KR20240084224A - A device for producing high-purity hydrogen from coke oven gas - Google Patents
A device for producing high-purity hydrogen from coke oven gas Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240084224A KR20240084224A KR1020220168803A KR20220168803A KR20240084224A KR 20240084224 A KR20240084224 A KR 20240084224A KR 1020220168803 A KR1020220168803 A KR 1020220168803A KR 20220168803 A KR20220168803 A KR 20220168803A KR 20240084224 A KR20240084224 A KR 20240084224A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- gas
- adsorbent
- purity hydrogen
- production device
- coke oven
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 146
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 47
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 44
- 239000000571 coke Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims abstract description 51
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 32
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims abstract description 9
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 abstract description 14
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 abstract description 14
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 13
- 238000006057 reforming reaction Methods 0.000 abstract description 11
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 9
- 239000007809 chemical reaction catalyst Substances 0.000 abstract description 7
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 abstract description 6
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 abstract description 4
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 8
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 6
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 5
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 2
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000001833 catalytic reforming Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002574 poison Substances 0.000 description 1
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/48—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents followed by reaction of water vapour with carbon monoxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
- C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
- C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/042—Purification by adsorption on solids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0465—Composition of the impurity
- C01B2203/0485—Composition of the impurity the impurity being a sulfur compound
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1258—Pre-treatment of the feed
- C01B2203/1264—Catalytic pre-treatment of the feed
- C01B2203/127—Catalytic desulfurisation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
본 발명의 고순도 수소 생산 장치는 O2가 포함된 코크스 오븐 가스(COG)를 H2 풍부(rich) 가스와 CH4 풍부(rich) 가스로 분리하는 가스분리기; 상기 가스분리기에서 분리된 CH4 풍부 가스를 탈황 흡착탑에서 산화철(Fe2O3) 흡착제로 H2S 및 HCN을 제거하는 흡착기; 및 상기 H2S 및 HCN이 분리된 가스를 개질하는 개질기;를 포함함으로써 산소를 포함하는 코크스 오븐 가스를 이용한 수소 가스 생산 공정의 탈황 단계에서 산화철(Fe2O3) 흡착제를 사용함으로써 개질 반응 촉매의 피독을 방지할 수 있으며, 코크스 오븐 가스에 포함된 산소로 흡착제를 재생함으로써 흡착제의 수명을 늘릴 수 있다.The high-purity hydrogen production device of the present invention includes a gas separator that separates coke oven gas (COG) containing O 2 into H 2 rich gas and CH 4 rich gas; An adsorber that removes H 2 S and HCN from the CH 4 -rich gas separated in the gas separator using an iron oxide (Fe 2 O 3 ) adsorbent in a desulfurization adsorption tower; and a reformer for reforming the gas from which the H 2 S and HCN are separated, thereby forming a reforming reaction catalyst by using an iron oxide (Fe 2 O 3 ) adsorbent in the desulfurization step of the hydrogen gas production process using coke oven gas containing oxygen. Poisoning can be prevented, and the lifespan of the adsorbent can be extended by regenerating the adsorbent with the oxygen contained in the coke oven gas.
Description
본 발명은 코크스 오븐 가스로부터 고순도 수소 생산하는 생산 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a production device for producing high purity hydrogen from coke oven gas.
종래에는 수소 및 일산화탄소가 포함된 환원가스는 천연가스를 고온 고압에서 수증기를 첨가하여 개질하거나, 석탄을 고온 고압에서 산소를 투입하여 부분산화에 의한 가스화로 제조하는 것이 석유화학 공정에서의 일반적인 합성가스 제조 방법이다.Conventionally, reducing gas containing hydrogen and carbon monoxide is produced by reforming natural gas by adding water vapor at high temperature and high pressure, or gasifying coal by partial oxidation by adding oxygen at high temperature and high pressure, which is a common synthetic gas in petrochemical processes. It is a manufacturing method.
이러한 방법에서 천연가스의 경우 높은 원료 비용 및 다량의 이산화탄소 배출, 석탄 가스화의 경우 다량의 이산화탄소 배출 등으로 경제적 환경적 문제 해결이 필요하였다.In this method, it was necessary to solve economic and environmental problems due to high raw material costs and large amounts of carbon dioxide emissions in the case of natural gas and large amounts of carbon dioxide emissions in the case of coal gasification.
그러나, 일관 제철 공정의 경우 코크스 제조를 위해 석탄의 고온 건류 시 다량의 수소를 포함하는 코크스 오븐 가스(Coke oven gas, COG)가 다량 발생함으로 이를 활용한 수소가스의 제조가 가능하나, 기존 코크스 오븐 가스(COG)는 제철 공정 내에서 연료가스로 활용되고 있으므로, 이의 효율적 활용을 통한 수소가스의 제조 방법 고안이 필요한 실정이다.However, in the case of an integrated steelmaking process, a large amount of coke oven gas (COG) containing a large amount of hydrogen is generated during high-temperature drying of coal for coke production. Although it is possible to manufacture hydrogen gas using this, existing coke ovens Since COG is used as a fuel gas in the steelmaking process, it is necessary to devise a method for producing hydrogen gas through efficient use of COG.
석탄을 고온 건류하여 코크스 제조 시 발생하는 부생가스인 코크스 오븐 가스(COG)는 주성분으로 수소, 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소, 산소, 황화수소 등을 포함한다.Coke oven gas (COG), a by-product gas generated during coke production by high-temperature drying of coal, contains hydrogen, methane, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen, oxygen, and hydrogen sulfide as its main components.
