KR20230033117A - 부생 가스를 이용한 고부가가치 화학물질의 제조방법 및 장치 - Google Patents

부생 가스를 이용한 고부가가치 화학물질의 제조방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 부생 가스를 이용한 고부가가치 화학물질의 제조방법은 a) 정유 부생가스에서 이산화탄소를 포집하여, 이산화탄소 가스와 블루수소 함유 가스로 분리하는 단계; b) 이산화탄소 가스와 상기 블루수소 함유 가스에서 분기된 제1분기 가스를 이용한 무기산화물 기반 열화학 레독스 사이클에 의해 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하여, 일산화탄소와 이산화탄소를 함유하는 전환 가스를 생성하는 단계; c) 상기 전환 가스에서 일산화탄소를 분리하여 일산화탄소 가스와 잔류가스이며 이산화탄소 및 일산화탄소를 함유하는 제1저품위 가스를 생성하는 단계; d) b) 단계 및 c) 단계와 독립적으로, 상기 블루수소 함유 가스에서 분기된 제2분기 가스에서 수소를 분리하여 수소 가스와 잔류 가스이며 수소를 함유하는 제2저품위 가스를 생성하는 단계; e) c) 단계의 일산화탄소 가스와 d) 단계의 수소 가스를 포함하는 원료로 제1화학물질을 제조하는 단계; 및 f) e) 단계와 독립적으로, c) 단계의 제1저품위 가스와 d) 단계의 제2저품위 가스를 포함하는 원료로 제2화학물질을 제조하는 단계;를 포함한다.

Description

부생 가스를 이용한 고부가가치 화학물질의 제조방법 및 장치{Method and Apparatus for Production of Value-added Chemicals using By-product Gas}
본 발명은 부생 가스를 이용하여 유기산을 포함하는 고부가가치 화학물질을 제조하는 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.
2015년 파리기후변화협약에 의한 신기후 체제 출범으로 전세계 195개국이 온실가스 감축을 약속하게 되었다. 한국도 2013년 기준 온실가스 배출이 7억톤을 기록하고 있으며 BAU 대비 37% (3.1억톤)를 감축해야 하는 의무를 약속하고 있다. 국내외에서 철강산업, 화학산업, 환경처리시설, 천연가스전 등에서 대량으로 배출되는 이산화탄소 및 메탄, 일산화탄소, 수소 등을 분리하여 고부가가치 화학제품을 생산하면서 동시에 온실가스를 줄이는 차세대 탄소자원화(carbon resources utilization) 연구가 활발히 진행되고 있다.
석유정제산업 분야에서 발생하는 정유 부생가스는 탄소, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소 및 수소를 포함하는 다양한 조성의 가스 혼합물이 대량으로 배출되고 있다. 특히 일산화탄소, 이산화탄소 및 수소가 대량으로 포함되어 있고, 이들을 정제를 통해 고순도로 회수할 수 있다면 화학제품이나 신재생연료로 고부가가치화의 기회가 있다.
특히 일산화탄소는 화학적으로 메탄올, 폴리우레탄과 폴리카보네이트, 초산, 무수초산, 수산염, 포름산, 포스겐 등의 고부가가치의 화학 원료로 사용된다. 그러나 현재까지 경제적인 정제/분리기술 부족에 따른 회수비용 과다, 낮은 열량으로 인한 발전효율 저하로 부가가치가 낮은 발전용으로 주로 사용되고 있으며 이러한 발전연소과정에서 연간 5000만톤에 해당하는 대량의 이산화탄소를 배출하고 있어 온실가스의 발생원이 되고 있다.
이에 버려지거나 활용시 이산화탄소의 발생원이 되는 정유 부생가스를 고부가가치의 화학물질로 전환시키는 상업화 가능한 기술이 요구되고 있다.
종래 정유 부생가스 관련 기술을 살피면, 대한민국 공개특허공보 10-2013-0097751 A (2013.09.03. 공개일)는 정유가스 스트림의 적어도 일부를 촉매 반응기에서 반응시켜 올레핀을 포화 탄화수소로 수소화하는, 천연가스 스트림에 첨가되는 대체 천연가스 스트림 제조 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 촉매 반응기에서 수소와 올레핀이 반응하는 정도를 조절하여 결과적으로 얻는 대체 천연가스 스트림 중의 올레핀 농도를 감소시키고 대체 천연가스 스트림의 천연가스와의 호환성을 증가시켜, 정유공장 부생가스의 일부를 촉매 반응기에 의해 생성된 중간 생성물 스트림으로 우회하고 이렇게 함으로써 우회한 정유가스 스트림 및 중간 생성물 스트림으로부터 대체 천연가스 스트림을 형성하는 기술이 기재되어 있다.
또한, 대한민국 공개특허공보 10-2010-0132275 A (2010.12.17. 공개일)는 석유화학 공장에서 발생하는 석유화학 부생가스를 촉매적으로 분해하여 고순도 수소를 연속적으로 제조하기 위한 석유화학 수소 제조 장치 및 공정에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 석유화학 공장에서 발생하는 석유화학 부생가스를 촉매를 사용하여 수소와 카본으로 연속적으로 분해하기 위한 유동층 반응기로서 상기 반응기 벽면에 카본을 배출하기 위한 배출관이 구비되고, 상기 배출관의 측면에 가스를 흘려주기 위한 미세노즐이 구비된 유동층 반응기, 및 상기 수득된 수소와 미반응 석유화학 부생가스의 혼합물을 압력 스윙 흡착(pressure swing adsorption, PSA)에 의하여 분리 정제하여 고순도 수소를 연속적으로 수득하기 위한 압력 스윙 흡착 탑을 포함하는, 석유화학 부생가스의 촉매 분해 반응에 의한 연속적 수소 제조 장치에 관한 기술이 기재되어 있다.
상기 선행기술과 같이 종래의 정유 부생가스를 활용한 시스템에서는 정유 부생가스로부터 고순도 수소를 제조하거나, 대체 천연가스 스트림을 형성하는 기술 등이 연구개발되어 있으나, 아직까지 정유 부생가스를 이용하여 유기산과 경질올레핀, 알파올레핀, 휘발유, 윤활기유, 메탄올 등과 같은 고부가가치 석유화학제품을 동시에 제조할 수 있는 시스템 및 방법에 대해서는 제시되어진 바가 없었다.
