KR820001101B1 - 시안화 수소가 제거된 합성가스 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

시안화 수소가 제거된 합성가스 제조방법

도면은 본 발명의 공정 개략도.

본 발명은 시안화수소가 거의 없는 청정합성가스를 생성하는 연속부분산화 공정에 관한 것이다.

다른 산-가스가 존재하는 경우는 별도로 제거할 수 있다. 합성가스내의 중량백분율로 0.5 내지 100ppm 정도의 미량의 시안화수소는 옥소화합물이나 옥실화합물의 합성공정에서와 같은 수반되는 공정에 사용되는 촉매를 탈활(deactivation)시키기에 충분하며, 철제 배관과 용기들을 부식시키며, 나아가서는 하향류 산-가스제거 시스템에 사용되는 유기액체 흡수제의 수명을 단축시킬 수도 있다. 시안화수소는 수성가스의 촉매전환반응에서 합성가스로 부터 제거될 수도 있으나 이 단계에서 가스류의 H2/CO 몰비를 변화시키며, 불필요한 질소산화물이나 암모니아를 생성한다.

본 공정에 의하면 거의 모든 시안화수소를 H₂/CO의 몰비를 변화시키지 않고 제거할 수 있는 잇점이 있으며, 시안화수소는 환경을 오염시키지 않고 제거되며, 최종생산가스의 시안화수소양은 0.3ppm 이하가 된다. H₂+CO의 가스혼합물로 되어 있는 조(組) 합성가스가 비촉매 자유류 가스발생로내의 탄호수소연료의 부분산화에 의하여 생성되는데 여기에는 0.5-100ppm의 HCN이 함유되어 있다. 조가스류는 부분적으로 냉각되고 가스냉악대에서 이슬점 이하에서 세정대를 떠나는 가스류를 냉각시킴으로써 얻어지는 응축액에 의하여 세정된다. 실시예를 하나 들자면 탄화수소 연료는 황불순물과 H₂S, COS, CO₂등에서 기인하는 산-가스들을 함유하고 있는 바 이는 신-가스 정화대 하류에서 제거된다. 그러한 경우에는 산-가스 세정조작에서 생기는 고농도 액체 유기흡수제는 가열되고 전술한 가스 냉각대에서 청정가스류와의 간접 열교환에 의하여 재생될 수 있다.

청정 합성가스 100만 SCF당 200 내지 500갤론 예를 들자면 250-350gals의 찬 수용액 흡수제 즉 물과 접촉하게 되는 것이며 흡수탑에서의 액상의 온도는 35° 내지 120℉의 범위인데 100℉ 이하가 바람직하다.

예를 들자면 50 내지 95℉ 정도이며, 반응압력은 5-3000psia인 바 적어도 100psia 정도가 바람직하다.

예를 들어 100 내지 1000psia이면 된다.

거의 HCN이 제거된 청정합성가스류는 흡수탑의 상부에서 제거되며 함유되어 있을지도 모르는 어떤 산가스들을 제거하기 위하여 다음 단계의 산-가스 세정조작이 더 해질 수도 있다. HCN 탈거탑에서 나오는 오버헤드 가스류는 가스발생로로 제순환되거나 혹은 황-회수공정으로 보내질 수도 있고 불에 태워버릴 수도 있다. 어떤 방법을 택하더라도 고농도 HCN 흡수제의 일정부분은 액상으로나 기체상으로나 가스발생로 안으로 도입되게 된다. 본 공정에 의하면 환경오염 문제가 발생하지 않는다. 다음의 도면에 의하여 본 발명은 좀더 잘 이해될 수 있을 것이다. 이 도면은 거의 HCN 가스를 함유하지 않은 청정 합성가스를 생산하기 위한 공정의 바람직한 실시예이다.

본 발명은 거의 HCN이 없는 청정 합성가스를 생산하기 위한 개량된 연속부분 산화공정이다. 여기서 거의 없다함은 0.3ppm 미만(건조 중량기준)임을 의미한다.

