는 유동층 촉매 분해 설비(1)의 잔류 가스(3, 11)로부터 이산화탄소를 분리하는 방법에 있어서, 연소에 의해 잔류 가스의 일산화탄소의 적어도 일부를 이산화탄소 변환하여 이산화탄소 풍부 흐름(17)을 형성하고, 이산화탄소 풍부 유체(29, 35) 및 이산화탄소 고갈 유체(31, 37)를 형성하기 위해 i) 단계의 이산화탄소 풍부 흐름의 적어도 일부를 분리하고, 적어도 90%의 산소를 함유하는 가스(41)를 i) 단계의 연소를 위해 전달하고, 또한, 적어도 40%의 이산화탄소를 함유하는 가스(39)를 전달한다.

Description

유동층 촉매 분해 설비(FCC)에서 잔류 가스로부터 이산화탄소를 분리하는 방법 및 장치
본 발명은 유체 촉매 분해 설비의 폐가스로부터 이산화탄소를 분리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
석유 정제에 있어서 CO2 배출의 주요 원인 중 하나는 종종 FCC(fluid catalytic cracking)라는 약어로 표시되는 유체 촉매 분해이다. 분해는 정제소 배출가스의 20% 내지 50%를 생성하며, 분해에서 생성되는 폐가스는 10% 내지 20%의 이산화탄소를 함유하고 일산화탄소를 종종 함유한다.
유체 촉매 분해는, 촉매 존재 하에 장쇄 탄화수소 중질 분획물을 연료 생산에 사용하기 위해 경질 분획물로 변환하는 것을 목표로 하는 정제 공정이다.
촉매의 존재 하에, 고온(450℃ 내지 550℃) 및 대기압에 가까운 압력(통상적으로 < 5 bar abs)에서, 높은 옥탄가를 갖는 작은 분자를 얻기 위해 큰 탄화수소 분자가 분해된다.
본원에서 순도를 나타내는 백분율은, 달리 명시되지 않는 한, 몰 백분율이다.
1928년부터 알려진 산업 공정은 반응기와 재생기 사이를 순환하는 유동층 촉매(fluidized catalyst bed)의 사용을 기반으로 한다. (통상적으로 정제소의 증류 및 진공 증류 유닛에서 발생하는) 공급원료는, 분해 반응이 일어나는 파이프라인("라이저"(riser)라고도 함)의 반응기에 들어가는 촉매와 함께 주입된다. 파이프라인으로부터 나오는 촉매 분해 반응의 산물은 기계적 분리기(통상적으로 사이클론)에 의해 촉매로부터 분리된 다음 분별탑으로 전달된다. 분해 반응 동안, 코크스(coke)는 반응기와 재생기 사이에서 연속적으로 흐르는 촉매의 표면 상에 형성되며, 여기서 이 코크스는 (산소가 풍부할 수 있는) 공기의 주입에 의해 주로 CO 및 CO2로 적어도 부분적으로 산화된다.
따라서, 촉매는 전체적으로 또는 부분적으로(코크스가 완전히 제거되지 않음을 의미함) 재생된 후 반응기로 복귀할 수 있다.
이산화탄소, 질소를 함유하고 일산화탄소도 함유할 수 있으며, 예를 들어, 10% 내지 20%의 CO2, 0% 내지 10%의 일산화탄소, 통상적으로, 12.5%의 CO, 7.5%의 CO, 80%의 질소를 함유하는 연도 가스라고 하는 폐가스는 재생기에서 생성되며, 해당 문헌에서의 모든 백분율은 (건조 기준으로) 몰 백분율이다.
