KR20240096742A - 암모니아 분해 공정 및 개선된 수소 회수를 위한 장치 - Google Patents

암모니아 분해 공정 및 개선된 수소 회수를 위한 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20240096742A
KR20240096742A KR1020247018833A KR20247018833A KR20240096742A KR 20240096742 A KR20240096742 A KR 20240096742A KR 1020247018833 A KR1020247018833 A KR 1020247018833A KR 20247018833 A KR20247018833 A KR 20247018833A KR 20240096742 A KR20240096742 A KR 20240096742A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hydrogen
tail gas
stream
gas stream
pressure
Prior art date
Application number
KR1020247018833A
Other languages
English (en)
Inventor
브래들리 러셀
Original Assignee
유오피 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 유오피 엘엘씨 filed Critical 유오피 엘엘씨
Publication of KR20240096742A publication Critical patent/KR20240096742A/ko

Links

Images

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
    • C01B3/04—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
    • C01B3/047—Decomposition of ammonia
    • 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
    • C01B3/508—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by selective and reversible uptake by an appropriate medium, i.e. the uptake being based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions
    • 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
    • C01B3/52—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with liquids; Regeneration of used liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/16—Hydrogen
    • 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
    • C01B2203/0415—Purification by absorption in liquids
    • 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
    • C01B2203/043—Regenerative adsorption process in two or more beds, one for adsorption, the other for regeneration
    • 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
    • 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
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0822—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel the fuel containing hydrogen
    • 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
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/146—At least two purification steps in series
    • C01B2203/147—Three or more purification steps in series
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Abstract

암모니아로부터 수소를 생산하는 방법이 기술된다. 방법은 2단계 수소 PSA 구성의 사용을 포함한다. 암모니아 분해 반응 구역의 유출물 스트림은 제1 수소 PSA 장치로 보내지고, 여기서 고순도, 고압 수소 스트림과 저압 테일 가스 스트림으로 분리된다. 고압 수소 스트림은 회수될 수 있다. 저압 테일 가스 스트림은 압축되고 제2 수소 PSA 장치로 보내지고, 여기서 제2 고압 스트림과 제2 저압 테일 가스 스트림으로 분리된다. 제2 고압 수소 스트림은 추가적인 분리를 위해 제1 수소 PSA 장치로 재순환될 수 있다.

Description

암모니아 분해 공정 및 개선된 수소 회수를 위한 장치
본 출원은 2021년 12월 6일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/264,974호의 우선권을 주장하며, 이의 전체 내용은 참조로 본 명세서에 포함된다.
암모니아는 기존 운송 인프라와 함께 액체 수소 운반체로 사용될 수 있다. 화석 연료 기반 암모니아 생산 공정으로부터 발생하는 이산화탄소 부산물이 회수되고 격리되면(블루 암모니아), 생성된 수소는 낮은 탄소 이력을 가진다. 사용 시점에서, 블루 암모니아는 고온(예: 850℃)에서 다음의 흡열 평형 반응에 따라 H2 및 N2로 분해된다.
2NH3 = N2 + 3H2
생성된 생성물 혼합물(75 몰% H2 및 25 몰% N2)은 이어서 압력 스윙 흡착(PSA) 장치 내에서 분리되어 고순도 수소를 회수한다.
일부 종래 기술 방법은 단일 PSA 장치의 사용을 수반한다. 현재 일부 소규모 암모니아 분해로는 전기 히터를 사용하고, PSA 테일 가스는 공정을 구동하기 위해 추가 열을 제공한다.
다른 종래 기술 방법은 PSA 장치가 PSA 장치로부터의 테일 가스 스트림 상의 멤브레인 분리기에 의해 뒤따르는 2단계 구성을 사용한다. 멤브레인을 이용하는 2단계 설계의 하나의 단점은 투과물을 PSA 공급물로 다시 재순환하기 위해 멤브레인 투과물에 추가 압축이 필요하다는 것이다. 이는 전반적으로 높은 특정 압축력 요구 사항 및 투과물을 위한 추가 압축기에 대한 필요를 발생한다.
따라서, 사용 시점 분리 효율을 개선하고 수소 회수의 순 비용을 감소시키기 위한 공정에 대한 필요가 있다.