대한민국 공개특허공보 10-2013-0097751 대한민국 공개특허공보 10-2010-0132275
본 발명의 목적은 정유공정에서 발생되는 부생가스로부터 고부가가치의 화학물질을 제조하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 부생 가스를 이용한 고부가가치 화학물질의 제조방법은 a) 정유 부생가스에서 이산화탄소를 포집하여, 이산화탄소 가스와 블루수소 함유 가스로 분리하는 단계; b) 이산화탄소 가스와 상기 블루수소 함유 가스에서 분기된 제1분기 가스를 이용한 무기산화물 기반 열화학 레독스 사이클에 의해 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하여, 일산화탄소와 이산화탄소를 함유하는 전환 가스를 생성하는 단계; c) 상기 전환 가스에서 일산화탄소를 분리하여 일산화탄소 가스와 잔류가스이며 이산화탄소 및 일산화탄소를 함유하는 제1저품위 가스를 생성하는 단계; d) b) 단계 및 c) 단계와 독립적으로, 상기 블루수소 함유 가스에서 분기된 제2분기 가스에서 수소를 분리하여 수소 가스와 잔류 가스이며 수소를 함유하는 제2저품위 가스를 생성하는 단계; e) c) 단계의 일산화탄소 가스와 d) 단계의 수소 가스를 포함하는 원료로 제1화학물질을 제조하는 단계; 및 f) e) 단계와 독립적으로, c) 단계의 제1저품위 가스와 d) 단계의 제2저품위 가스를 포함하는 원료로 제2화학물질을 제조하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 상기 제1화학물질은 유기산일 수 있으며, e) 단계는 전구물질과 수소화 촉매를 포함하는 반응계에 상기 수소 가스를 공급하여 전구물질의 수산화 반응을 통해 유기산을 제조하는 단계 및 미생물에 상기 일산화탄소 가스를 공급하여 유기산을 제조하는 단계 중 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 상기 유기산은 숙신산, 아세트산 및 부티르산에서 하나 이상 선택된 산을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 상기 b) 단계는 상기 무기산화물을 산화-환원 변환제로, 산화-환원 변환제가 각각 위치하되 산화-환원 변환제의 상태가 산화 상태와 환원 상태로 서로 상이한 적어도 두 반응기를 포함하는 열화학 레독스 사이클부에 블루수소 함유 가스와 이산화탄소 가스를 공급하되, 산화 상태의 산화-환원 변환제가 위치하는 반응기에 블루수소 함유 가스가 공급되며, 환원 상태의 산화-환원 변환제가 위치하는 반응 공간에 이산화탄소 가스가 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 일 반응기를 기준으로, 반응기에 위치하는 산화-환원 변환제의 상태가 변화됨에 따라 블루수소 함유 가스와 이산화탄소 가스가 교번 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 상기 무기산화물은 산소 이온 전도성을 가지며 가역적인 산소 결손을 가지는 금속산화물, 비금속산화물 또는 금속-비금속 복합산화물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 상기 반응기에 공급되는 블루수소 함유 가스는 열교환에 의해 가열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 상기 a) 단계에서, 압력전환흡착(PSA)법 또는 습식아민법을 이용하여 이산화탄소를 포집할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 상기 d) 단계의 수소 분리는 압력전환흡착(PSA)법 또는 수소 분리막을 이용하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 상기 제2화학물질은 경질올레핀, 알파올레핀, 휘발유, 윤활기유 및 메탄올 중 어느 하나 이상을 포함하는 석유화학제품일 수 있다.
본 발명은 부생 가스를 이용한 고부가가치 화학물질 제조장치를 포함한다.
본 발명에 따른 부생 가스를 이용한 고부가가치 화학물질 제조장치는 정유 부생가스를 공급받아 이산화탄소를 포집하여, 이산화탄소 가스와 블루수소 함유 가스로 분리 배출하는 부생가스 분리부; 상기 블루수소 함유 가스에서 분기된 제1분기 가스와 상기 이산화탄소 가스를 공급받아 무기산화물 기반 열화학 레독스 사이클에 의해 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하여, 일산화탄소와 이산화탄소를 함유하는 전환 가스를 생성 배출하는 열화학 레독스 사이클부; 상기 전환 가스로부터 일산화탄소를 분리하여 일산화탄소 가스와, 잔류가스이며 이산화탄소 및 일산화탄소를 함유하는 제1저품위 가스를 분리 배출하는 일산화탄소 분리부; 상기 블루수소 함유 가스에서 분기된 제2분기 가스로부터 수소를 분리하여 수소 가스와, 잔류가스이며 수소를 함유하는 제2저품위 가스를 분리 배출하는 수소 분리부; 상기 일산화탄소 분리부에서 배출되는 일산화탄소 가스 및 수소 분리부에서 배출되는 수소 가스를 공급받아 제1화학물질을 제조하는 제1제조부; 및 상기 일산화탄소 분리부에서 배출되는 제1저품위 가스 및 수소 분리부에서 배출되는 제2저품위 가스를 공급받아 제2화학물질을 제조하는 제2제조부;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조장치에 있어, 상기 열화학 레독스 사이클부는 산화-환원 변환제가 각각 위치하되 산화-환원 변환제의 상태가 산화 상태와 환원 상태로 서로 상이한 적어도 두 반응기를 포함하며, 산화 상태의 산화-환원 변환제가 위치하는 반응기에 블루수소 함유 가스가 공급되며, 환원 상태의 산화-환원 변환제가 위치하는 반응 공간에 이산화탄소 가스가 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조장치에 있어, 일 반응기를 기준으로, 반응기에 위치하는 산화-환원 변환제의 상태가 변화됨에 따라 블루수소 함유 가스와 이산화탄소 가스가 교번 공급될 수 있다.