이때, 코크스 오븐 가스에 포함된 황화수소(H2S)는 개질 반응 촉매의 수명을 저하시키므로, 개질 반응에 앞서 탈황공정을 통해 황 성분을 제거할 필요가 있다.At this time, hydrogen sulfide (H 2 S) contained in the coke oven gas reduces the lifespan of the reforming reaction catalyst, so it is necessary to remove the sulfur component through a desulfurization process prior to the reforming reaction.
본 발명은 산소를 포함하는 코크스 오븐 가스를 이용한 수소 가스 생산 장치에서, 산화철(Fe2O3) 흡착제를 사용함으로써 개질 반응 촉매의 피독을 방지하고, 코크스 오븐 가스에 포함된 산소로 산화철 흡착제의 수명을 늘린 고순도 수소의 생산장치를 제공하고자 한다.The present invention prevents poisoning of the reforming reaction catalyst by using an iron oxide (Fe 2 O 3 ) adsorbent in a hydrogen gas production device using coke oven gas containing oxygen, and improves the life of the iron oxide adsorbent with oxygen contained in the coke oven gas. The goal is to provide a production device for high purity hydrogen with increased .
본 발명의 일 실시예에 따르면, O2가 포함된 코크스 오븐 가스(COG)를 H2 풍부(rich) 가스와 CH4 풍부(rich) 가스로 분리하는 가스분리기; 상기 가스분리기에서 분리된 CH4 풍부 가스를 탈황 흡착탑에서 산화철(Fe2O3) 흡착제로 흡착하여 황 성분을 제거하는 탈황 단계; 및 상기 탈황된 가스에 대해 촉매를 이용하여 수증기 개질 반응을 통해 합성가스로 전환시키는 개질 단계;를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a gas separator that separates coke oven gas (COG) containing O 2 into H 2 rich gas and CH 4 rich gas; A desulfurization step of removing sulfur components by adsorbing the CH 4 -rich gas separated in the gas separator with an iron oxide (Fe 2 O 3 ) adsorbent in a desulfurization adsorption tower; and a reforming step of converting the desulfurized gas into synthesis gas through a steam reforming reaction using a catalyst.
본 발명의 일 실시예에 따르면, O2가 포함된 코크스 오븐 가스(COG)를 H2 풍부(rich) 가스와 CH4 풍부(rich) 가스로 분리하는 가스분리기; 산화철(Fe2O3) 흡착제로 가스에 포함된 H2S 및 HCN을 제거하는 흡착기; 및 상기 H2S 및 HCN이 분리된 가스를 개질하는 개질기;를 포함한다.According to one embodiment of the present invention, a gas separator that separates coke oven gas (COG) containing O 2 into H 2 rich gas and CH 4 rich gas; An adsorber that removes H 2 S and HCN contained in gas with an iron oxide (Fe 2 O 3 ) adsorbent; And a reformer for reforming the gas from which the H 2 S and HCN are separated.
상기 산화철 흡착제는 ZnO, CuxO, NiOx, CoOx 및 MnOx로 이루어진 군에서 선택되는 일종 이상의 금속 산화물을 더 포함할 수 있다.The iron oxide adsorbent may further include one or more metal oxides selected from the group consisting of ZnO, Cu x O, NiO x , CoO x , and MnO x .
상기 흡착기는 상기 가스분리기에서 분리된 CH4 풍부 가스에 포함된 H2S 및 HCN을 제거할 수 있다.The adsorber can remove H 2 S and HCN contained in the CH 4 -rich gas separated in the gas separator.
상기 흡착기는 상기 가스분리기에 투입되는 코크스 오븐 가스(COG)에 포함된 H2S 및 HCN을 제거할 수 있다.The adsorber can remove H 2 S and HCN contained in coke oven gas (COG) introduced into the gas separator.
상기 가스분리기에서 분리된 CH4 풍부 가스를 압축하는 압축기를 더 포함할 수 있다.It may further include a compressor that compresses the CH 4 rich gas separated in the gas separator.
상기 압축된 가스를 냉각하는 열교환기를 더 포함할 수 있다.It may further include a heat exchanger that cools the compressed gas.
상기 개질기에서 개질된 가스를 수소 및 이산화탄소를 포함하는 가스로 전환시키는 수성가스전환기를 더 포함할 수 있다.It may further include a water gas converter that converts the gas reformed in the reformer into a gas containing hydrogen and carbon dioxide.
상기 흡착기에 공기를 공급하여 흡착제를 재생하는 재생기를 더 포함할 수 있다.It may further include a regenerator that regenerates the adsorbent by supplying air to the adsorbent.
상기 재생기에 공급되는 공기의 온도는 120 내지 400℃일 수 있다.The temperature of the air supplied to the regenerator may be 120 to 400°C.
본 발명의 일 구현예에 의하면, 산소를 포함하는 코크스 오븐 가스를 이용한 수소 가스 생산장치에서 산화철(Fe2O3) 흡착제를 사용함으로써 개질 반응 촉매의 피독을 방지할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, poisoning of the reforming reaction catalyst can be prevented by using an iron oxide (Fe 2 O 3 ) adsorbent in a hydrogen gas production device using coke oven gas containing oxygen.