도 1은 단일 PSA 장치를 갖는 본 발명에 따른 공정의 일 구현예의 도면이다.
도 2는 2개의 PSA 장치를 갖는 본 발명에 따른 공정의 제2 구현예의 도면이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 공정에 대한 압축력 대 수소 연소로부터의 열 부하(%)를 비교하는 그래프이다.
도 4는 도 1 및 도 2의 공정에 대한 수소 생산량 대 수소 연소로부터의 열 부하(%)를 비교하는 그래프이다.
본 발명 개시는 부분적인 테일 가스 재순환을 갖는 단일 PSA 장치 또는 암모니아 분해 공정의 분리 섹션에서 특정 압축력(kW hr/MT H2)을 최소화하기 위한 2단계 PSA 구성을 사용함으로써 이러한 요구를 해결한다.
이 공정은 부분적인 테일 가스 재순환을 갖는 단일 PSA 장치 또는 직렬로 연결된 2개의 수소 PSA 장치의 사용을 포함한다. 부분적인 테일 가스 재순환을 갖는 단일 PSA 장치에서, 암모니아 분해 반응 구역으로부터의 분해 유출물 스트림은 직접적으로 또는 물 세척 용기 내에서 물 세척 후 수소 PSA 장치로 보내진다. 수소 PSA 장치로 유입되는 유출물 스트림의 온도는 30 내지 50℃이다. 분해 유출물 스트림은 고순도, 고압 수소 스트림과 저압 테일 가스 스트림으로 분리된다. 고압 수소 스트림은 회수된다. 저압 테일 가스 스트림은 압축되고 직접적으로 수소 PSA 장치로 또는 (존재하는 경우) 물 세척 용기로 먼저 보내진다.
고압 수소 스트림은 통상적으로 99.0 몰% 초과 수소, 또는 99.9 몰% 초과 수소, 또는 99.97 몰% 초과 수소를 포함한다. 저압 테일 가스 스트림은 통상적으로 건조 기준으로 50 몰% 내지 70 몰% 질소를 포함하고, 잔부는 수소(즉, 30 몰% 내지 50 몰% 수소)이다.
고압 수소 스트림의 압력은 통상적으로 2000 kPa 내지 6000 kPa, 또는 2000 kPa 내지 5000 kPa, 또는 2000 kPa 내지 4000 kPa, 또는 2000 kPa 내지 3000 kPa의 범위이다.
저압 테일 가스 스트림의 압력은 통상적으로 100 kPa 내지 300 kPa, 또는 100 kPa 내지 200 kPa의 범위이다.
2단계 PSA 구성에서, 암모니아 분해 반응 구역으로부터의 분해 유출물 스트림은 직접적으로 또는 물 세척 용기 내에서 물 세척 후 제1 수소 PSA 장치로 보내진다. 분해 유출물 스트림은 고순도, 고압 수소 스트림과 저압 테일 가스 스트림으로 분리된다. 고압 수소 스트림은 회수될 수 있다. 저압 테일 가스 스트림은 압축되고 제2 수소 PSA 장치로 보내지고, 여기서 제2 고압 수소 스트림 및 제2 저압 테일 가스 스트림으로 분리된다. 제2 저압 테일 가스 스트림은 암모니아 분해 반응기 또는 플랜트 내의 다른 곳에서 연료 가스를 사용하기 위해 회수될 수 있다. 제2 고압 수소 스트림은 추가적인 분리를 위해 직접적으로 제1 수소 PSA 장치로 또는 먼저 물 세척 용기로 다시 보내질 수 있다. 대안적으로, 이는 회수될 수 있고, 필요한 경우 스트림을 정제하기 위해 선택적으로 추가로 처리될 수 있다. 제1 고압 수소 스트림 및 제1 저압 테일 가스 스트림은 단일 PSA 장치에 대해 상술한 바와 같다. 제2 고압 수소 스트림은 통상적으로 60 몰% 내지 90 몰% 수소 및 10 몰% 내지 40 몰% 질소를 포함한다. 제2 저압 테일 가스 스트림은 통상적으로 건조 기준으로 70 몰% 내지 90 몰% 질소를 포함하고, 잔부는 수소(즉, 10 몰% 내지 30 몰% 수소)이다.