본 발명에 따른 정유 부생가스를 이용한 고부가가치 화학물질 제조 방법 및 장치는 정유 부생가스에서 이산화탄소를 추출한 후 추출된 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하고, 전환된 일산화탄소와 정유 부생가스에서 이산화탄소가 제거된 블루수소로부터 고순도의 일산화탄소와 고순도의 수소를 분리하여 이를 원료로, 일산화탄소와 수소를 포함하는 원료의 순도에 민감한 고부가가치의 제1화학물질을 제조하고, 또한 고순도의 일산화탄소와 고순도의 수소를 분리하고 남은 저순도의 일산화탄소와 저순도의 수소를 원료로 하여 원료의 순도에 상대적으로 덜 민감한 고부가가치의 제2화학물질을 제조함으로써, 정유 부생가스로부터 온실가스 발생원인 이산화탄소를 효과적으로 회수 및 자원화 할 수 있으며, 동시에 정유 부생가스의 높은 탄소 자원화 효과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정유 부생가스를 이용한 고부가가치 화학물질 제조 장치 및 그 방법에 대해 설명하기 위한 블록도이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 정유 부생가스를 이용한 고부가가치 화학물질 제조 장치 및 그 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용된다.
본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 특별히 한정하지 않는 한, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 정유 부생가스를 이용한 고부가가치 화학물질의 제조 방법은 a) 정유 부생가스에서 이산화탄소를 포집하여, 이산화탄소 가스와 블루수소 함유 가스로 분리하는 단계; b) 이산화탄소 가스와 상기 블루수소 함유 가스에서 분기된 제1분기 가스를 이용한 무기산화물 기반 열화학 레독스 사이클에 의해 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하여, 일산화탄소와 이산화탄소를 함유하는 전환 가스를 생성하는 단계; c) 상기 전환 가스에서 일산화탄소를 분리하여 일산화탄소 가스와 잔류가스이며 이산화탄소 및 일산화탄소를 함유하는 제1저품위 가스를 생성하는 단계; d) b) 단계 및 c) 단계와 독립적으로, 상기 블루수소 함유 가스에서 분기된 제2분기 가스에서 수소를 분리하여 수소 가스와 잔류 가스이며 수소를 함유하는 제2저품위 가스를 생성하는 단계; e) c) 단계의 일산화탄소 가스와 d) 단계의 수소 가스를 포함하는 원료로 제1화학물질을 제조하는 단계; 및 f) e) 단계와 독립적으로, c) 단계의 제1저품위 가스와 d) 단계의 제2저품위 가스를 포함하는 원료로 제2화학물질을 제조하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 고부가가치 화학물질의 제조방법은, a) 단계에서 정유 부생가스로부터 수소가 아닌 이산화탄소를 포집하여, 이산화탄소 가스와 포집된 이산화탄소 가스가 제거된 잔류 정유 부생가스인 블루수소 함유 가스의 스트림이 생성된다. a) 단계에서 이산화탄소를 포집하여 이산화탄소 가스 생성하고, 포집된 이산화탄소 가스를 무기산화물 기반 열화학 레독스 사이클에 의해 일산화탄소로 전환시킴으로써, 다른 경쟁반응의 발생이 방지되어 목적하는 일산화탄소를 수득할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 제조방법은 정유산업 분야에서 발생하는 부생가스인 정유 부생가스로부터 이산화탄소를 추출하고, 추출된 이산화탄소를 열화학 레독스(Redox) 사이클을 통해 일산화탄소로 전환하여 고순도의 일산화탄소의 스트림을 생성하며, 이산화탄소가 추출된 부생가스이자 블루수소를 함유하는 가스(블루수소 함유 가스)로부터 수소를 추출함으로써, 고순도의 수소와 고순도의 일산화탄소를 얻어, 상대적으로 고순도의 원료가 요구되는 제1화학물질을 제조하고, 일산화탄소와 수소 가스가 추출되며 얻어지는 잔류가스들인 제1저품위 가스와 제2저품위 가스를 이용하여 상대적으로 원료의 순도에 민감하지 않은 제2화학물질을 제조할 수 있다. 이를 통해 정유 부생가스로부터 온실가스 발생원인 이산화탄소를 효과적으로 회수 및 자원화 할 수 있으며, 동시에 정유 부생가스의 높은 탄소 자원화 효과를 얻을 수 있다.
또한, 가스의 분리 추출, 열화학 레독스 사이클을 통한 이산화탄소의 일산화탄소화등 주요 공정이 낮은 에너지가 요구되고 대량 처리 가능한 공정이며, 연속적인 물질 흐름이 가능하여 연속 공정에 적합하고, 또한 소형화 가능하여 상업화에 유리하다.
정유산업 분야에서 발생하는 부생가스(정유 부생가스)는 철강이나 석유화학 산업에서 발생하는 다른 부생가스보다도 이산화탄소 함유량이 매우 높아, 특히 이산화탄소의 자원화가 요구되는 부생가스이다.
정유 공정은 원유를 가공하여 각종 석유제품 및 반제품을 제조하는 공정이다. 알려진 바와 같이, 정유 공정은, 염분이 제거된 원유를 가열하여 탄화수소의 비등점 차이를 이용하여 수소 성분별로 분리하는 증류 공정; 메록스 공정, 접촉 개질 공정, 수첨탈황공정, 중질유 분해 공정, 탈황 공정, 아스팔트 산화공정, 윤활기유 공정등을 통해 증류 과정을 통해 분리된 성분들에 함유된 불순물들을 제거하여 품질을 향상시키는 정제 공정; 및 증류나 정제 과정을 거친 각종 성분들을 조합하고 첨가제를 투입하여 규격에 맞는 제품을 제조하는 배합 공정;을 포함한다. 정유 부생가스는 증류, 정제 및 배합 공정에 속하는 하나 또는 둘 이상의 공정에서 발생하는 부생가스일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 제철(철강) 부생가스나 석유화학산업 부생가스등와 같이 이산화탄소와 수소를 함유하는 부생가스를 이용할 수도 있다.
a) 단계는 정유 부생가스에서 이산화탄소를 포집하여, 이산화탄소 가스와 블루수소 함유 가스로 분리하는 단계이다. 이산화탄소의 포집은 압력전환흡착(PSA)법 또는 습식아민법을 통해 수행될 수 있으며, 연속 공정 및 대량 처리에 적합한 압력전환흡착법이 보다 유리하다.
a) 단계를 통해 정유 부생가스가 이산화탄소 가스와 블루수소 함유 가스로 분리된 후, b) 단계에서는 분리된 이산화탄소 가스와 블루수소 함유 가스를 이용한 무기산화물 기반 열화학 레독스 사이클에 의해 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하여, 일산화탄소와 이산화탄소를 함유하는 전환 가스를 생성한다.