본 공정에 의하면 합성가스와 반응하는 촉매의 수명이 경제적으로 큰 이익을 주는 정도로까지 길어진다.

일례로, 촉매적옥소-합성공정에서 합성가스의 미량 HCN 을 제거함으로써 촉매 수평의 연장에 의하여 연간 7백만 달러의 경비절감이 있었다고 평가되었다. H₂S나 COS가 있는 경우 다음 단계에 의하여 제거하면 황에 예민한 촉매의 수명을 크게 연장시킬 수 있다. HCN이 없는 합성가스내에 H₂S, COS, CO₂등의 산-가스들이 존재하는 경우 임의로 선택된 공정들에 의하여 제거될 수 있으며, 나아가서는 본 공정은 대기를 오염시키지 않고 다른 산-가스 불순물들과 함께 HCN의 안전한 처리를 할수 있다.

본 공정에서 탄화수소 공급물은 1300 내지 3500℉의 온도 범위 말하자면 1800-2800℉ 정도에서 압력은 1-250기압(절대압력) 예를 들어 10-200기압(절대압력) 혹은 40-100기압(절대압력)에서 자유류 비촉매 합성가스 발생로의 반응대에서 임의로 온도 조절장치를 가지거나 가지지 않은 상태로 산소가 제거된 가스와 반응하게 된다.

가스발생로 내에서 반응시간은 약 1-10초 가량이다. 가스발생로를 떠나는 조 합성가스의 출류는 H₂, CO, CO₂, HCN로 구성되어 있으며 적어도 H₂O, H₂S, COS, CH₄, N₂, Av, NH₃와 비말로 된 미립자들 중의 한 가지를 함유하고 있다. 조합가스의 몰백분율에 의한 조성은 다음과 같다 :

H₂는 10.0-68.0, CO는 15.0-60, CO₂는 3.0-30.0, H₂O는 2.0-50.0, CH₄는 0-28.0,

H₂S는 0.0-5, COS는 0.0-0.3, N₂는 0.0-60.0, Ar은 0.0-1.8, NH₃는 0-0.2,

HCN는 약 0.5-100ppm 정도 존재한다.

미반응 미립자탄소(공급물내의 탄소중량 기준)는 액체공급물과 0.2-20중량 백분율 정도로 존재하며 가스상 탄화수소 공급물에 대하여 무시될 수 있다. 자유류 합성가스 발생로는 내화 처리된 수직원통형 강철압력용기(도면에 있는 바와 같은)가 쓰이고 있다. 가스발생로는 충전물이나 촉매를 넣지 않는다. 공급물류는 연료버너에 의하여 연료가스발생로의 반응지역으로 도입된다. 뒤보아 이스트만(duBois Eastman) 등에 의한 미국특허 제2,928,460에 나타난 바와 같은 환형 버너를 사용하는 것이 적합하다.

전술한 출류가스를 생성하기 위하여 자유산소 함유가스와 온도조절가스의 존재하에서 혹은 없이 가스발생로내에서 유기물질을 함유한 가연성탄소들과 반응을 일으킬 수 있다. 여기서 탄화수소라 함은 부분산화 가스발생로에 쓰이는 여러가지 원료를 기상, 액상, 고상의 탄화수소나 탄수화물 혹은 그들의 혼합물들을 의미한다. 사실상 화석연료나 그들의 슬러리이거나 모든 가연성 유기탄소는 모두 탄화수소류라는 범주 안에 든다. 예를 들어 첫째로 고체 탄수화물들의 슬러리 즉 석탄, 리그나이트, 목재펄프, 입상탄소, 석유 코우크, 농축하수슬랏지와 그들의 혼합물 액체 탄화수소들을 들 수 있다.

둘째로 가스상의 탄화수소속에 혹은 온도조절가스속에 분산되어 있는 미세한 탄수화물 연료 기체-고체서스펜젼을 들 수 있다.