2단계 수소 PSA 설계는 단일 수소 PSA 장치에 비해 낮은 비압축력을 제공한다. 동일한 수소 회수의 경우, 압축력은 2단계 설계의 경우 더 낮다. 다른 방식을 살펴보면, 동일한 압축력에 대해, 수소 회수는 2단계 설계의 경우 더 크다. 이는 H2 생산물 회수가 더 큰 더 낮은 연료 가스 부하(더 높은 전기 가열 부하)에서 특히 그렇다.
제2 수소 PSA 장치로부터의 고압 수소 스트림은 회수될 수 있고, 필요한 경우 스트림을 정제하기 위해 선택적으로 추가로 처리될 수 있다. 대안적으로, 이는 제1 수소 PSA 장치로 재순환될 수 있다.
제1 저압 테일 가스 스트림으로부터의 연료 블리드 스트림은 암모니아 분해 반응 구역에 대해 원하는 가열 부하를 충족하도록 조정될 수 있다. 또한, 제2 수소 PSA 장치로부터의 수소 회수는 암모니아 분해 반응 구역에 대해 원하는 양의 연료 가스를 제공하기 위해 조정될 수 있다.
단일 단계 PSA 배열은 수소 연소로부터 가열 부하의 많은 부분을 제공하고 전기 또는 보조 연료 가열 부하를 최소화하려는 경우 바람직하다. 이 경우, 단일 단계 PSA 배열은 낮은 자본 비용 및 거의 동일한 운영 비용을 제공한다. 수소 회수를 극대화하고 전기 또는 보조 연료로부터 더 많은 가열 부하를 제공하는 것이 목표인 경우 2단계 PSA 배열이 바람직하다.
수소 PSA 장치는 종래의 PSA 장치이다. 예를 들어, 이는 3개의 압력 균등화 단계(6-1-3 사이클)를 갖는 6개의 베드 PSA 장치일 수 있다. 최소 베드 수는 4개이고, 최대 베드 수는 10개 이상일 수 있다.
수소 PSA 장치는 물, 암모니아, 및 질소를 제거하기 위해 흡착층을 포함한다. 공정에 물 세척 용기가 포함될 때 물이 존재할 것이다. 임의의 적합한 흡착제가 사용될 수 있다. 질소 흡착에 적합한 흡착제는 CaA, NaX, CaX, 또는 LiX를 포함하지만 이로 제한되지 않는 분자체 제올라이트일 수 있다. 물 및 암모니아에 적합한 흡착제는 실리카겔, 활성 알루미나, 또는 활성탄을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.
암모니아 분해 유출물로부터의 수소 회수는 통상적으로 80% 내지 98%의 범위이다.
제1 및 제2 수소 PSA로부터의 저압 테일 가스는 통상적으로 암모니아 분해 공정에 대한 열 부하의 10% 내지 90%를 공급하고, 나머지는 전기 가열 또는 보조 연료에 의해 공급된다.
도 1은 부분적인 테일 가스 재순환을 갖는 단일 수소 PSA 장치를 갖는 암모니아 분해 공정(100)을 도시한다. 암모니아를 포함하는 암모니아 공급물 스트림(105)은 암모니아 분해 반응 구역(110)으로 보내진다. 암모니아 분해 반응 구역(110)은 임의의 적합한 암모니아 분해 구역일 수 있다. 이는 암모니아 분해 반응기 및 하나 이상의 버너, 전기 히터, 열교환기 등을 갖는 로와 같은 관련 장비를 포함할 수 있다. 적합한 암모니아 분해 구역은 당업자에게 잘 알려져 있다.
열은 열원(115)을 사용하여 암모니아 분해 반응 구역(110)으로 입력된다. 암모니아 분해 반응 구역(110)으로부터의 유출물 스트림(120)은 H2 및 N2의 혼합물을 포함하고, 이는 통상적으로 700 내지 1000℃ 범위의 온도에 있다.
암모니아 분해 반응 구역(110)으로부터의 유출물 스트림(120)은 열 교환기(125) 내의 암모니아 공급물 스트림(105)과 열교환된다. 이는 선택적인 제2 냉각기(130)에서 추가로 냉각될 수 있다.