이것은 재생기에서 기계적 기체/고체 분리기(일반적으로 사이클론)에 의해 촉매 및 먼지로부터 다시 분리된 다음 전기 집진기에서 분리될 수 있다. 재생기로부터 나오는 이러한 폐가스의 상태는, 통상적으로 500℃ 내지 850℃의 온도와 대기압 내지 5 barg의 압력이다. 이 문헌의 예에서는 715℃의 온도와 2.4 barg의 압력을 가정하고 있다는 점을 고려해야 한다. 이어서, 폐가스는, (터빈에서 또는 다른 밸브에서) 대기압으로 팽창된 다음, CO를 함유하는 경우, "CO 보일러"라고 하는 변환기에서 공기 연소에 의해 일산화탄소를 이산화탄소로 변환하도록 처리된다. 이 변환기는 증기를 생성하거나 다른 유체(예를 들어, 뜨거운 오일)를 가열하는 데 사용되는 열을 생성한다.
CO2 포집의 경우, 종래 기술은 이어서 이산화탄소가 풍부한 폐가스를 아민 스크러빙에 의해 처리하여 이러한 폐가스가 함유하는 이산화탄소를 제거하도록 진행한다. 이 스크러빙은, 현장에서 반드시 과잉으로 이용가능한 것은 아니며 생산에 화석 연료를 소비하는 많은 양의 증기를 소비한다.
US4542114에는, 공기 대신 24% 내지 30%의 산소와 이산화탄소(재순환된 것일 수 있음)의 혼합물로 이루어진 산화 가스를 재생기에 공급하도록 FCC를 수정하는 것이 알려져 있다. 가스는 코크스와 반응하여 열을 방출하고 촉매를 재생한다. 재생기에서 형성된 폐가스는, 83%의 이산화탄소, 9%의 물, 7%의 일산화탄소, 0.5%의 산소, 0.5%의 황산화물, 및 500 ppm의 NOx을 함유한다. 일산화탄소는 산소가 있는 상태에서 이산화탄소로 산화된다. 뜨거운 연소 가스는 증기를 생성하면서 냉각된다. 이어서, 이들은 (SOx, NOx, 및 과잉 산소와 기타 공기 가스(N2, Ar)와 같은 불순물을 제거하도록) 정화될 수 있고, 압축 및 건조(또는 심지어 이들의 최종 용도에 따라 액화)될 수 있다. "CO2 Capture Project Phase 3-Oxyfuel Large Scale Pilot and Demonstration Projects", 2nd Oxyfuel Combustion Conference 2011에서는 산소 연소 모드에서 FCC의 동작을 설명한다. 생성된 폐가스의 일부는 연소로 재순환된다. 이 경우, 재생기에 의해 생성된 폐가스는 일반적으로 (건조 기준으로) 80 부피% 내지 98 부피%의 이산화탄소를 포함한다.
재생기에서 산소 연소를 사용하는 FCC 공정은, 이 유닛의 미묘한 평형(순환 촉매의 유량, 열 전달, 촉매 상의 잔류 코크스)이 안정적인 동작에서 조절되는 방식에 있어서 그리고 장치의 동작이 시작/안정화되는 방식에 있어서 공정의 핵심에 대한 상당한 수정을 수반한다. 이것이 FCC 운영자들이 현재 아직 산업적 규모로 확립되지 않은 이 기술을 주저하는 이유이다.
이러한 어려움을 극복하기 위해, 본 발명은, FCC 공정의 핵심(= 반응기와 재생기)을 크게 수정하지 않고, 이 변환기로부터의 연도 가스의 재순환물일 수 있는 이산화탄소를 함유하는 가스와 산소 풍부 가스 혹은 변환기로부터 나오는 가스를 분리함으로써 생성된 다른 가스가 존재하는 상태에서 연소에 의해 폐가스에 존재하는 일산화탄소를 CO2로 변환한 후에 FCC 폐가스 '농축액'을 생성함으로써 재생기로부터 나오는 폐가스를 혁신적인 방식으로 처리하는 것을 제안한다.
이 분리는, 흡착 유닛에서 CO2로 변환기로부터의 폐가스를 풍부하게 함으로써 실행될 수 있다.