무기산화물을 가역적 산화-환원 변환제로 하여 무기산화물 기반 열화학 레독스 사이클이 수행될 수 있으며, 이산화탄소 가스와 블루수소 함유 가스가 각각 공급될 수 있다. 상세하게, 산화된 상태의 무기산화물을 MOox로, 환원된 상태의 무기산화물을 MOred로 나타낼 때, 산화 반응은 MOred가 이산화탄소(a) 단계에서 생성된 이산화탄소 가스)와 반응하여 산소를 받아들여 그 스스로 MOox로 산화되는 반응일 수 있으며, 환원 반응은 MOox가 열 에너지의 도움을 받아 수소(a) 단계에서 생성된 블루수소 함유 가스의 수소)와 반응하여 산소를 빼앗기며 그 스스로 MOred로 환원되는 반응일 수 있다. 이에, 열화학 레독스 사이클의 레독스 페어는 MOred/MOox일 수 있다.
무기산화물 기반 열화학 레독스 사이클과 블루수소 함유 가스를 이용한 이산화탄소의 일산화탄소화에 의해, 상대적으로 낮은 에너지로 일산화탄소를 생성할 수 있으며, 연속적으로 일산화탄소를 생성할 수 있다.
구체적으로, b) 단계에서, 산화-환원 변환제가 각각 위치하되 산화-환원 변환제의 상태가 산화 상태와 환원 상태로 서로 상이한 적어도 두 반응기를 포함하는 열화학 레독스 사이클부에 블루수소 함유 가스와 이산화탄소 가스를 공급하되, 산화 상태의 산화-환원 변환제가 위치하는 반응기에 블루수소 함유 가스가 공급되며, 환원 상태의 산화-환원 변환제가 위치하는 반응 공간에 이산화탄소 가스가 공급될 수 있다.
즉, b) 단계에서 산화-환원 변환제를 함유하되, 산화 상태와 환원 상태로 산화-환원 변환제의 상태가 서로 상이한 둘 이상의 반응기가 사용될 수 있으며, 둘 이상의 반응기가 병렬로 구성될 수 있다. 병렬로 구성된 반응기 중, 일 반응기에 이산화탄소 가스가 공급되며 산화 반응이 수행될 때, 다른 일 반응기에서는 블루수소 함유 가스가 공급되며 환원 반응이 수행될 수 있다. 이러한 일 사이클이 완료된 후 산화 반응이 수행된 일 반응기에는 블루수소 함유 가스가 공급되며 환원 반응이 수행되고, 환원 반응이 수행된 다른 일 반응기에서는 이산화탄소 가스가 공급되며 산화 반응이 수행되며 후속 사이클이 이루어질 수 있다.
이에, 일 반응기를 기준으로, 반응기에 위치하는 산화-환원 변환제의 상태가 변화됨에 따라 블루수소 함유 가스와 이산화탄소 가스가 교번 공급되며, 지속적으로 이산화탄소가 일산화탄소로 전환될 수 있다.
가역적 산화-환원 변환제(무기산화물)는 산소 이온 전도성을 가지며, 가역적인 산소 결손을 가질 수 있는 금속(준금속을 포함) 산화물, 비금속 산화물, 또는 금속-비금속의 복합산화물을 포함할 수 있다. 가역적 산화-환원 변환제(무기산화물)는 이산화탄소와 반응하여 산소를 받아들여 스스로 산화되며, 또 환원과정에서는 열에너지로 인해서 산소가 빠져나가 환원되는 것으로 알려진 무기산화물이면 무방하며, 실질적인 일 예로, 산화 세륨; 안정화 지르코니아 등으로 대표되는 형석형 구조를 가지는 금속 산화물 및 상기 형석형 구조를 가지는 산화물로 산소 이온 전도성이나 산소결손을 향상시키는 금속 원소를 치환한 것; 산화 비스무트 및 산화 비스무트로 산소 이온 전도성이나 산소 결손을 향상시키는 금속 원소를 치환한 것; 일반식 ABO3(A 및 B는 금속 원소)로 표시되는 페로브스카이트형 구조를 가지는 산화물 및 상기 ABO3의 A사이트 및 B사이트를 산소 이온 전도성이나 산소 결손을 향상시키는 금속 원소를 치환한 것; 일반식 A2B2O5(A 및 B는 금속 원소)로 표시되는 브라운 미라 라이트형 구조를 가지는 산화물 및 상기 A2B2O5 의 A사이트 및 B사이트를 산소 이온 전도성이나 산소 결손을 향상시키는 금속 원소를 치환한 것; AlOx, MnOx, FeOx, COOx, NiOx, CrOx, BiOx, GaOx, BOx, LaOx, CeOx, SCOx, RHOx 또는 이들의 혼합물등을 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
열화학 레독스 사이클부의 각 반응기는 내부에 내부 공간이 형성되고, 내부 공간에 가역적 산화-환원 변환제가 충전되어 있는 고정층(fixed bed) 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 유동층(fluidized bed)이나 이동층(moving bed), 혹은 가역적 산화-환원 변환제 분말이 가스 흐름과 동반되는 분류층(entrained flow bed)의 구조를 가질 수도 있다.
b) 단계에서 열화학 레독스 사이클의 산화 반응에서는, a) 단계에서 포집된(분리된) 이산화탄소 가스가 공급되어, 일산화탄소 및 잔류 이산화탄소를 함유하는 전환가스가 생성될 수 있다. 이와 함께, 열화학 레독스 사이클의 환원 반응에서는, a) 단계에서 분리된 블루수소 함유 가스가 분기된 분기가스(제1분기가스)가 공급되어 수증기 및 잔류 수소 가스를 함유하는 혼합가스가 생성될 수 있다. 환원 반응에서 생성되는 혼합가스는 응축에 의해 수증기가 제거될 수 있으며, 수증기가 제거된 혼합가스는 제2화학물질의 원료로 공급되거나, 제2저품위 가스와 합쳐져 제3저품위 가스가 생성될 수 있다. 이때, 제3저품위 가스는 제2저품위 가스 대신 제2화학물질 제조를 위한 원료로 공급될 수 있다.