또한, 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 코크스 오븐 가스에 포함된 산소로 흡착제를 재생함으로써 흡착제의 수명을 늘릴 수 있다.Additionally, according to another embodiment of the present invention, the lifespan of the adsorbent can be increased by regenerating the adsorbent with oxygen contained in coke oven gas.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 고순도 수소 생산장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 고순도 수소 생산장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 고순도 수소 생산장치의 흡착제를 재생하는 재생기를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 구현예에 따른 고순도 수소 생산장치의 흡착제를 재생하는 재생기를 나타내는 개략도이다.
도 5는 Fe2O3 흡착제를 이용한 흡착기 후단에서의 H2S 농도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 ZnO 흡착제를 이용한 흡착기 후단에서의 H2S 및 SO2 농도를 나타내는 그래프이다.1 is a schematic diagram of a high-purity hydrogen production device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram of a high-purity hydrogen production device according to another embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram showing a regenerator for regenerating the adsorbent of a high-purity hydrogen production device according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram showing a regenerator for regenerating the adsorbent of a high-purity hydrogen production device according to another embodiment of the present invention.
Figure 5 is a graph showing the H 2 S concentration at the rear of the adsorbent using Fe 2 O 3 adsorbent.
Figure 6 is a graph showing the H 2 S and SO 2 concentrations at the rear of the adsorber using a ZnO adsorbent.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Additionally, the embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those with average knowledge in the relevant technical field. The shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer explanation.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 구현예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used below is only intended to refer to specific implementations and is not intended to limit the invention. As used herein, singular forms include plural forms unless phrases clearly indicate the contrary. As used in the specification, the meaning of "comprising" is to specify a specific characteristic, area, integer, step, operation, element and/or component, and to specify another specific property, area, integer, step, operation, element, component and/or group. It does not exclude the existence or addition of .
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical and scientific terms used below have the same meaning as those generally understood by those skilled in the art in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in the dictionary are further interpreted as having meanings consistent with the related technical literature and currently disclosed content, and are not interpreted in ideal or very formal meanings unless defined.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 고순도 수소 생산장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a high-purity hydrogen production device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 코크스 오븐 가스로부터 고순도 수소 생산장치는, O2가 포함된 코크스 오븐 가스(COG)를 H2 풍부(rich) 가스와 CH4 풍부(rich) 가스로 분리하는 가스분리기; 산화철(Fe2O3) 흡착제로 가스에 포함된 H2S 및 HCN을 제거하는 흡착기; 및 상기 H2S 및 HCN이 분리된 가스를 개질하는 개질기;를 포함한다.Referring to FIG. 1, the apparatus for producing high-purity hydrogen from coke oven gas according to an embodiment of the present invention combines coke oven gas (COG) containing O 2 into H 2 rich gas and CH 4 rich gas. Gas separator to separate gas; An adsorber that removes H 2 S and HCN contained in gas with an iron oxide (Fe 2 O 3 ) adsorbent; And a reformer for reforming the gas from which the H 2 S and HCN are separated.
상기 흡착기는 상기 가스분리기에서 분리된 CH4 풍부 가스에 포함된 H2S 및 HCN을 제거할 수 있다.The adsorber can remove H 2 S and HCN contained in the CH 4 -rich gas separated in the gas separator.
상기 흡착기는 상기 가스분리기에 투입되는 코크스 오븐 가스(COG)에 포함된 H2S 및 HCN을 제거할 수 있다.The adsorber can remove H 2 S and HCN contained in coke oven gas (COG) introduced into the gas separator.
상기 가스분리기에서 분리된 CH4 풍부 가스를 압축하는 압축기를 더 포함할 수 있다.It may further include a compressor that compresses the CH 4 rich gas separated in the gas separator.
상기 압축된 가스를 냉각하는 열교환기를 더 포함할 수 있다.It may further include a heat exchanger that cools the compressed gas.
상기 개질기에서 개질된 가스를 수소 및 이산화탄소를 포함하는 가스로 전환시키는 수성가스전환기(Water Gas Shift, WGS)를 더 포함할 수 있다.It may further include a water gas shift (WGS) that converts the gas reformed in the reformer into a gas containing hydrogen and carbon dioxide.
상기 흡착기에 공기를 공급하여 흡착제를 재생하는 재생기를 더 포함할 수 있다.It may further include a regenerator that regenerates the adsorbent by supplying air to the adsorbent.
상기 수성가스전환기(WGS)에서 전환된 가스 성분 중 수소 성분을 제외한 다른 성분을 분리하는 공정 및 수소를 정제하는 분리정제기를 더 포함할 수 있다.It may further include a process for separating components other than the hydrogen component among the gas components converted in the water gas converter (WGS) and a separation purifier for purifying the hydrogen.
이하에서, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 고순도 수소 생산장치를 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 1, a high-purity hydrogen production device according to an embodiment of the present invention will be described.