냉각된 유출물 스트림(135)은 선택적인 물 세척 용기(140) 내로 도입될 수 있다. 깨끗한 물 스트림(145)은 물 세척 용기(140) 내로 도입되어 잔류 미반응 암모니아를 제거하고, 암모니아를 포함하는 사용된 물 스트림(150)을 물 세척 용기(140)로부터 제거된다.
세척된 유출물 스트림(155)은 수소 PSA 장치(160)로 보내지고, 여기서 고순도, 고압 수소 스트림(165)과 저압 테일 가스 스트림(170)으로 분리된다. 저압 테일 가스 스트림(170)은 압축기(175)로 보내진다. 고압 수소 스트림(165)의 압력은 2000 내지 6000 kPa의 범위인 반면, 저압 테일 가스 스트림의 압력은 100 내지 300 kPa이다. 제1 수소 PSA 장치로 유입되는 세척된 유출물 스트림(155)의 온도는 30 내지 50℃이다.
저압 테일 가스 스트림(170)으로부터의 슬립 스트림(180)은 질소의 축적을 방지하기 위해 제거될 수 있다.
압축 테일 가스 스트림(185)은 물 세척 용기(140)로 재순환될 수 있다.
그러나, 이 방식은 도 2에 도시된 2단계 프로세스(200)에 비해 더 높은 비압축력을 유발한다. 암모니아 공급물 스트림(205)은 암모니아 분해 반응 구역(210)으로 보내진다. 암모니아 분해 반응 구역(210)은, 위에서 논의된 바와 같이, 임의의 적합한 암모니아 분해 구역일 수 있다.
열은 열원(215)을 사용하는 암모니아 분해 반응 구역(210)으로 입력된다. 암모니아 분해 반응 구역(210)으로부터의 유출물 스트림(220)은 열 교환기(225) 내의 암모니아 공급물 스트림(205)과 열교환된다. 이는 선택적인 제2 냉각기(230)에서 추가로 냉각될 수 있다.
냉각된 유출물 스트림(235)은 선택적인 물 세척 용기(240) 내로 도입될 수 있다. 깨끗한 물 스트림(245)은 물 세척 용기(240) 내로 도입되고, 사용된 물 스트림(250)은 물 세척 용기(240)로부터 제거된다.
세척된 유출물 스트림(255)은 제1 수소 PSA 장치(260)로 보내지고, 여기서 고순도, 고압 수소 스트림(265)과 저압 테일 가스 스트림(270)으로 분리된다. 제1 수소 PSA 장치(260)에 대한 온도 및 압력은 전술된 것과 동일하다.
저압 테일 가스 스트림(270)은 압축기(275)로 보내진다. 저압 테일 가스 스트림(270)으로부터의 슬립 스트림(280)은 제거될 수 있다
압축 테일 가스 스트림(285)은 제2 수소 PSA 장치(290)로 보내지고, 여기서 제2 고압 수소 스트림(295)과 테일 가스 스트림(300)으로 분리된다. 테일 가스 스트림(300)은, 예를 들어, 연료로 사용될 수 있다. 이는 열원(215)을 위한 연료의 적어도 일부를 제공할 수 있다.
제2 고압 수소 스트림(295)은 제1 수소 PSA 장치(260)로 다시 보내질 수 있다.
실시예
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 부분적인 테일 가스 재순환을 갖는 단일 PSA 설계와 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 2단계 PSA 구성의 일 구현예 사이의 비교가 이루어졌다. 컴퓨터 시뮬레이션은 185 MT/일의 고정된 암모니아 공급물 속도에 대해 이 두 가지 분리 방식을 이용하여 암모니아 분해 공정으로 구성되었다. 단일 PSA 설계에서, 연료 가스는 테일 가스 압축기의 상류에서 슬립 스트림으로 취해졌다.
이 연료 가스는 분해 공정에 대한 전체 열 부하의 일부를 제공하고, 잔부는 분해로 내의 전기 히터로부터 나온다.
2단계 방식은 압축 테일 가스 상에 제2 PSA 장치를 추가하고, 오버헤드 가스는 제1 PSA 공급물로 다시 재순환된다. 연료 가스는 제1 PSA 테일 가스 스트림으로부터 슬립 스트림으로 취해지고 제2 PSA 장치로부터의 테일 가스와 결합된다.