이점은 변환기에 의해 생성된 가스의 CO2 농도를 증가시키는 것이다. 이 농도는 "공기 연소" 모드에서 CO 변환기의 동작에 대해 통상적으로 15% 내지 20%이지만, 본 발명에 따르면, p는 실행되는 재순환의 유형에 따라 CO2의 20% 내지 35% 농도에 도달한다. CO 변환기로부터의 연도 가스의 일부를 직접적으로 재순환시킬 수 있거나, 대안으로 흡착 유닛 테일 가스 또는 극저온 분리에 의해 생성된 CO2 풍부 가스와 같은 연도 가스를 분리함으로써 생성된 가스를 재순환시킬 수 있다.
이러한 CO2 농도의 증가는, CO2를 나머지 구성 성분들로부터 더 쉽게 분리할 수 있게 하며, 하류측에 위치하는 CO2 포집 유닛의 비용과 효율성을 크게 개선하게 할 수 있다.
본 발명의 일 주제에 따르면, 이산화탄소, 질소, 및 일산화탄소를 함유하는 유체 촉매 분해 설비의 폐가스로부터 이산화탄소를 분리하는 공정을 제공하며, 여기서,
i) 연소에 의해 폐가스의 일산화탄소의 적어도 일부를 이산화탄소로 변환하여 이산화탄소 풍부 흐름을 형성하고,
ii) 흡착에 의해 i) 단계로부터의 이산화탄소 풍부 흐름의 적어도 일부를 분리하여 이산화탄소 풍부 및 질소 고갈 가스 및 질소 풍부 및 이산화탄소 고갈 가스를 형성하고, 이산화탄소 풍부 및 질소 고갈 가스의 적어도 일부를 분리 장치에서 부분 응축 및/또는 증류에 의해 0℃ 미만의 온도에서 분리를 통해 분리하여, 이산화탄소 풍부 유체 및 이산화탄소 고갈 유체를 형성하고,
iii) 적어도 90%의 산소를 함유하는 가스를 i) 단계의 연소로 전달하고, 또한, 이산화탄소 풍부 흐름의 분리물의 산물 또는 이산화탄소 풍부 흐름의 일부 중 어느 하나로 이루어진 적어도 40%의 이산화탄소를 함유하는 가스를 전달한다.
다른 선택적 주제에 따르면,
ㆍ 이산화탄소 풍부 흐름은, 적어도 40%의 이산화탄소를 함유하는 산물을 생성하기 위해 증류 및/또는 부분 응축 및/또는 흡착 및/또는 흡수에 의해 분리되고,
ㆍ 이산화탄소 풍부 흐름은 ii) 단계의 상류측에서 2.5 bar abs 내지 10 bar abs의 압력으로 압축되고,
ㆍ 질소 풍부 및 이산화탄소 고갈 가스는, 5 mol% 미만의 CO2, 실제로는 3% 미만의 CO2, 또는 심지어 1.5% 미만의 CO2를 함유하고,
ㆍ 이산화탄소 풍부 가스는, 45 mol% 초과의 CO2, 실제로는 50% 초과의 CO2, 또는 심지어 70% 초과의 CO2, 또는 실제로 80% 초과의 CO2를 함유하고,
ㆍ 이산화탄소 고갈 유체는 최대 25%의 CO2를 함유하고,
ㆍ 이산화탄소 고갈 유체는 ii) 단계로 전달된 이산화탄소 풍부 흐름과 함께 압축 및 혼합되고,
ㆍ 질소 풍부 및 이산화탄소 고갈 가스는, 가능하게는 가열 후에 터빈에서 팽창되어 대기로 전달되고,
ㆍ 질소 풍부 및 이산화탄소 고갈 가스는, 촉매 분해 설비로부터 발생하는 유체의 의해, 또는 이산화탄소 풍부 및 질소 고갈 가스의 적어도 일부에 의해, 또는 폐가스의 적어도 일부 혹은 이산화탄소 풍부 유체의 적어도 일부에 의해 가열되고,
ㆍ 폐가스는 터빈에서 i) 단계의 상류측으로 팽창되고,
ㆍ 이산화탄소 풍부 흐름은 ii) 단계의 상류측에 있는 터빈에 의해 구동되는 압축기에서 압축되고,
ㆍ 발전기 및/또는 모터가, ii) 단계의 상류측에 있는 이산화탄소 풍부 흐름을 위한 압축기 및 폐가스를 위한 터빈과 동일한 샤프트 또는 동일한 가속 기어링 상에 장착되고,
ㆍ 이산화탄소 고갈 유체는 멤브레인에서 분리되어 CO2 풍부 투과물을 생성하고, 투과물은 ii 단계의 상류측으로 전달된다.