본 발명의 코크스 오븐 가스(COG)는 O2를 포함하며, 가스분리기에 투입되어 분리된다. 이때, 상기 가스분리기에 투입되는 코크스 오븐 가스는 가스 전처리기에서 불순물을 제거하여 투입될 수 있다. 상기 가스 전처리기는 예를 들어 COG를 냉각하고, 스크루버들을 통하여 불순물들을 제거할 수 있다. 보다 상세하게, 코크스오븐 가스에 포함된 나프탈렌, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등과 같은 탄소화합물(CnHm)들은 상기 전처리기에 의해 제거될 수 있으며, 상기 전처리 단계는 흡수유를 이용하여 탄소화합물을 제거하고, 암모니아수 혹은 NaOH를 이용하는 액상 스크러버 또는 이온 스크러버을 활용하여 H2S를 제거하는 단계를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The coke oven gas (COG) of the present invention contains O 2 and is separated by being introduced into a gas separator. At this time, the coke oven gas introduced into the gas separator may be introduced after removing impurities in a gas preprocessor. The gas preprocessor can, for example, cool COG and remove impurities through scrubbers. More specifically, carbon compounds (CnHm) such as naphthalene, benzene, toluene, xylene, etc. contained in coke oven gas can be removed by the preprocessor, and in the pretreatment step, carbon compounds are removed using absorption oil, It may include, but is not limited to, removing H 2 S using a liquid scrubber or ion scrubber using ammonia water or NaOH.
상기 가스분리기에서 코크스 오븐 가스는 H2 풍부 가스와 CH4 풍부 가스로 분리된다. 상기 가스분리기에서 상기 코크스 오븐 가스(COG)를 상기 H2 풍부 가스와 상기 CH4 풍부 가스로 분리하는 방법으로 압력변동 흡착 분리(PSA: pressure swing adsorption)법, 분리막(membrane) 법 등이 적용될 수 있으며, 바람직하게는 PSA법에 의해 분리될 수 있다. 수소 PSA(Pressure Swing Adsorption)는 수소가 포함된 혼합 가스로부터 수소를 고순도로 정제하기 위해 압력이 높은 상태에서 불순물을 흡착시켜 제거하는 공정 기술이며, 흡착된 물질을 탈착시켜 재생할 때에는 압력을 낮추게 된다. PSA 가스 분리 시스템에서는 분리 대상 가스에 따라 상이한 흡착제를 사용하며, 수소의 분리를 위한 H2 PSA에 사용될 수 있는 흡착제는 PSA CMS (Carbon Molecular Sieve), 제올라이트 등을 들 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 수소를 단독으로 흡착할 수 있는 어떠한 흡착제도 이용할 수 있다.In the gas separator, coke oven gas is separated into H 2 rich gas and CH 4 rich gas. As a method of separating the coke oven gas (COG) into the H 2 rich gas and the CH 4 rich gas in the gas separator, pressure swing adsorption (PSA) method, membrane method, etc. may be applied. and can preferably be separated by the PSA method. Hydrogen PSA (Pressure Swing Adsorption) is a process technology that adsorbs and removes impurities under high pressure to purify hydrogen from mixed gas containing hydrogen to high purity. When the adsorbed material is desorbed and regenerated, the pressure is lowered. In the PSA gas separation system, different adsorbents are used depending on the gas to be separated. Adsorbents that can be used in H 2 PSA for hydrogen separation include PSA CMS (Carbon Molecular Sieve), zeolite, etc., but are not limited thereto. Any adsorbent that can independently adsorb hydrogen can be used.
또한, CH4 풍부 가스에 대한 촉매 개질 반응 단계로 투입을 위한 이송에서 앞 단계의 가스분리기의 분리 방법에 따라 가압 정도가 차이가 발생한다. 즉, 압력변동 흡착 분리(PSA)법의 경우 일반적으로 H2 풍부 가스는 고압으로 배출되나, CH4 풍부 가스는 저압으로 배출되므로, WGS 공정 후 고순도 수소를 분리하기 위한 공정을 위해 높은 압축비의 가압 단계가 필요하다.In addition, when transferring CH 4 -rich gas to the catalytic reforming reaction step, the degree of pressurization varies depending on the separation method of the gas separator in the previous step. That is, in the case of the pressure swing adsorption separation (PSA) method, H 2 -rich gas is generally discharged at high pressure, but CH 4 -rich gas is discharged at low pressure, so for the process to separate high-purity hydrogen after the WGS process, pressurization with a high compression ratio is required. Steps are needed.
상기 가스분리기를 통해 가스를 분리하는 공정을 개질기 투입 전단계에 적용함으로써 고온 고압의 개질 공정에 소요되는 에너지 및 장치 투자비(가압기, 흡착기, 반응기, 열교환기 등)를 저감할 수 있다.By applying the process of separating gas through the gas separator before inputting the reformer, the energy and equipment investment costs (pressurizer, adsorber, reactor, heat exchanger, etc.) required for the high temperature and high pressure reforming process can be reduced.
본 발명의 가스분리기에서 분리된 가스에는 H2S 등 황(S) 성분이 포함되어 있다. 황 성분은 개질 반응 촉매의 피독 물질이므로, 개질기에서의 개질 반응 개질 반응 이전에 탈황 반응이 수행되는 것이 바람직하다. 상기 탈황 반응을 위해 본 발명은 흡착제를 포함하는 흡착기를 포함한다.The gas separated in the gas separator of the present invention contains sulfur (S) components such as H 2 S. Since the sulfur component is a poisonous substance for the reforming reaction catalyst, it is preferable that the desulfurization reaction is performed before the reforming reaction in the reformer. For the desulfurization reaction, the present invention includes an adsorbent containing an adsorbent.
종래 기술에서, 흡착기는 ZnO 흡착제를 이용해 탈황반응을 하며, 상기 ZnO 흡착제를 이용한 흡착은 하기 식(1)의 반응으로 H2S를 흡착한다. In the prior art, the adsorber performs a desulfurization reaction using a ZnO adsorbent, and adsorption using the ZnO adsorbent adsorbs H 2 S through the reaction of the following equation (1).