시뮬레이션 결과가 도 3 및 도 4에 표시된다. 임의의 주어진 연료 가스 가열 부하에 대해, 2단계 설계는 단일 PSA에 비해 더 낮은 비압축력을 제공한다. 이는 H2 생산물 회수가 더 큰 더 낮은 연료 가스 부하(더 높은 전기 가열 부하)에서 특히 그렇다.
특정 구현예
다음은 특정 구현예와 관련하여 기술되지만, 이 설명은 예시하기 위한 것이고 이전 설명 및 첨부된 청구범위의 범위를 제한하려 하는 것이 아님이 이해되어야 할 것이다.
본 발명의 제1 구현예는 암모니아로부터 수소를 생산하는 방법이며, 방법은, 암모니아 분해 반응 구역 내에서 암모니아를 포함하는 암모니아 공급물 스트림을 분해하여 수소 및 질소를 포함하는 분해 유출물 스트림을 생성하는 단계; 제1 수소 압력 스윙 흡착(PSA) 장치 내에서 분해 유출물 스트림을 수소 및 질소의 일부를 포함하는 제1 고압 수소 스트림과 제1 수소 고갈 테일 가스 스트림으로 분리하는 단계; 압축 테일 가스 스트림을 형성하기 위해 압축기 내에서 제1 수소 고갈 저압 테일 가스 스트림을 압축하는 단계; 압축 테일 가스 스트림의 적어도 일부를 제1 수소 PSA 장치로 재순환하는 단계; 및 제1 고압 수소 스트림을 회수하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 구현예는 압축 테일 가스 스트림의 적어도 일부를 제1 수소 PSA 장치로 재순환하기 전에 제2 수소 PSA 장치 내의 압축 테일 가스 스트림을 제2 고압 수소 스트림과 수소 및 질소의 일부를 포함하는 제2 수소 고갈 테일 가스 스트림으로 분리하는 단계를 추가로 포함하는 본 문단 내의 제1 구현예까지 본 문단 내의 하나의 선행 구현예, 임의의 선행 구현예, 또는 모든 선행 구현예이다. 본 발명의 구현예는 제1 수소 고갈 테일 가스 스트림을 제1 부분과 제2 부분으로 나누는 단계; 질소를 제거하기 위해 제1 수소 고갈 저압 테일 가스 스트림의 제1 부분을 제거하는 단계를 추가로 포함하며; 압축기 내의 제1 수소 고갈 저압 테일 가스 스트림을 압축하는 단계는 제1 수소 고갈 저압 테일 가스 스트림의 제2 부분을 압축하는 것을 포함하는 본 문단 내의 제1 구현예까지 본 문단 내의 하나의 선행 구현예, 임의의 선행 구현예, 또는 모든 선행 구현예이다. 본 발명의 일 구현예는 압축 테일 가스 스트림의 적어도 일부를 제1 수소 PSA 장치로 재순환하는 단계는 제2 고압 수소 스트림을 제1 수소 PSA 장치로 재순환하는 것을 포함하는 본 문단 내의 제1 구현예까지 본 문단 내의 하나의 선행 구현예, 임의의 선행 구현예, 또는 모든 선행 구현예이다. 본 발명의 일 구현예는 제2 고압 수소 스트림을 회수하는 단계를 추가로 포함하는 본 문단 내의 제1 구현예까지 본 문단 내의 하나의 선행 구현예, 임의의 선행 구현예, 또는 모든 선행 구현예이다. 본 발명의 일 구현예는 분해 유출물 스트림을 분리하기 전에 분해 유출물 스트림을 물 세척 용기 내에서 물 세척하는 단계를 추가로 포함하는 본 문단 내의 제1 구현예까지 본 문단 내의 하나의 선행 구현예, 임의의 선행 구현예, 또는 모든 선행 구현예이다. 