일 구체예에서, 반응기에 공급되는 블루수소 함유 가스는 열교환에 의해 가열된 상태일 수 있다. 열화학 레독스 사이클에서 산화-환원 변환제의 환원 반응시 보다 큰 열 에너지가 요구된다. 일 예로, 열화학 레독스 사이클, 특히 열화학 레독스 사이클의 환원 반응은 100 내지 1000℃, 구체적으로 300 내지 800℃ 범위 온도에서 수행될 수 있다. 블루수소 함유 가스가 열교환에 의해 가열된 상태로 반응기에 공급됨으로써, 환원 반응시 인가되는 외부 열 에너지를 최소화할 수 있어 저전력화에 유리하다. 블루수소 함유 가스의 열교환은 열화학 레독스 사이클에서 생성되는 가스, 유리하게, 환원 반응에서 생성되는 혼합가스(수증기 및 잔류 수소 가스를 함유하는 혼합가스)와 환원 반응에 투입되는 블루수소 함유 가스간의 열교환일 수 있다. 이러한 열교환에 의해 블루수소 함유 가스의 온도가 300℃에 이르도록 가열되어 열화학 레독스 사이클에 공급될 수 있다.
b) 단계가 수행된 후, b) 단계의 전환가스에서 일산화탄소를 분리함으로써, 일산화탄소 가스; 및 일산화탄소와 이산화탄소를 함유하는 제1저품위 가스;를 생성하는 c) 단계가 수행될 수 있다.
이때, 일산화탄소의 분리는 압력전환흡착법(PSA)을 이용하여 수행될 수 있다. a) 단계에서 이산화탄소가 포집되어 이산화탄소 가스로 분리됨에 따라, b) 단계의 열화학 레독스 사이클에 의해 생성된 전환가스는 일산화탄소와 이산화탄소(잔류 이산화탄소)의 혼합 가스일 수 있다.
b) 단계 및 c) 단계와 독립적으로, a) 단계에서 분리된 블루수소 함유 가스에서 수소를 분리하는 d) 단계가 수행될 수 있으며, 수소의 분리에 의해 수소 가스;와 수소를 함유하는 잔류 가스인 제2저품위 가스;가 생성될 수 있다. 이때, 블루수소 함유 가스가 b) 단계의 열화학 레독스 사이클의 환원 반응시 공급됨에 따라, a) 단계에서 생성된 블루수소 함유 가스는 제1분기가스와 제2분기가스로 분기되어, 제1분기가스가 b) 단계에 사용되고, 제2분기가스가 d) 단계에 사용될 수 있다. d) 단계의 수소 가스 분리는 압력전환흡착(PSA)법 또는 수소 분리막(membrane)을 이용하여 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 a) 단계를 통해 정유 부생가스로부터 이산화탄소를 먼저 분리 회수하여 블루 수소 함유 가스와 이산화탄소 가스를 얻은 후, 이산화탄소 가스를 일산화탄소로 전환시키고, 고순도의 일산화탄소와 제1저품위 가스를 얻고, 블루 수소 함유 가스로부터 고순도의 수소 가스와 제2저품위 가스를 얻어, 원료의 순도에 민감한 고부가가치의 화학물질 제조에 고순도의 일산화탄소와 고순도의 수소를 사용하여 제1고부가가치 화학물질을 제조하며, 원료의 순도에 민감하지 않은 고부가가치의 화학물질 제조에 제1저품위 가스와 제2저품위 가스를 사용하여 제2고부가가치 화학물질을 제조할 수 있다.
일 구체예에서, 제1고부가가치 화학물질(제1화학물질)은 유기산일 수 있다. 이에, d) 단계가 수행된 후, e) c) 단계의 일산화탄소 가스와 d) 단계의 수소 가스를 포함하는 원료를 이용하여 유기산을 제조하는 단계가 수행될 수 있다. 이때, 유기산은 숙신산, 아세트산, 부티르산등을 포함할 수 있다.
구체적으로, e) 단계는 e1) 전구물질과 수소화 촉매를 포함하는 반응계에 d) 단계의 수소 가스를 공급하여 전구물질의 수산화 반응을 통해 유기산을 제조하는 단계 및 e2) 미생물에 c) 단계의 일산화탄소 가스 또는 일산화탄소 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 공급하여 유기산을 제조하는 단계 중 하나 이상의 단계를 포함할 수 있으며, 두 단계를 모두 포함할 수 있다.
e1) 단계의 수소화 촉매로 귀금속계 수소화촉매를 들 수 있으며, 구체적으로, 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 루테늄(Ru) 및 백금(Pt)에서 선택되는 적어도 일종의 귀금속을 포함하는 수소화 촉매를 들 수 있다. 이들 수소화 촉매는 담체에 담지되어 소정의 형상으로 형상 가공된 상태일 수 있다. e1) 단계의 전구물질은 수소화 반응에 의해 유기산으로 전환될 수 있는 통상의 알려진 물질이면 족하다. 일 예로, 말레산을 전구물질로 수소화반응에 의해 숙신산이 제조될 수 있으나, 전구물질이 말레산에 한정되는 것은 아니다.
e2) 단계의 미생물은 일산화탄소를 기질로 하여 유기산을 생산하는 미생물일 수 있으며, 대표적인 예로, 클로스트리디움(Clostridium) 속 미생물을 들 수 있으며, 이러한 미생물을 통해 아세트산, 부티르산등과 같은 유기산을 제조할 수 있다.
e) 단계와 독립적으로, d) 단계가 수행된 후, c) 단계의 제1저품위 가스와 d) 단계의 제2저품위 가스를 원료로 제2고부가가치 화학물질(제2화학물질)을 제조하는 단계(f) 단계)가 수행될 수 있다. 제2고부가가치 화학물질로는 석유화학제품을 들 수 있다. 즉, f) 단계에서 이산화탄소와 일산화탄소를 함유하는 제1저품위 가스(저순도 일산화탄소 가스)와, 수소를 함유하는 제2저품위 가스(저순도 수소가스)를 원료로 하여 고부가가치 석유화학제품을 제조할 수 있으며, 이때, 고부가가치 석유화학제품은, 경질올레핀, 알파올레핀, 휘발유, 윤활기유 및 메탄올 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. f) 단계는 목적하는 구체 석유화학제품에 따라 종래 알려진 공정과 조건을 사용하여 수행되면 무방하다.