ZnO + H2S → ZnS + H2O (1)ZnO + H 2 S → ZnS + H 2 O (1)
상기와 같은 반응으로 ZnS를 생성되며, 하기 식(2)의 반응과 같이 ZnS와 코크스 오븐 가스(COG)에 포함된 산소 성분이 반응하여 ZnO가 재생되며, 이와 동시에 SO2를 생성한다. ZnS is produced through the above reaction, and ZnO is regenerated by reacting ZnS with the oxygen component contained in coke oven gas (COG) as in the reaction of equation (2) below, and at the same time, SO 2 is produced.
ZnS + 1.5O2 → ZnO + SO2 (2)ZnS + 1.5O 2 → ZnO + SO 2 (2)
상기 식 (2)의 반응으로 발생되는 SO2는 탈황 공정의 다음 공정인 개질 반응에서 사용되는 개질 반응 촉매의 피독 물질로 촉매 수명을 저하시킨다. 따라서 코크스 오븐 가스(COG)에 산소 성분을 포함하고 있는 경우, 이에 맞는 흡착제가 필요하다.SO 2 generated in the reaction of formula (2) above is a poisoning substance for the reforming reaction catalyst used in the reforming reaction, which is the next step of the desulfurization process, and reduces the life of the catalyst. Therefore, if coke oven gas (COG) contains oxygen, an appropriate adsorbent is needed.
이에, 본 발명의 흡착기는 산화철(Fe2O3) 흡착제를 사용하여 H2S를 흡착할 수 있다, 상기 흡착제의 산화철 함유량은 10 내지 90 중량%일 수 있다. Accordingly, the absorber of the present invention can adsorb H 2 S using an iron oxide (Fe 2 O 3 ) adsorbent. The iron oxide content of the adsorbent may be 10 to 90% by weight.
본 발명의 산화철 흡착제는 H2S와 반응하여 하기 식(3)의 탈황 반응에 따라 H2S를 흡착할 수 있다.The iron oxide adsorbent of the present invention can react with H 2 S and adsorb H 2 S according to the desulfurization reaction of the following formula (3).
Fe2O3 + 3H2S → Fe2S3 + 3H2O (3)Fe 2 O 3 + 3H 2 S → Fe 2 S 3 + 3H 2 O (3)
또한, CH4 풍부 가스에는 0.1 내지 1 mol%의 산소가 포함되어 있으며, 산소는 탈황 반응을 마친 산화철 흡착제와 반응하여 하기 식(4)의 재생 반응이 일어날 수 있다.In addition, the CH 4 -rich gas contains 0.1 to 1 mol% of oxygen, and the oxygen may react with the iron oxide adsorbent that has completed the desulfurization reaction to cause a regeneration reaction of the following equation (4).
2Fe2S3 + 3O2 → 2Fe2O3 + 3S2 (4)2Fe 2 S 3 + 3O 2 → 2Fe 2 O 3 + 3S 2 (4)
상기 식(4)에 따르면, 상기 흡착기에서 탈황 반응 이후 생성된 Fe2S3는 산소와 반응하여 산화철 흡착제로 재생될 수 있으며, 재생된 산화철 흡착제는 계속 탈황 반응을 수행할 수 있으므로 경제적으로 유용하다.According to the equation (4), Fe 2 S 3 generated after the desulfurization reaction in the adsorber can react with oxygen and be regenerated as an iron oxide adsorbent, and the regenerated iron oxide adsorbent can continue to perform desulfurization reaction and is therefore economically useful. .
또한, 상기 산화철 흡착제는 ZnO, CuxO, NiOx, CoOx, MnOx등으로 이루어진 군에서 선택되는 일종 이상의 금속 산화물을 더 포함할 수 있다.In addition, the iron oxide adsorbent may further include one or more metal oxides selected from the group consisting of ZnO, Cu x O, NiO x , CoO x , MnO x , etc.
상기 재생 반응의 생성물 중 S2의 녹는점은 115℃이므로, 상기 흡착기의 온도를 0℃ 이상 110℃ 이하로 유지하는 경우, 상기 흡착기에서 생성되는 S2를 고체 상태로 유지시킬 수 있다.The melting point of S 2 among the products of the regeneration reaction is 115°C, so when the temperature of the adsorber is maintained between 0°C and 110°C, S 2 produced in the adsorber can be maintained in a solid state.
한편, 코크스 오븐 가스(COG)에는 개질 반응 촉매의 피독 물질로, H2S 뿐만 아니라 HCN을 포함하고 있다. 상기 산화철 흡착제는 HCN와 반응하여 하기 식(5)의 흡착 반응에 따라 HCN을 흡착하여 제거하는 HCN 제거 반응을 수행할 수 있다.Meanwhile, coke oven gas (COG) contains not only H 2 S but also HCN, which are poisons for the reforming reaction catalyst. The iron oxide adsorbent reacts with HCN and can perform an HCN removal reaction in which HCN is adsorbed and removed according to the adsorption reaction of the following equation (5).
Fe2O3 + 6HCN → 2Fe(CN)3 + 3H2O (5)Fe 2 O 3 + 6HCN → 2Fe(CN) 3 + 3H 2 O (5)
상기 도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 고순도 수소 생산장치의 개략도로, 상기 흡착기가 상기 가스분리기 이후에 배치된 생산장치를 나타낸다. 한편, 도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 고순도 수소 생산장치의 개략도로, 상기 흡착기가 상기 가스분리기 이전에 배치될 생산장치를 나타낸다.Figure 1 is a schematic diagram of a high-purity hydrogen production device according to an embodiment of the present invention, showing a production device in which the adsorber is placed after the gas separator. Meanwhile, Figure 2 is a schematic diagram of a high-purity hydrogen production device according to another embodiment of the present invention, showing a production device in which the adsorber will be placed before the gas separator.