본 발명의 일 구현예는 압축 테일 가스 스트림의 일부분를 물 세척 용기로 재순환하는 단계를 추가로 포함하는 본 문단 내의 제1 구현예까지 본 문단 내의 하나의 선행 구현예, 임의의 선행 구현예, 또는 모든 선행 구현예이다. 본 발명의 일 구현예는 암모니아 분해 반응 구역을 위한 열원으로 제1 수소 고갈 테일 가스 스트림의 적어도 일부를 연소시키는 단계를 추가로 포함하는 본 문단 내의 제1 구현예까지 본 문단 내의 하나의 선행 구현예, 임의의 선행 구현예, 또는 모든 선행 구현예이다. 본 발명의 일 구현예는 암모니아 분해 반응 구역을 위한 열원으로 제2 수소 고갈 테일 가스 스트림의 적어도 일부를 연소시키는 단계를 추가로 포함하는 본 문단 내의 제1 구현예까지 본 문단 내의 하나의 선행 구현예, 임의의 선행 구현예, 또는 모든 선행 구현예이다. 본 발명의 일 구현예는 제1 수소 고갈 테일 가스 스트림은 암모니아를 추가로 포함하는 본 문단 내의 제1 구현예까지 본 문단 내의 하나의 선행 구현예, 임의의 선행 구현예, 또는 모든 선행 구현예이다. 본 발명의 일 구현예는 제2 수소 고갈 저압 테일 가스 스트림은 암모니아를 추가로 포함하는 본 문단 내의 제1 구현예까지 본 문단 내의 하나의 선행 구현예, 임의의 선행 구현예, 또는 모든 선행 구현예이다. 본 발명의 일 구현예는 분해 유출물 스트림을 갖는 암모니아 공급물 스트림을 예열하는 단계를 추가로 포함하는 본 문단 내의 제1 구현예까지 본 문단 내의 하나의 선행 구현예, 임의의 선행 구현예, 또는 모든 선행 구현예이다. 본 발명의 일 구현예는 제1 고압 수소 스트림은 2000 kPa 내지 6000 kPa 범위의 압력을 갖고; 제1 수소 고갈 테일 가스 스트림은 100 kPa 내지 300 kPa 범위의 압력을 갖는 본 문단 내의 제1 구현예까지 본 문단 내의 하나의 선행 구현예, 임의의 선행 구현예, 또는 모든 선행 구현예이다. 본 발명의 일 구현예는 제2 고압 수소 스트림은 2000 kPa 내지 6000 kPa 범위의 압력을 가지며; 제2 수소 고갈 저압 테일 가스 스트림은 100 kPa 내지 300 kPa 범위의 압력을 갖는 본 문단 내의 제1 구현예까지 본 문단 내의 하나의 선행 구현예, 임의의 선행 구현예, 또는 모든 선행 구현예이다. 본 발명의 일 구현예는 제1 PSA 장치로 유입되는 분해 유출물 스트림의 온도는 30℃ 내지 50℃의 범위인 본 문단 내의 제1 구현예까지 본 문단 내의 하나의 선행 구현예, 임의의 선행 구현예, 또는 모든 선행 구현예이다. 본 발명의 일 구현예는 암모니아 분해 반응 구역에 대한 열원으로 제1 수소 고갈 테일 가스 스트림 및 제2 수소 고갈 테일 가스 스트림을 연소시키는 단계는 암모니아 분해 반응 구역에 대한 열 부하의 10% 내지 90%를 제공하는 본 문단 내의 제1 구현예까지 본 문단 내의 하나의 선행 구현예, 임의의 선행 구현예, 또는 모든 선행 구현예이다. 본 발명의 일 구현예는 분해 유출물 스트림으로부터의 수소 회수는 80% 내지 98%의 범위인 본 문단 내의 제1 구현예까지 본 문단 내의 하나의 선행 구현예, 임의의 선행 구현예, 또는 모든 선행 구현예이다.