셋째로 온도조절가스 내에 분산되어 있는 입상탄소와 분무화된 액체 탄화수소 연료나 물과 같은 기체-액체-고체 분산상을 들 수 있다. 탄화수소 연료는 통산 0-10중량%의 황과 0-15%의 회분을 가지고 있으며 고체 탄화수소류 연료에 있어서는 50%까지 된다. 액체나 고체 탄화수소 연료의 질소 함량은 3%(중량기준) 미만이다. 이런 연료들이 부분 산화-가스발생로에서 가스화될 때 연소가스내의 HCN 농도는 탄화수소 공급물속의 질소 0.1중량%당 1ppm으로 평가되고 있다. HCN은 주로 가스발생로 속에서 연료내의 질소로부터 발생하지만, 약간량의 HCN은 대기중의 질소로부터 연유할 수도 있다.

액체 탄화수소라 함은 여기서 적당한 액체 원료들을 뜻하고 있으며 액화석유가스, 석유중류물, 잔여물, 가솔린, 납사, 케로진, 원유, 아스팔트, 가스오일, 잔유, 타르-사(砂), 쉐일오일, 석탄액화석유, 방향족 탄화수소(벤젠, 톨루엔, 자일렌 등), 콜타르, 유체촉매 크레킹 반응으로 부터의 지족환 가스오일, 코우커 가스오일의 푸르푸랄계 추출물들을 들수 있다.

가스상의 탄화수소 연료라 함은 여기서 메탄, 에탄, 프로판, 부탄펜탄, 천연가스, 수성가스, 발생로 가스, 정유가스, 아세틸렌 테일가스, 에틸렌 배기가스, 합성가스와 그들의 혼합물을 의미한다. 기체연료나 액체연료는 어떠한 비로도 함께 혼합되어 쓰일 수 있다. 한편, "탄화수소류"라는 술어에는 탄수화물, 섬유소, 알데히드, 유기산, 알콜, 케톤, 함산소연료유, 함산소탄화수소, 유기물과 그 혼합물 처리공정의 폐액이나 부산물 등의 함산소탄화수소 유기물들을 포함하고 있다.

탄화수소 공급물은 상온일 수도 있고 600℉-1200℉ 사이, 예를 들어 800℉ 정도로 예열될 수도 있으나 크래킹 온도 아래인 것이 바람직하다. 탄화수소 공급물은 버너 속으로 액상 혹은 증기화된 혼합물로서 온도조절제와 함께 들어가게 된다. 적절한 온도 조절제로는 증기물, 고농도 CO₂가스, 공기중 질소, 재래의 공기분리 공정의 부산물 질소와 그 혼합물들이 쓰일 수 있다. 이 공정의 실시예로는, 고농도 HCN을 함유한 흡수제류는 그것을 온도조절제로 가스발생로 내에서 반응시킴으로서 안전하게 처리할 수 있다.

가스발생로의 반응대에서 온도조절제의 사용은 일반적으로 원료의 탄소 : 수소비와 산화제류의 산소함량에 의하여 결정된다. 온도조절제는 약간의 가스탄화수소 연료들의 경우에는 불필요한 것이나 일반적으로는 액체 탄화수소연료와 거의 순수한 산소와 함께 쓰이게 된다. 온도조절제는 반응물의 한쪽 또는 양쪽의 스트림과 혼합되어 도입된다. 다른 한편으로는 온도조절제는 가스발생로의 반응대로 여러 버너 속의 별개의 도관을 통하여 도입될 수 있다. 반응대로 도입되는 H₂O : 연료의 중량비는 5% 이하이다. 비교적 소량의 물이 예를 들어 버너 끝을 냉각시키기 위하여 버너를 통하여 반응대에 장입되는 경우, 물이 탄화수소 공급재료와 혹은 자유-산소 함유가스, 온도조절제나 그들의 혼합물과 서로 섞일 수 있다.