ㆍ 비투과물은 터빈에서 팽창되고/팽창되거나 질소 풍부 및 이산화탄소 고갈 가스와 혼합되고/혼합되거나 ii) 단계를 위한 재생 가스로서 사용되며,
ㆍ 멤브레인은 -30℃ 미만의 온도에서 유체를 분리하고,
ㆍ 이산화가스 풍부 유체 및/또는 질소 풍부 및 이산화탄소 고갈 가스는 분리 장치를 포함하는 챔버에서 -100℃ 초과 0℃ 미만의 온도로 터빈에서 팽창되고,
ㆍ 질소 풍부 및 이산화탄소 고갈 가스의 적어도 일부 및/또는 이산화탄소 풍부 유체의 적어도 일부 및/또는 이산화탄소 고갈 유체의 적어도 일부는 일산화탄소의 연소로 전달되고,
ㆍ 재생기로부터 나오는 폐가스는 70% 미만의 이산화탄소, 바람직하게는 50% 미만의 이산화탄소를 함유하고,
재생기로부터 나오는 폐가스는 50% 초과의 질소, 바람직하게는 70% 초과의 질소를 함유한다.
본 발명의 다른 주제에 따르면, 이산화탄소, 질소, 및 일산화탄소를 함유하는 유체 촉매 분해 설비의 폐가스로부터 이산화탄소를 분리하는 장치를 제공하며, 이 장치는, 연소에 의해 폐가스의 일산화탄소의 적어도 일부를 이산화탄소로 변환하여 이산화탄소 풍부 흐름을 형성할 수 있는 변환기, 이산화탄소 풍부 흐름의 적어도 일부를 분리하는 분리 유닛으로서, 이산화탄소 풍부 및 질소 고갈 가스 및 질소 풍부 및 이산화탄소 고갈 가스를 형성하는 흡착 분리 유닛, 및 부분 응축에 의해 및/또는 증류에 의해 0° 미만의 온도에서 분리를 통해 이산화탄소 풍부 및 질소 고갈 가스의 적어도 일부를 분리하여 이산화탄소 풍부 유체 및 이산화탄소 고갈 유체를 형성하는 분리 장치를 포함하는 분리 유닛, 및 적어도 90% 산소를 함유하는 가스를 연소에 참여하도록 변환기에 전달하는 수단 및 이산화탄소 풍부 흐름의 분리물의 산물 또는 이산화탄소 풍부 흐름의 일부 중 어느 하나로 이루어진 적어도 40%의 이산화탄소를 함유하는 가스를 변환기에 전달하는 수단을 포함한다.
흡착 분리 유닛은 PSA 또는 VPSA일 수 있다.
장치는, 반응기와 재생기를 포함하는 유체 촉매 분해 유닛을 포함할 수 있다.
도면을 참조하여 본 발명을 더 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 공정을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 공정을 나타낸다.
도 1은, 일산화탄소 변환기로부터 발생하는 가스를 분리함으로써 생성되는 이산화탄소 고갈 가스 또는 이산화탄소 풍부 가스가 이 변환기로 재순환되는 본 발명에 따른 공정을 나타낸다.