본 발명의 제2 구현예는 유입구 및 배출구를 갖는 암모니아 분해 반응 구역, 유입구, 고압 수소 배출구, 및 저압 테일 가스 배출구를 갖는 제1 PSA 장치(암모니아 분해 반응기의 배출구는 제1 PSA 장치의 유입구와 유체 연통함); 유입구 및 배출구를 갖는 압축기(압축기 유입구는 제1 PSA 장치의 저압 테일 가스 배출구와 유체 연통하고, 압축기 배출구는 제1 PSA 장치의 유입구와 유체 연통함)를 포함하는 암모니아로부터 수소를 생산하기 위한 장치이다. 본 발명의 일 구현예는 유입구를 갖는 제2 PSA 장치, 고압 수소 배출구, 및 저압 테일 가스 배출구(제2 PSA 장치의 유입구는 압축기 배출구와 유체 연통함)를 추가로 포함하는 본 문단 내의 제2 구현예까지 본 문단 내의 하나의 선행 구현예, 임의의 선행 구현예, 또는 모든 선행 구현예이다. 본 발명의 일 구현예는 제2 PSA 장치의 고압 수소 배출구는 제1 PSA 장치의 유입구와 유체 연통하는 본 문단 내의 제2 구현예까지 본 문단 내의 하나의 선행 구현예, 임의의 선행 구현예, 또는 모든 선행 구현예이다.
추가의 상술 없이도, 전술한 설명을 사용하여 당업자는 본 발명을 최대한으로 이용하고 본 발명의 본질적인 특징을 용이하게 확인하여, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이, 본 발명의 다양한 변경 및 수정을 행하고 이를 다양한 사용 및 조건에 적응시킬 수 있는 것으로 여겨진다. 따라서, 이전의 바람직한 특정 구현예는 단지 예시적인 것으로 해석되어야 하며 어떠한 방식으로든 개시 내용의 나머지 부분을 제한하지 않으며 첨부된 청구범위의 범위 내에 포함된 다양한 수정 및 등가 배열을 포괄하도록 의도된다.
전술한 내용에서, 모든 온도는 섭씨로 표시되었으며, 달리 명시하지 않는 한 모든 부분과 백분율은 중량 기준이다.

Claims (10)

  1. 암모니아로부터 수소를 생산하는 방법으로서,
    암모니아 분해 반응 구역(110) 내에서 암모니아를 포함하는 암모니아 공급물 스트림(105)을 분해하여 수소 및 질소를 포함하는 분해 유출물 스트림(120)을 생성하는 단계;
    제1 수소 압력 스윙 흡착(PSA) 장치(160) 내에서 상기 분해 유출물 스트림(120)을 수소 및 질소의 일부를 포함하는 제1 고압 수소 스트림(165)과 제1 수소 고갈 테일 가스 스트림(170)으로 분리하는 단계;
    압축 테일 가스 스트림(185)을 형성하기 위해 압축기(175) 내에서 상기 제1 수소 고갈 저압 테일 가스 스트림(170)을 압축하는 단계;
    상기 압축 테일 가스 스트림(185)의 적어도 일부를 상기 제1 수소 PSA 장치(165)로 재순환하는 단계; 및
    상기 제1 고압 수소 스트림(165)을 회수하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압축 테일 가스 스트림(285)의 적어도 일부를 상기 제1 수소 PSA 장치(260)로 재순환하기 전에 제2 수소 PSA 장치(290) 내의 상기 압축 테일 가스 스트림(285)을 수소 및 질소의 일부를 포함하는 제2 고압 수소 스트림(295)과 제2 수소 고갈 테일 가스 스트림(300)으로 분리하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수소 고갈 테일 가스 스트림(170)을 제1 부분(180)과 제2 부분으로 나누는 단계;
    질소를 제거하기 위해 상기 제1 수소 고갈 저압 테일 가스 스트림(170)의 제1 부분(170)을 제거하는 단계
    를 추가로 포함하며,
    상기 압축기(175) 내에서 상기 제1 수소 고갈 저압 테일 가스 스트림(170)을 압축하는 단계는 상기 제1 수소 고갈 저압 테일 가스 스트림(170)의 제2 부분을 압축하는 것을 포함하는, 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 압축 테일 가스 스트림(285)의 적어도 일부를 상기 제1 수소 PSA 장치(260)로 재순환하는 단계는 상기 제2 고압 수소 스트림(295)을 상기 제1 수소 PSA 장치(260)로 재순환하는 것을 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 암모니아 분해 반응 구역에 대한 열원으로 상기 제1 수소 고갈 테일 가스 스트림(170)의 적어도 일부(180)를 연소시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 암모니아 분해 반응 구역에 대한 열원으로 상기 제2 수소 고갈 테일 가스 스트림(270)의 적어도 일부(280)를 연소시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 암모니아 공급물 스트림(105)을 상기 분해 유출물 스트림(120)으로 예열하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고압 수소 스트림(165)은 2000 kPa 내지 6000 kPa 범위의 압력을 갖고; 상기 제1 수소 고갈 테일 가스 스트림(170)은 100 kPa 내지 300 kPa 범위의 압력을 가지며; 또는
    상기 제2 고압 수소 스트림(265)은 2000 kPa 내지 6000 kPa 범위의 압력을 갖고; 상기 제2 수소 고갈 저압 테일 가스 스트림(270)은 100 kPa 내지 300 kPa 범위의 압력을 가지며;
    또는 둘 모두
    인, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 PSA 장치(160)로 유입되는 상기 분해 유출물 스트림(220)의 온도는 30℃ 내지 50℃의 범위인, 방법.