본 발명은 정유 부생가스를 이용한 고부가가치 화학물질 제조장치를 포함한다.
본 발명에 따른 정유 부생가스를 이용한 고부가가치 화학물질 제조장치는 정유 부생가스를 공급받아 이산화탄소를 포집하여, 이산화탄소 가스와 블루수소 함유 가스로 분리 배출하는 부생가스 분리부; 블루수소 함유 가스에서 분기된 제1분기 가스와 이산화탄소 가스를 공급받아 무기산화물 기반 열화학 레독스 사이클에 의해 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하여, 일산화탄소와 이산화탄소를 함유하는 전환 가스를 생성 배출하는 열화학 레독스 사이클부; 전환 가스로부터 일산화탄소를 분리하여 일산화탄소 가스와, 잔류가스이며 이산화탄소 및 일산화탄소를 함유하는 제1저품위 가스를 분리 배출하는 일산화탄소 분리부; 블루수소 함유 가스에서 분기된 제2분기 가스로부터 수소를 분리하여 수소 가스와, 잔류가스이며 수소를 함유하는 제2저품위 가스를 분리 배출하는 수소 분리부; 일산화탄소 분리부에서 배출되는 일산화탄소 가스 및 수소 분리부에서 배출되는 수소 가스를 공급받아 제1화학물질을 제조하는 제1제조부; 및 일산화탄소 분리부에서 배출되는 제1저품위 가스 및 수소 분리부에서 배출되는 제2저품위 가스를 공급받아 제2화학물질을 제조하는 제2제조부;를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정유 부생가스를 이용한 고부가가치 화학물질 제조 장치 및 그 방법에 대해 설명하기 위한 블록도이다.
도 1에 도시한 일 예와 같이, 본 발명에 따른 제조장치는 부생가스 분리부(110), 산화-환원 변환 반응기를 포함하는 열화학 레독스 사이클부(120), 일산화탄소 분리부(130), 수소 분리부(140), 제1제조부(150) 및 제2제조부(160)를 포함하여 구성된다.
부생가스 분리부는 정유 공정에서 발생되는 정유 부생가스에서 이산화탄소를 포집하여, 부생가스를 이산화탄소와 블루수소를 함유하는 잔류 가스(블루수소 함유 가스)로 분리 배출할 수 있다. 부생가스 분리부에서 이산화탄소의 포집은 압력전환흡착(PSA; Pressure Swing Adsorption) 또는 습식아민법을 통해 이루어질 수 있으며, 유리하게 압력전환흡착을 통해 이산화탄소가 포집될 수 있다. 압력전환흡착은 물질분리 매개체인 흡착제의 선택적 흡착능의 차이를 이용하여 기체 혼합물로부터 고순도의 목적 기체를 얻는 기체분리장치로, 상의 변화를 수반하지 않고 기체 혼합물의 분리가 이루어져 에너지 소비가 적고, 감압에 의해 흡착제가 재생되어 흡착제의 반영구적 사용이 가능하다. 압력전환흡착시 원료 가스(정유 부생가스)의 가압, 주입 및 흡착, 압력 균등화, 감압 및 세정을 통해 목적하는 가스의 분리가 이루어질 수 있다. 부생가스 분리부가 압력전환흡착에 의해 부생가스로부터 이산화탄소를 흡착 분리하는 경우, 이산화탄소를 선택적으로 흡착하는 기 알려진 흡착제(이산화탄소 흡착제) 및 조건을 사용하여 압력전환흡착이 수행될 수 있음은 물론이다.
열화학 레독스 사이클부는 정유 부생가스 분리부에서 분리된 이산화탄소 가스 및 블루수소 함유 가스(구체적으로 제1분기 가스)를 공급받아 무기산화물의 산화-환원 반응에 의해, 이산화탄소를 일산화탄소로 전환시킬 수 있다.
구체적으로, 열화학 레독스 사이클부는 무기산화물인 산화-환원 변환제가 각각 위치하되 산화-환원 변환제의 상태가 산화 상태와 환원 상태로 서로 상이한 적어도 두 반응기를 포함할 수 있으며, 산화 상태의 산화-환원 변환제가 위치하는 반응기에 블루수소 함유 가스가 공급되며, 환원 상태의 산화-환원 변환제가 위치하는 반응 공간에 이산화탄소 가스가 공급될 수 있다.
상세하게, 열화학 레독스 사이클부는 각각 산화-환원 변환제를 포함하는 제1반응기와 제2반응기를 포함할 수 있다. 두 반응기 중 산화-환원 변환제가 환원상태인 반응기(일 예로, 제1반응기)에 정유 부생가스 분리부에서 배출되는 이산화탄소 가스가 공급되며 산화-환원 변환제가 산화되고 일산화탄소와 미반응 이산화탄소를 함유하는 전환가스를 생성할 수 있다. 이와 동시에, 두 반응기 중 산화-환원 변환제가 산화상태인 반응기(일 예로, 제2반응기)에 정유 부생가스 분리부에서 배출되고 분기된 블루수소 함유 가스인 제1분기 가스가 공급되며 산화-환원 변환제가 환원되며 열화학 레독스 사이클부 내에서 레독스 페어가 산화 및 환원되는 일 사이클이 수행될 수 있다. 이러한 일 사이클 후 제1반응기에는 제1분기 가스가 공급되며 직전 사이클에서 산화된 산화-환원 변환제가 다시 환원되고, 제2반응기에는 이산화탄소 가스가 공급되며 직전 사이클에서 환원된 산화-환원 변환제가 다시 산화되는 다른 일 사이클이 수행될 수 있다. 이에, 일 반응기를 기준으로, 반응기에 위치하는 산화-환원 변환제의 상태가 변화됨에 따라 블루수소 함유 가스와 이산화탄소 가스가 교번 공급되며, 일산화탄소를 함유하는 전환가스가 생성 및 배출될 수 있다.