본 발명의 흡착기는 상기 가스분리기 이후에 배치되거나, 상기 가스분리기 이전에 배치될 수 있다. 상기 흡착기가 상기 가스분리기 이후에 배치되는 경우, 상기 가스분리기에서 분리된 CH4 풍부 가스에 포함된 H2S 및 HCN을 제거할 수 있다. 상기 흡착기가 상기 흡착기가 상기 가스분리기 이전에 배치되는 경우, 상기 상기 흡착기는 상기 가스분리기에 투입되는 코크스 오븐 가스(COG)에 포함된 H2S 및 HCN을 제거할 수 있다.The adsorber of the present invention may be placed after the gas separator or before the gas separator. When the adsorber is placed after the gas separator, H 2 S and HCN contained in the CH 4 rich gas separated in the gas separator can be removed. When the adsorber is placed before the gas separator, the adsorber can remove H 2 S and HCN contained in coke oven gas (COG) introduced into the gas separator.
본 발명은 가스분리기에서 분리된 CH4 풍부 가스를 압축하는 압축기(compressor)를 더 포함할 수 있다. 상기 압축기는 가스분리기에서 분리된 CH4 풍부 가스를 5 내지 30 bar로 압축할 수 있다.The present invention may further include a compressor that compresses the CH 4 -rich gas separated in the gas separator. The compressor can compress the CH 4 rich gas separated in the gas separator to 5 to 30 bar.
또한, 상기 가스분리기에서 분리된 CH4 풍부 가스를 냉각하는 열교환기를 더 포함할 수 있다. 상기 흡착기가 상기 가스분리기 이후에 배치되는 경우, 상기 열교환기에서 CH4 풍부 가스를 냉각하여 상기 흡착기로 투입함으로써 탈황 반응 이후 생성되는 S2를 고체 상태로 유지시켜 흡착기 내부에 고체 상태로 저장할 수 있다.In addition, it may further include a heat exchanger for cooling the CH 4 -rich gas separated in the gas separator. When the adsorber is placed after the gas separator, the CH 4 -rich gas is cooled in the heat exchanger and fed into the absorber, thereby maintaining the S 2 generated after the desulfurization reaction in a solid state and storing it in a solid state inside the adsorber. .
상기 열교환기를 통과한 CH4 풍부 가스의 온도는 0℃ 이상 115℃ 이하일 수 있다.The temperature of the CH 4 -rich gas passing through the heat exchanger may be 0°C or higher and 115°C or lower.
본 발명은 H2S 및 HCN가 분리된 가스를 개질하는 개질기를 포함한다. 상기 개질기는 촉매를 이용하여 수증기 개질 반응을 통해 합성가스로 전환시키는 반응이 수행되며, 이때 상기 개질반응에서 CH4 풍부(rich) 가스를 활용할 수 있다. 상기 CH4 풍부(rich) 가스를 사용함으로써, 불순물이 경감된 가스를 활용할 수 있고, 코크스 오븐 가스에 비하여 메탄의 함량이 높아 더 많은 수소를 생산할 수 있다.The present invention includes a reformer for reforming gas from which H 2 S and HCN are separated. The reformer performs a reaction to convert synthesis gas through a steam reforming reaction using a catalyst, and at this time, CH 4 -rich gas can be utilized in the reforming reaction. By using the CH 4 rich gas, gas with reduced impurities can be utilized, and more hydrogen can be produced due to the higher methane content than coke oven gas.
한편, 상기 개질기의 수증기 개질 반응에 사용되는 촉매는, 예를 들어 Ni계 촉매일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Meanwhile, the catalyst used in the steam reforming reaction of the reformer may be, for example, a Ni-based catalyst, but is not limited thereto.
상기 수증기 개질 반응은, 850℃이상의 고온 조건에서 반응시킬 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 800℃이하의 저온 조건에서도 수증기 개질 반응을 수행할 수 있으며, 바람직하게는 650 내지 850℃의 반응온도에서 수증기 개질 반응을 수행할 수 있다.The steam reforming reaction can be carried out at a high temperature of 850°C or higher, but is not limited to this. The steam reforming reaction can also be carried out at a low temperature of 800°C or lower, preferably at a reaction temperature of 650 to 850°C. A steam reforming reaction can be performed.
또한, 상기 수증기 개질 반응은 1 내지 15bar의 압력조건에서 수행될 수 있으며, H2O/CH4의 부피비가 2.8 내지 3.2인 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.Additionally, the steam reforming reaction may be performed under pressure conditions of 1 to 15 bar, and the volume ratio of H 2 O/CH 4 is preferably 2.8 to 3.2, but is not limited thereto.
상기 수증기 개질 반응을 통해 메탄으로부터 CO, CO2 및 H2를 포함하는 합성가스를 형성시킬 수 있다.Through the steam reforming reaction, synthesis gas containing CO, CO 2 and H 2 can be formed from methane.