유닛(1)은 정제소의 유체 촉매 분해 유닛이다. 이 유닛은 반응기(45)와 재생기(43)를 포함한다. 이 공정에서, 촉매는, 연소 공기(49)가 송풍되는 재생기(43)와 반응기(45) 사이를 연속적으로 흐르고, 이어서 반응 중 촉매에 축적된 코크스를 제거한 후 반응기(45)로 복귀한다. 반응기(45)에는 증기(53)가 공급된다.
공기(49)에는, 유닛(1)의 구조 및 유닛(1)에서 수행되는 공정을 크게 수정하지 않고 최대 30%의 산소를 함유하도록 산소가 풍부할 수 있다.
공급원료(51)가 반응기(45)로 통과한 후, 유출물은 FCC의 산물(55)을 형성하기 위해 주 분별탑(47)으로 안내된다.
분별탑(47)의 바닥 액체는 미립자 분리기(57)로 전달된다. 유닛(1)의 기능은 그 자체로 잘 알려져 있으며, 더 자세한 내용은, "Fluid Catalytic Cracking Technology and Operations" by Wilson, 1997 또는 "Fluid Catalytic Cracking Handbook" by Sadeghbeigi, 2000을 참조할 수 있다.
재생기(43)로부터 추출된 폐가스(3)는 일산화탄소, 이산화탄소, 질소, 및 먼지를 함유한다. 필터(5)에서 먼지를 분리한 후, 예를 들어 80%의 질소, 12.5%의 이산화탄소, 및 7.5%의 일산화탄소를 함유하는 정제된 가스(7)가 생성된다. 이 가스(7)는, 3.5 bar 및 650℃이고 터빈(9) 또는 밸브에서 대기압에 가까운 압력 및 대략 450℃의 온도로 팽창된다. 이렇게 팽창된 가스(11)는 "CO 보일러"라고 하는 변환 유닛(13)으로 전달되며, 여기서 가스(11)의 일산화탄소가 산소(41)와의 연소에 의해 적어도 부분적으로 이산화탄소로 변환된다. 가스 흐름(41)은, 적어도 90%의 산소, 또는 적어도 99.5%의 산소를 함유하고, 공기 증류 분리 장치로부터 나올 수 있다.
산소(41)는, 바람직하게 적어도 40%의 이산화탄소를 함유하는 가스 흐름(39) 및/또는 연도 가스의 재순환물(= CO 변환기의 출력에서의 폐기물)과 연소의 상류측에서 혼합된다. 도 1에서, 이 흐름은, 흡착 유닛(27)에 의해 생성되고 분리 유닛(30)을 위해 의도된 가스(29)의 일부를 구성한다. 이 예에서, 흐름(39)은 1.05 bar이고 67%의 CO2를 함유한다. 유체(39)의 적어도 일부는 산소(41)와 혼합되어 변환 유닛(13)에 의해 사용되는 산화제를 형성한다.
대안으로, 흐름(17, 21)으로부터 도출된 적어도 40%의 이산화탄소를 함유하는 다른 흐름이 흐름(39)을 대체하거나 이와 혼합될 수 있다.
추가로 또는 대안으로, 유체(35)의 일부 및/또는 유체(37)의 적어도 일부는 변환 유닛(13)으로 전달될 수 있다.
도 2에서, 흐름(39)은 분리 유닛(27)을 위해 의도된 변환기(13)의 출구에서 취해진 가스(17)의 일부로 이루어진 재순환물이다. 이 예에서, 흐름(39)은 1.05 bar이고 20%의 CO2를 함유한다. 유체(17)의 일부(39)는 산소(41)와 혼합되어 변환 유닛(13)에 의해 사용되는 산화제를 형성한다.
변환 공정은 증기도 생성한다.