일산화탄소 분리부는 열화학 레독스 사이클부에서 배출되는 전환가스를 공급받아 압력전환흡착(PSA)에 의해 일산화탄소를 분리하여 일산화탄소 가스를 분리 배출하며 이와 함께 잔류 일산화탄소와 이산화탄소를 포함하는 잔류 가스인 제1저품위 가스(또는 저순도 일산화탄소 가스)를 배출할 수 있다. 일산화탄소 분리부의 압력전환흡착시 일산화탄소를 선택적으로 흡착하는 기 알려진 흡착제(일산화탄소 흡착제)를 사용하여 일산화탄소를 전환가스로부터 분리할 수 있음은 물론이다.
수소 분리부는 부생가스 분리부에서 배출된 블루수소 함유가스가 분기된 제2분기 가스를 공급받아 압력전환흡착(PSA) 또는 수소 분리막에 의해 수소를 분리하여 배출하며, 이와 함께 잔류 수소를 포함하는 잔류 가스인 제2저품위 가스(또는 저순도 수소 가스)를 배출할 수 있다. 압력전환흡착에 의해 수소를 분리하는 경우, 수소를 선택적으로 흡착하는 기 알려진 흡착제(수소 흡착제) 및 조건을 사용하여 압력전환흡착이 이루어질 수 있음은 물론이다.
제1제조부는 일산화탄소 분리부에서 분리된 고순도 가스인 일산화탄소 가스와 수소 분리부에서 분리된 고순도 가스인 수소 가스를 공급받아 공급되는 원료의 순도에 민감하게 영향을 받는 제1화학물질, 일 예로, 유기산을 제조할 수 있다.
제1제조부는 수소 가스가 공급되며 수소화촉매를 포함하는 소수화 반응기나 및/또는 일산화탄소 가스나 일산화탄소 가스와 수소 가스의 혼합 가스가 공급되며 일산화탄소 기질 미생물을 함유하는 미생물 반응기를 포함할 수 있다.
수소화 반응기에 함유되는 수소화 촉매로 귀금속계 수소화촉매를 들 수 있으며, 구체적으로, 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 루테늄(Ru) 및 백금(Pt)에서 선택되는 적어도 일종의 귀금속을 포함하는 수소화 촉매를 들 수 있다. 이들 수소화 촉매는 담체에 담지되어 소정의 형상으로 형상 가공된 상태로 구비될 수 있다. 수소화 반응기에는 수소화 촉매와 함께 수소화 반응에 의해 유기산으로 전환될 수 있는 전구물질이 구비될 수 있으며, 수소화 반응기에 수소 가스가 공급되며 전구물질이 촉매 도움으로 수소화되며 유기산이 생성될 수 있다. 구체적인 일 예로, 수소화 반응기는 말레산을 전구물질로 함유하여, 수소화반응에 의해 숙신산이 생성될 수 있으나, 전구물질이 말레산에 한정되는 것은 아니다.
미생물 반응기의 미생물은 일산화탄소를 기질로 하여 유기산을 생산하는 미생물일 수 있으며, 이러한 미생물의 대표적인 예로, 클로스트리디움(Clostridium) 속 미생물등을 들 수 있다. 미생물 반응기는 일 면에 미생물을 포함하는 생물막이 형성된 중공사막을 포함할 수 있으며, 중공사막은 영양성분이 함유된 배양액에 침지된 상태일 수 있다. 미생물 반응기에 일산화탄소 가스나 일산화탄소 가스와 수소 가스의 혼합 가스를 공급함으로써 미생물 전환반응에 의해 아세트산, 부티르산등과 같은 유기산이 생성될 수 있다.
제2제조부는 일산화탄소 분리부에서 분리된 저순도 일산화탄소(제1저품위 가스)와 수소 분리부에서 분리된 저순도 수소(제2저품위 가스)를 원료로 하여 고부가가치 석유화학제품을 제조할 수 있다 이때, 상기 고부가가치 석유화학제품은, 경질올레핀, 알파올레핀, 휘발유, 윤활기유 및 메탄올 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 제2제조부는 구체 석유화학제품별로 종래 알려진 반응기와 일산화탄소와 수소 이외의 원료들 및 조건으로 목적하는 석유화학제품을 생산할 수 있다.
또한, 본 발명의 정유 부생가스를 이용한 고부가가치 화학물질 제조장치는, 정유 부생가스 분리부, 열화학 레독스 사이클부, 일산화탄소 분리부, 수소 분리부, 제1제조부 및 제2제조부 등의 동작을 제어하는 제어부를 추가적으로 포함하여 구성될 수도 있다.