본 발명은 상기 개질기를 통과한 가스에 대해, 수소 및 이산화탄소를 포함하는 가스로 전환시키는 수성가스전환기(Water Gas Shift, WGS)를 더 포함할 수 있다. 상기 수성가스전환기는 일반적으로 일산화탄소 및 물로부터 수성가스 전환반응을 통해 수소 및 이산화탄소를 포함하는 가스를 생성하나, 상기 이산화탄소 및 수소를 형성할 수 있다면, 반응 조건은 특별히 제한되지 않는다.The present invention may further include a water gas shift (WGS) that converts the gas that has passed through the reformer into a gas containing hydrogen and carbon dioxide. The water gas converter generally produces gas containing hydrogen and carbon dioxide through a water gas conversion reaction from carbon monoxide and water, but reaction conditions are not particularly limited as long as the carbon dioxide and hydrogen can be formed.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 고순도 수소 생산장치의 흡착제를 재생하는 재생기를 나타내는 개략도이며, 도 4는 본 발명의 다른 구현예에 따른 고순도 수소 생산장치의 흡착제를 재생하는 재생기를 나타내는 개략도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing a regenerator for regenerating the adsorbent of a high-purity hydrogen production device according to one embodiment of the present invention, and Figure 4 is a schematic diagram showing a regenerator for regenerating the adsorbent of a high-purity hydrogen production device according to another embodiment of the present invention. am.
상기 흡착기는 산화철 흡착제를 장시간 사용하여 흡착제의 흡착 수명이 다 되었을 경우, 산화철 흡착제의 흡착 능력이 현저히 떨어질 수 있다다. 따라서, 상기 흡착기에 120℃ 이상의 고온의 공기를 공급하여 상기 식(5)의 재생 반응을 진행할 수 있다. 상기 고온의 공기는 흡착기 상부로 투입되어 상기 흡착기의 하부로 배출될 수 있다.If the adsorbent uses the iron oxide adsorbent for a long period of time and the adsorption life of the adsorbent reaches its end, the adsorption capacity of the iron oxide adsorbent may be significantly reduced. Therefore, the regeneration reaction of equation (5) can be performed by supplying high temperature air of 120°C or higher to the absorber. The high temperature air may be introduced into the upper part of the adsorber and discharged from the lower part of the adsorber.
상기 재생기로 투입된 공기에 의해 고상의 S2는 액상으로 녹아 흡착제로부터 분리되며, 상기 흡착기 하부로 흘러 내려갈 수 있다. 상기 흡착기 하부로 배출된 고온의 공기 및 액상의 S2는액상 분리기 등을 통해 액상의 S2만 분리 추출할 수 있고, 분리된 S2는 여러가지 다른 용도로 재사용할 수 있다.The solid S 2 is dissolved into a liquid phase by the air introduced into the regenerator, is separated from the adsorbent, and can flow down to the bottom of the adsorber. The high-temperature air and liquid S 2 discharged from the bottom of the absorber can be separated and extracted through a liquid phase separator, etc., and the separated S 2 can be reused for various other purposes.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples. The following examples are merely examples to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예Example
흡착제 성능 평가Adsorbent performance evaluation
(1) 실시예(Fe(1) Example (Fe 22 OO 33 흡착제) absorbent)
실험조건: 1. GHSV range : 2,000/hrExperiment conditions: 1. GHSV range: 2,000/hr
2. 운전 온도/압력 : 43℃ / 8.6 barg 2. Operating temperature/pressure: 43℃ / 8.6 barg
3. Inlet H2S 농도: 900 ppm 3. Inlet H2S concentration: 900 ppm
상기 조건에 따라 고순도 수소 장치를 가동한 결과를 도 5에 표시하였다. 실험 결과, 흡착기를 통과한 가스에는 SO2가 발생하지 않은 것을 확인할 수 있다.The results of operating the high-purity hydrogen device under the above conditions are shown in Figure 5. As a result of the experiment, it was confirmed that SO 2 was not generated in the gas that passed through the absorber.
(2) 비교예(ZnO 흡착제)(2) Comparative example (ZnO adsorbent)
실험조건: 1. GHSV range : 17,635/hrExperiment conditions: 1. GHSV range: 17,635/hr
2. 운전 온도/압력 : 250℃ / 8.8 barg 2. Operating temperature/pressure: 250℃ / 8.8 barg
3. Inlet H2S 농도: 600 ppm 3. Inlet H2S concentration: 600 ppm
상기 조건에 따라 고순도 수소 장치를 가동한 결과를 도 6에 표시하였다. 실험 결과, 흡착기를 통과한 가스에는 SO2가 발생한 것을 확인할 수 있다.The results of operating the high-purity hydrogen device according to the above conditions are shown in FIG. 6. As a result of the experiment, it was confirmed that SO 2 was generated in the gas that passed through the absorber.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations are possible without departing from the technical spirit of the present invention as set forth in the claims. This will be self-evident to those with ordinary knowledge in the field.