이러한 경우에는 물과 탄화수소 공급물의 중량비가 0.0-1.0% 정도이며, 0.01 적어도 0.2% 이하가 바람직하다. 자유산소 함유가스라 함은 공기, 산소가 풍부한 공기(즉 21몰% 이상 산소 함유) 및 거의 순수한 산소(95% 이상, 잔여분은 질소나 O족기체)를 포함한다. 생산가스의 질소량은 공기대신 가스발생로에서 고농도산소를 반응시킴으로서 감소하게 된다. 자유산소 함유가스는 대기온도에서 1800℉ 사이의 범위에서 버너 속으로 도입된다. 공급재료내의 탄소에 대한 산화제속의 자유산소의 비(O/C, atom/atom)는 07-1.5 사이가 바람직하다.

반응대와 거의 같은 온도, 압력에서 고온 출류가스의 연속류는 가스발생로의 추구를 나오게되며 재래의 가스냉각기 속으로 도입된다. 자유류 고체 분리대가 전술한 가스 냉각기와 가스발생로의 출구사이에 삽입될 수도 있으며, 이는 미립자 탄소, 회분, 금속성분, 스케일, 슬랙, 내화물 등의 고온출류가스류 속에 비말된 고체성분을 포집할 수 있도록 캐취-포트(catch-pot), 슬랙 췌임버(slag chamber) 등으로 구성되어 있다. 사용될 수 있는 전형적인 슬랙 췌임버가 도면에 나타나 있다.

재래의 가스 냉각기에 의한 간접 열교환으로 가스발생로의 바로 뒤이은 고체분리대나 혹은 가스발생로로부터 나오는 조합성가스류는 300℉-900℉ 정도로 냉각되게 된다. 예를 들어 400℉-800℉이나 300℉-700℉ 정도로 냉각된다. 일례로, 보일러 급수나 다른 냉매가 가스 발생로와 같은 공정에 쓰일 수 있는 스팀을 생산할 수 있도록 가스 냉각기에 사용될 수 있다. 일반적으로 고체분리대를 지나는 정상적인 압력강하와 합성가스류의 가스냉각기를 지나는 압력강하의 합은 5-50psia 정도이다.

다른 실시예의 경우, 가스발생로로 부터의 조합상가스류의 냉각은 가스류를 직접 담금질 탱크에 도입함으로서 영향을 받게 된다. 적절한 담금질 탱크는 미국특허 2,896,927에 있다. 담금액은, 일례로 300℉-600℉의 온도로 전술한 탱크를 떠나는 뜨거운 물이 될 수 있는데 이는 가스류를 300℉-700℉ 정도로 냉각시킬 수 있다. 다른 방편으로 유기유체 예컨데, 액체 탄화수소 연료가 미국특허 4,007,018에 있는 바와 같이 사용될 수 있는데, 이 경우 유기 담금유체는 담금질 탱크를 300℉-850℉가 되어 떠나며 가스류를 300℉-900℉ 사이로 냉각시킨다.

냉각된 조합성 가스류는 재래의 기체-액체 세정탑으로 도입되고 거기서 물로 세정된다. 바람직하게는 세정액은 조합성가스류에서 얻은 응축액과 보충수로 구성되는 것이다. 물은 미연소 탄소 세정탑으로 상온 -250℉의 온도로 들어간다. 예컨데, 상온 -150℉ 혹은, 80℉-180℉로 들어가며, 바람직하게는 세정대의 압력은 가스발생로의 압력과 같은 것이다. 탄소검댕과 같은 잔류 미립자들이 여기서 제거되며, 응축액은 청정합성가스류를 노점 이하로 냉각시킴으로써 얻어진다. 응축된 물은 가스류와 분리된다. 이리하여 공정의 가스류와 응축액의 흐름이 역류를 이루며 직접 접촉하게 함으로써, 잔존고체 입자들이 기스류로부터 제거되게 된다. 예를 들어, 미립자 탄소의 슬러리와 물은 212℉-600℉에서 탑저부에서 제거되며 탄소분리대 혹은 농축대로 보내진다. 탄소회수는 여과, 원심분리, 중력침강, 액체 탄화수소 추출 등에 의하여 이루어질 수 있다. 청정 보충수가 합성가스와의 접촉을 넓히기 위하여 세정탑의 정상으로 도입되어질 수 있으며, 공정가스류는 오리피스형 세정탑이나 벤튜리 노즐 세정탑을 포함하는 복합 세정단계를 통과할 수도 있다.