종래 기술에 따른 변환기보다 이산화탄소가 더 풍부한 폐기물(17)을 생성하는 것 외에도, 공정은 (02가 더 풍부한 산화제를 가지면서) 변환기(13)에서 화염의 온도를 증가시킬 수 있으며, 이는 더 높은 압력 및/또는 더 높은 온도에서 증기를 생성하는 것을 가능하게 하는 동시에 증기 생성 효율을 증가시킬 수 있다. 도 2의 유닛(27)과 유닛(30) 모두는, 폐가스에 이산화탄소가 풍부함에 따라 더 작을 것이다.
따라서, 도 2에서는 대기압 및 약 120℃에서 26%의 CO2, 3%의 산소 및 71%의 질소를 함유하는 가스(17)가 생성된다. 가스(17)는, 가능하게는 여과된 다음 터빈(9)에 연결된 압축기(19)에서 압축되어 압축된 가스(21)를 생성한다.
압축기(19) 및 터빈(9)과 동일한 샤프트에 발전기 및/또는 모터가 또한 제공될 수 있다. 압축 및 팽창 스테이지는 통합된 가속 기어링("통합 기어"형 원심 장치)에 장착될 수 있다.
이어서, 압축 가스(21)는 압축기(23)에서 2.5 bar 내지 10 bar, 예를 들어, 적어도 8 bar와 적어도 30℃에서 가스(25)로서 압축된다. 가스(25)는 일반적으로 약어 PSA로 알려진 압력 변동 흡착(pressure swing adsorption)에 의한 분리를 위한 유닛(27)에 공급된다. 여기에서, 가스는, 분리되어, 이산화탄소 풍부 가스 및 질소 고갈 가스(29)(테일 가스를 구성함) 및 질소와 산소 풍부 및 이산화탄소 고갈 가스(31)(산물 가스를 구성함)를 형성한다. 대략 8 bar의 가스(31)는, 압축기(23)에 결합된 터빈(33)에서 (가능하게는 예열 후에) 팽창되고 97%의 질소 및 3%의 이산화탄소의 조성으로 대기에 방출된다. 가스(31)는, 최대 5%의 이산화탄소, 또는 최대 3%의 이산화탄소, 실제로는 최대 1.5%의 이산화탄소를 함유한다.
터빈(33)에서의 이러한 팽창은 가스(31)를 가열한 후에 행해질 수 있다. 이것은 촉매 분해 설비(1)로부터의 뜨거운 유체로 및/또는 흡착 유닛(27)의 상류측 또는 유닛(30)의 상류측에서 압축 스테이지를 벗어나는 유체와의 교환에 의해 가열될 수 있다. 심지어 터빈 샤프트에서 에너지 회수를 최대화하기 위해 중간 가열에 직렬인 두 개의 터빈 스테이지를 가질 수도 있다.
유닛(27)은 일반적으로 약어 VPSA로 알려진 진공 압력 스윙 흡착(vacuum pressure swing adsorption)에 의한 분리를 위한 유닛일 수 있다. 이 경우, 가스(21)는 덜 압축되지만, 유닛은 진공 펌프를 포함한다. 가스(29)의 순도는 CO2에서 더 높을 것이고, 유닛(27)의 전기 소비는 더 낮을 수 있다.
65% 내지 70%의 이산화탄소와 30% 내지 35%의 질소 및 약 1%의 산소를 함유하는 가스(29)는, 15 bar abs보다 크고 우선적으로는 20 bar abs 내지 30 bar abs의 압력으로 압축되고(압축기는 유닛(30)에 포함됨)，건조 후 분리 장치(30)에서 부분 응축 및/또는 증류에 의해 0℃ 미만의 온도로 냉각되어, 이산화탄소 풍부 유체(35) 및 이산화탄소 고갈 유체(37)를 형성한다. 가스(29)는 적어도 60%의 CO2, 또는 적어도 70%의 CO2, 또는 적어도 80%의 CO2를 함유할 수 있다.