  10. 암모니아로부터 수소를 생산하기 위한 장치로서,
    유입구 및 배출구를 갖는 암모니아 분해 반응 구역(210);
    유입구, 고압 수소 배출구, 및 저압 테일 가스 배출구를 구비하는 제1 PSA 장치(260)(상기 암모니아 분해 반응기(210)의 유입구는 상기 제1 PSA 장치(260)의 유입구와 유체 연통함); 및
    유입구 및 배출구를 갖는 압축기(275)(상기 압축기 유입구는 상기 제1 PSA 장치(260)의 저압 테일 가스 배출구와 유체 연통하고, 상기 압축기 배출구는 상기 제1 PSA 장치(260)의 유입구와 유체 연통함);
    유입구, 고압 수소 배출구, 및 저압 테일 가스 배출구를 갖는 제2 PSA 장치(290)(상기 제2 PSA 장치(290)의 유입구는 상기 압축기 배출구와 유체 연통함); 및
    상기 제1 PSA 장치(260)의 유입구와 유체 연통하는 상기 제2 PSA 장치(290)의 고압 수소 배출구
    를 포함하는, 장치.
KR1020247018833A 2021-12-06 2022-12-01 암모니아 분해 공정 및 개선된 수소 회수를 위한 장치 KR20240096742A (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US63/264,974 2021-12-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240096742A true KR20240096742A (ko) 2024-06-26

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0307843B1 (en) Production of hydrogen and carbon monoxide
US8778061B2 (en) Hydrogen gas recovery system and hydrogen gas separation and recovery method
CN106698343B (zh) 一种焦炉气深度脱氧脱水制氢工艺
CN113277471B (zh) 一种多晶硅生产中还原尾气的回收方法及装置
CN112678773B (zh) 一种荒煤气制氢联产lng工艺
CN110237650B (zh) 一种乙烯直接氧化制环氧乙烷中反应循环气的FTrPSA分离方法
JPS6140807A (ja) アルゴンガスの精製方法および装置
CN101396632B (zh) 一种多级吸附和多级再生提纯多晶硅尾气的方法
US8372375B2 (en) Method of producing high-purity hydrogen
KR20240096742A (ko) 암모니아 분해 공정 및 개선된 수소 회수를 위한 장치
CN108424345B (zh) 一种乙苯生产装置及工艺
US20230174375A1 (en) Ammonia cracking process and apparatus for improved hydrogen recovery
RU2719425C1 (ru) Способ производства аммиака
CN216155477U (zh) 甲醇橇装制氢机
JP2024503812A (ja) 熱反応器内で窒素酸化物および硝酸を合成する方法
JPH0261410B2 (ko)
KR20240021945A (ko) 암모니아 분해 프로세스
KR20240021941A (ko) NOx 제거를 이용한 그린 수소를 위한 암모니아 분해
JP2000233918A (ja) Ｃｏの製造方法
CN113735080A (zh) 一种含氦天然气常温梯级提取超纯氦气的方法及生产装置
CN114674115B (zh) 一种液化天然气bog闪蒸气提取高纯氦的系统与方法
CN218270256U (zh) 一种多晶硅制备节能回收系统
CN111747815A (zh) 一种甲烷氧化偶联反应产品气的分离方法
CN217972614U (zh) 一种多晶硅生产尾气回收过程中能量梯级利用系统
CN218653728U (zh) 一种具有闪蒸气回收装置的液氮洗系统