유리한 일 예에서, 정유 부생가스 분리부, 일산화탄소 분리부 및 수소 분리부는 각각 압력전환흡착(PSA)에 의해 목적하는 가스를 분리할 수 있으며, 이러한 경우 연속적으로 고순도의 수소/일산화탄소 가스 스트림과 저순도의 수소/일산화탄소 가스(저품위 가스) 스트림이 생성되어 유리하며, 제1제조부에 99.9% 이상, 구체적으로 99.99% 이상의 순도를 갖는 고순도의 수소 가스와 일산화탄소 가스를 공급할 수 있어 유리하다. 이때, 제1저품위 가스와 제2저품위 가스는 목적하는 가스(수소 또는 일산화탄소)의 순도가 제1제조부에 공급되는 가스보다 낮은 가스를 의미하며, 실질적으로 목적하는 가스(수소 또는 일산화탄소)를 10 내지 95부피% 수준으로 함유하는 가스를 의미할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (13)

  1. a) 정유 부생가스에서 이산화탄소를 포집하여, 이산화탄소 가스와 블루수소 함유 가스로 분리하는 단계;
    b) 이산화탄소 가스와 상기 블루수소 함유 가스에서 분기된 제1분기 가스를 이용한 무기산화물 기반 열화학 레독스 사이클에 의해 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하여, 일산화탄소와 이산화탄소를 함유하는 전환 가스를 생성하는 단계;
    c) 상기 전환 가스에서 일산화탄소를 분리하여 일산화탄소 가스와 잔류가스이며 이산화탄소 및 일산화탄소를 함유하는 제1저품위 가스를 생성하는 단계;
    d) b) 단계 및 c) 단계와 독립적으로, 상기 블루수소 함유 가스에서 분기된 제2분기 가스에서 수소를 분리하여 수소 가스와 잔류 가스이며 수소를 함유하는 제2저품위 가스를 생성하는 단계;
    e) c) 단계의 일산화탄소 가스와 d) 단계의 수소 가스를 포함하는 원료로 제1화학물질을 제조하는 단계; 및
    f) e) 단계와 독립적으로, c) 단계의 제1저품위 가스와 d) 단계의 제2저품위 가스를 포함하는 원료로 제2화학물질을 제조하는 단계;
    를 포함하는 부생 가스를 이용한 고부가가치 화학물질의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1화학물질은 유기산이며, e) 단계는 전구물질과 수소화 촉매를 포함하는 반응계에 상기 수소 가스를 공급하여 전구물질의 수산화 반응을 통해 유기산을 제조하는 단계 및 미생물에 상기 일산화탄소 가스를 공급하여 유기산을 제조하는 단계 중 하나 이상의 단계를 포함하는, 부생 가스를 이용한 고부가가치 화학물질의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 유기산은 숙신산, 아세트산 및 부티르산에서 하나 이상 선택되는, 부생 가스를 이용한 고부가가치 화학물질의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 b) 단계는 상기 무기산화물을 산화-환원 변환제로,
    산화-환원 변환제가 각각 위치하되 산화-환원 변환제의 상태가 산화 상태와 환원 상태로 서로 상이한 적어도 두 반응기를 포함하는 열화학 레독스 사이클부에 블루수소 함유 가스와 이산화탄소 가스를 공급하되, 산화 상태의 산화-환원 변환제가 위치하는 반응기에 블루수소 함유 가스가 공급되며, 환원 상태의 산화-환원 변환제가 위치하는 반응 공간에 이산화탄소 가스가 공급되는, 부생 가스를 이용한 고부가가치 화학물질의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    일 반응기를 기준으로, 반응기에 위치하는 산화-환원 변환제의 상태가 변화됨에 따라 블루수소 함유 가스와 이산화탄소 가스가 교번 공급되는, 부생 가스를 이용한 고부가가치 화학물질의 제조방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 무기산화물은 산소 이온 전도성을 가지며 가역적인 산소 결손을 가지는 금속산화물, 비금속산화물 또는 금속-비금속 복합산화물을 포함하는, 부생 가스를 이용한 고부가가치 화학물질의 제조방법.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 반응기에 공급되는 블루수소 함유 가스는 열교환에 의해 가열된, 부생 가스를 이용한 고부가가치 화학물질의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 a) 단계에서, 압력전환흡착(PSA)법 또는 습식아민법을 이용하여 이산화탄소를 포집하는, 부생 가스를 이용한 고부가가치 화학물질의 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 d) 단계의 수소 분리는 압력전환흡착(PSA)법 또는 수소 분리막을 이용하여 수행되는, 부생 가스를 이용한 고부가가치 화학물질의 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제2화학물질은 경질올레핀, 알파올레핀, 휘발유, 윤활기유 및 메탄올 중 어느 하나 이상을 포함하는 석유화학제품인, 부생 가스를 이용한 고부가가치 화학물질의 제조방법.
  11. 정유 부생가스를 공급받아 이산화탄소를 포집하여, 이산화탄소 가스와 블루수소 함유 가스로 분리 배출하는 부생가스 분리부;
    상기 블루수소 함유 가스에서 분기된 제1분기 가스와 상기 이산화탄소 가스를 공급받아 무기산화물 기반 열화학 레독스 사이클에 의해 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하여, 일산화탄소와 이산화탄소를 함유하는 전환 가스를 생성 배출하는 열화학 레독스 사이클부;
    상기 전환 가스로부터 일산화탄소를 분리하여 일산화탄소 가스와, 잔류가스이며 이산화탄소 및 일산화탄소를 함유하는 제1저품위 가스를 분리 배출하는 일산화탄소 분리부;
    상기 블루수소 함유 가스에서 분기된 제2분기 가스로부터 수소를 분리하여 수소 가스와, 잔류가스이며 수소를 함유하는 제2저품위 가스를 분리 배출하는 수소 분리부;
    상기 일산화탄소 분리부에서 배출되는 일산화탄소 가스 및 수소 분리부에서 배출되는 수소 가스를 공급받아 제1화학물질을 제조하는 제1제조부; 및
    상기 일산화탄소 분리부에서 배출되는 제1저품위 가스 및 수소 분리부에서 배출되는 제2저품위 가스를 공급받아 제2화학물질을 제조하는 제2제조부;
    를 포함하는 부생 가스를 이용한 고부가가치 화학물질 제조장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 열화학 레독스 사이클부는 산화-환원 변환제가 각각 위치하되 산화-환원 변환제의 상태가 산화 상태와 환원 상태로 서로 상이한 적어도 두 반응기를 포함하며, 산화 상태의 산화-환원 변환제가 위치하는 반응기에 블루수소 함유 가스가 공급되며, 환원 상태의 산화-환원 변환제가 위치하는 반응 공간에 이산화탄소 가스가 공급되는, 부생 가스를 이용한 고부가가치 화학물질 제조장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    일 반응기를 기준으로, 반응기에 위치하는 산화-환원 변환제의 상태가 변화됨에 따라 블루수소 함유 가스와 이산화탄소 가스가 교번 공급되는, 부생 가스를 이용한 고부가가치 화학물질 제조장치.
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