유체(35)는 액체 또는 기체 형태의 이산화탄소를 70% 이상, 바람직하게는 95% 이상 함유한다. 유체(37)는, 18% 내지 28%의 이산화탄소 및 질소와 산소도 함유하고, 공급 흐름으로서 흡착 유닛(27)의 상류측에서 재순환되어 기체(25)에 합류한다. 유체(37)는, 흐름(25)과 혼합되기 전에, 밸브 또는 터빈에서 팽창될 수 있다.
선택적으로, 이산화탄소 고갈 유체(37)는 멤브레인에서 분리되어 CO2 풍부 투과물을 생성한다. 투과물은 분리될 공급 가스로서 흡착 유닛(27)으로 전달될 수 있다. 잔류물은 터빈에서 팽창될 수 있고/있거나 질소 풍부 및 이산화탄소 고갈 가스(31)와 혼합될 수 있고/있거나 ii) 단계를 위한 재생 가스로서 사용될 수 있다.
멤브레인은, 선택적으로, -30℃ 미만의 온도에서 유체(37)를 분리할 수 있다.
이산화탄소 고갈 유체(37) 및/또는 질소 풍부 및 이산화탄소 고갈 가스(31)는, 분리 장치(30)를 포함하는 챔버에서 -100℃ 초과 0℃ 미만의 온도로 터빈에서 팽창될 수 있다. 따라서, 이것은 필요한 프리고리의 생산에 기여한다.
흐름(25)을 위한 건조기는 유닛(27)의 상류측에 설치될 수 있다. 유닛(30)의 상류의 흐름(29) 또는 유닛(27)의 상류의 흐름(25)에는, 불순물을 제거하기 위해 활성탄을 이용하는 분리 유닛이 설치될 수 있다.
모든 도면에서, 이산화탄소 풍부 흐름(17)은, 증류 및/또는 부분 응축 및/또는 흡착 및/또는 흡수에 의해 분리되어 변환기(13)로 재순환되는 적어도 40%의 이산화탄소를 함유하는 산물을 생성할 수 있다.

Claims (14)

  1. 이산화탄소, 질소, 및 일산화탄소를 함유하는 유체 촉매 분해 설비(1)의 폐가스(3, 11)로부터 이산화탄소를 분리하는 방법으로서,
    i) 연소에 의해 상기 폐가스의 일산화탄소의 적어도 일부를 이산화탄소로 변환하여 이산화탄소 풍부 흐름(17)을 형성하는 단계,
    ii) 흡착에 의해 상기 i) 단계로부터의 이산화탄소 풍부 흐름(17, 21, 25)의 적어도 일부를 분리하여 이산화탄소 풍부 및 질소 고갈 가스(29) 및 질소 풍부 및 이산화탄소 고갈 가스(31)를 형성하고, 상기 이산화탄소 풍부 및 질소 고갈 가스의 적어도 일부를 분리 장치(30)에서 부분 응축 및/또는 증류에 의해 0℃ 미만의 온도에서 분리를 통해 분리하여, 이산화탄소 풍부 유체(29, 35) 및 이산화탄소 고갈 유체(31, 37)를 형성하는 단계, 및
    iii) 적어도 90%의 산소를 함유하는 가스(41)를 상기 i) 단계의 연소로 전달하고, 또한, 이산화탄소 풍부 흐름의 분리물의 산물 또는 이산화탄소 풍부 흐름의 일부 중 어느 하나로 이루어진 적어도 40%의 이산화탄소를 함유하는 가스(39)를 전달하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 질소 풍부 및 이산화탄소 고갈 가스(31)는, 5 mol% 미만의 CO2, 실제로는 3% 미만의 CO2, 또는 심지어 1.5% 미만의 CO2를 함유하는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이산화탄소 풍부 가스(29)는, 45 mol% 초과의 CO2, 실제로는 50% 초과의 CO2, 또는 심지어 70% 초과의 CO2, 또는 실제로 80% 초과의 CO2를 함유하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이산화탄소 고갈 유체(37)는 상기 ii) 단계로 전달된 이산화탄소 풍부 흐름(25)과 함께 압축 및 혼합되는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질소 풍부 및 이산화탄소 고갈 가스(31)는, 가능하게는 가열 후에 