<정부지원 연구과제 특허 사사표기><Patent Acknowledgments for Government-Supported Research Projects>
[과제고유번호] 1415180055[Assignment number] 1415180055
[부처명] 산업통상자원부 [Ministry Name] Ministry of Trade, Industry and Energy
[연구관리 전문기관] 한국에너지기술평가원 [Research management agency] Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning
[연구사업명] 산업기술혁신사업(에너지기술개발사업) [Research Project Name] Industrial Technology Innovation Project (Energy Technology Development Project)
[연구과제명] 부생가스 기반 CO2 저감형 Hybrid 환원제철 증폭 및 개질 기술 개발 [Research project name] Development of by-product gas-based CO2 reduction hybrid reduced iron amplification and reforming technology
[기여율] 1/1 [Contribution rate] 1/1
[주관기관] 현대엔지니어링[Host organization] Hyundai Engineering
[연구기간 2021.04.01~2025.02.28[Research period 2021.04.01~2025.02.28
Claims (9)
산화철(Fe2O3) 흡착제로 가스에 포함된 H2S 및 HCN을 제거하는 흡착기; 및
상기 H2S 및 HCN이 분리된 가스를 개질하는 개질기;를 포함하는 고순도 수소 생산장치.A gas separator that separates coke oven gas (COG) containing O 2 into H 2 rich gas and CH 4 rich gas;
An adsorber that removes H 2 S and HCN contained in gas with an iron oxide (Fe 2 O 3 ) adsorbent; and
A high-purity hydrogen production device comprising a reformer for reforming the gas from which the H 2 S and HCN are separated.
상기 산화철 흡착제는 ZnO, CuxO, NiOx, CoOx 및 MnOx로 이루어진 군에서 선택되는 일종 이상의 금속 산화물을 더 포함하는 고순도 수소 생산장치.According to paragraph 1,
The iron oxide adsorbent is a high-purity hydrogen production device further comprising at least one metal oxide selected from the group consisting of ZnO, Cu x O, NiO x , CoO x , and MnO x .
상기 흡착기는 상기 가스분리기에서 분리된 CH4 풍부 가스에 포함된 H2S 및 HCN을 제거하는 것인 고순도 수소 생산장치.According to paragraph 1,
The adsorber is a high-purity hydrogen production device that removes H 2 S and HCN contained in the CH 4 rich gas separated in the gas separator.
상기 흡착기는 상기 가스분리기에 투입되는 코크스 오븐 가스(COG)에 포함된 H2S 및 HCN을 제거하는 것인 고순도 수소 생산장치.According to paragraph 1,
The adsorber is a high-purity hydrogen production device that removes H 2 S and HCN contained in coke oven gas (COG) input to the gas separator.
상기 가스분리기에서 분리된 CH4 풍부 가스를 압축하는 압축기를 더 포함하는 고순도 수소 생산장치.According to paragraph 1,
A high-purity hydrogen production device further comprising a compressor that compresses the CH 4- rich gas separated in the gas separator.
상기 압축된 가스를 냉각하는 열교환기를 더 포함하는 고순도 수소 생산장치.According to clause 5,
A high-purity hydrogen production device further comprising a heat exchanger for cooling the compressed gas.
상기 개질기에서 개질된 가스를 수소 및 이산화탄소를 포함하는 가스로 전환시키는 수성가스전환기를 더 포함하는 고순도 수소 생산장치.According to paragraph 1,
A high-purity hydrogen production device further comprising a water gas converter that converts the gas reformed in the reformer into a gas containing hydrogen and carbon dioxide.
상기 흡착기에 공기를 공급하여 흡착제를 재생하는 재생기를 더 포함하는 고순도 수소 생산장치.According to paragraph 1,
A high-purity hydrogen production device further comprising a regenerator that supplies air to the adsorbent to regenerate the adsorbent.
상기 재생기에 공급되는 공기의 온도는 120 내지 400℃인 고순도 수소 생산장치.
According to clause 8,
A high-purity hydrogen production device in which the temperature of the air supplied to the regenerator is 120 to 400 ° C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220168803A KR20240084224A (en) | 2022-12-06 | 2022-12-06 | A device for producing high-purity hydrogen from coke oven gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220168803A KR20240084224A (en) | 2022-12-06 | 2022-12-06 | A device for producing high-purity hydrogen from coke oven gas |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240084224A true KR20240084224A (en) | 2024-06-13 |
Family
ID=91480795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220168803A KR20240084224A (en) | 2022-12-06 | 2022-12-06 | A device for producing high-purity hydrogen from coke oven gas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240084224A (en) |
-
2022
- 2022-12-06 KR KR1020220168803A patent/KR20240084224A/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2746899C (en) | A method and apparatus for adjustably treating a sour gas | |
| US8206669B2 (en) | Method and apparatus for treating a sour gas | |
| US4869894A (en) | Hydrogen generation and recovery | |
| US10005666B2 (en) | Claus process for sulfur recovery with intermediate water vapor removal by adsorption | |
| CA2638678C (en) | Gas purification by adsorption of hydrogen sulfide | |
| CA2745359C (en) | A method and apparatus for producing power and hydrogen | |
| CA2745351C (en) | Separation of a sour syngas stream | |
| EP2234698B1 (en) | Contaminant removal from a gas stream | |
| JP7296362B2 (en) | Method and apparatus for the production of hydrogen | |
| US8501135B1 (en) | Process for the removal of sulfur compounds from gas streams | |
| US10239756B1 (en) | Process for sulfur recovery from acid gas stream without catalytic Claus reactors | |
| CA2663619A1 (en) | Process for removal of hydrogen sulphide, iron pentacarbonyl and nickel tetracarbonyl from a synthesis gas stream | |
| CA2662582A1 (en) | Process for removal of metal carbonyls from a synthesis gas stream | |
| KR20240084224A (en) | A device for producing high-purity hydrogen from coke oven gas | |
| RU2779804C2 (en) | Methods and devices for hydrogen production | |
| JP2005177716A (en) | Processing method of off-gas discharged from hydrogen psa purifying device | |
| WO2023042535A1 (en) | Gas separation method |