터빈(33)에서 팽창되어 대기로 전달되는, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 질소 풍부 및 이산화탄소 고갈 가스(31)는, 상기 촉매 분해 설비(1)로부터 발생하는 유체의 의해, 또는 상기 이산화탄소 풍부 및 질소 고갈 가스(29)의 적어도 일부에 의해, 또는 상기 폐가스(3, 11)의 적어도 일부 혹은 상기 이산화탄소 풍부 유체(35)의 적어도 일부에 의해 가열되는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폐가스(3)는 터빈(9)에서 상기 i) 단계의 상류측으로 팽창되고, 상기 이산화탄소 풍부 흐름(17)은 상기 ii) 단계의 상류측에 있는 상기 터빈에 의해 구동되는 압축기(19)에서 압축되는, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 발전기 및/또는 모터가, 상기 ii) 단계의 상류측에 있는 상기 이산화탄소 풍부 흐름(17)을 위한 압축기 및 상기 폐가스를 위한 터빈(9)과 동일한 샤프트 또는 동일한 가속 기어링 상에 장착되는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이산화탄소 고갈 유체(37) 및/또는 상기 질소 풍부 및 이산화탄소 고갈 가스(31)는, 상기 분리 장치(30)를 포함하는 챔버에서 -100℃ 초과 0℃ 미만의 온도로 터빈(33)에서 팽창되는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질소 풍부 및 이산화탄소 고갈 가스(31)의 적어도 일부 및/또는 이산화탄소 풍부 유체(35)의 적어도 일부 및/또는 상기 이산화탄소 고갈 유체(37)의 적어도 일부는 일산화탄소의 연소로 전달되는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유닛(1)의 재생기(43)로부터 나오는 폐가스(3)는 50% 초과의 질소, 바람직하게는 70% 초과의 질소를 함유하는, 방법.
  12. 이산화탄소, 질소, 및 일산화탄소를 함유하는 유체 촉매 분해 설비의 폐가스(3, 11)로부터 이산화탄소를 분리하는 장치로서,
    연소에 의해 상기 폐가스의 일산화탄소의 적어도 일부를 이산화탄소로 변환하여 이산화탄소 풍부 흐름(17)을 형성할 수 있는 변환기(13),
    상기 이산화탄소 풍부 흐름의 적어도 일부를 분리하는 분리 유닛(27, 30)으로서, 이산화탄소 풍부 및 질소 고갈 가스(29) 및 질소 풍부 및 이산화탄소 고갈 가스(31)를 형성하는 흡착 분리 유닛(27), 및 부분 응축에 의해 및/또는 증류에 의해 0° 미만의 온도에서 분리를 통해 상기 이산화탄소 풍부 및 질소 고갈 가스의 적어도 일부를 분리하여 이산화탄소 풍부 유체(29, 35) 및 이산화탄소 고갈 유체(31, 37)를 형성하는 분리 장치(30)를 포함하는 분리 유닛(27, 30), 및
    적어도 90% 산소를 함유하는 가스(41)를 상기 연소에 참여하도록 상기 변환기(13)에 전달하는 수단 및 이산화탄소 풍부 흐름의 분리물의 산물 또는 이산화탄소 풍부 흐름의 일부 중 어느 하나로 이루어진 적어도 40%의 이산화탄소를 함유하는 가스(39)를 상기 변환기(13)에 전달하는 수단을 포함하는, 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 흡착 분리 유닛(27)은 PSA 또는 VPSA인, 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 반응기(45)와 재생기(43)를 포함하는 유체 촉매 분해 유닛(1)을 포함하는, 장치.
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