청정 합성 가스는 212℉-600℉로 세정대를 떠나서, 예컨데, 250-540℉ 온도가 더욱 떨어지도록 냉각대를 통과하게 된다. 예를 들어 합성가스는 상온-150℉로(예컨데 80℉-120℉) 떨어진다.

응축액은 가스류에서 분리되고, 모아지고 적어도 일부분은 가스 세정대로 재순환된다. 재순환되기 전에 임의로 응축액은 탈가스화하며 일부분은 가스발생로 내로 도입된다. 냉각대는 재래의 다관식 열교환기로 되어 있다. 하나 이상의 냉매가 사용되어질 수 있지만, 바람직하게는 탄화수소 공급물이 황 불순물을 함유하는 경우 첫째 열교환기의 냉매는 산-가스 제거시스템의 액체 흡수제 재생기로부터 얻어지는 액체 흡수제가 좋다.

이리하여 첫 번째 열교환기는 전술한 액체 흡수제 재생기를 위한 리보일러로 들 수 있고 전체의 열효율을 제고할 수 있다. 한편 공기나 냉수를 냉매로 쓸수 있다.

예를 들어 청정가스류는 제1열교환기에서 120℉-250℉로 냉각되어 질 수 있고 제2열교환기에서 상온-150℉로 냉각되어질 수 있다.

본 공정의 다음 단계는 청정가스류(온도 상온-150℉,예, 80℉-120℉)를 액상 흡수제와 (35°-120℉, 바람직하게는 100℉ 이하 즉 50℉-95℉) HCN-흡수대에서 (5-3000 psia, 바람직하게는 적어도 100psia 예, 100-1000psia) 접촉시키는 것이다. HCN-흡수탑의 압력은 가스발생로의 압력과 같은 것이 유리하다. 즉 압력강하가 50psia 이하인 것이 좋다. 이리하여 고가의 가스콤프레사가 필요없게 된다.

HCN-흡수탑으로는 어떤 기체-액체 접촉장치도 쓸수 있으나, 적절하기로는 트레이형 흡수탑이 사용되는데 상부는 냉각된 수성 흡수제에서 HCN 흡수를 위한 수평 트레이들과 냉각된 고농도 HCN-함유 수성 흡수제를 제거하기 위한 탑의 저부에 자라잡은 침니트레이로 되어 있는데 거기서 냉각된 청정 가스류가 도입되고 응축액들이 가스류로부터 분리되어 모아진다. HCN을 함유하지 않은 신선한 수성 흡수제의 보충분이 HCN의 함량을 0.3ppm 이하로 낮추기 위하여 가스류를 최종 세척하기 위하여 탑정부로 넣어진다. HCN탈거탑으로 부터 얻어진 냉각된 재순환 수성 흡수제는 HCN 흡수탑의 상부로 도입된다.

여기서 "수성흡수제"라 함은 액사 흡수제(90-100부피 백분율의 물 바람직하게는 100%물)를 의미한다.

냉수는 그 낮은 분자량과 큰 밀도 낮은 가격으로 인하여 좋은 세정액이다. 황산의 희박 수용액(10% 미만)과 Na, K, Li등의 IA족 원소들의 탄산포화 용액도 "수성 흡수제"의 범주에 들어간다. 예를 들어, 1-10중량%(예, 2-5%)의 소디움 카보네이트, 포태시움 카보네이트, 리티움 카보네이트와 그들의 혼합물도 "수성흡수제"로 쓰일 수 있다.

특히 희박 황산용액은 HCN의 중합반응을 억제하기 때문에 HCN 흡수에 효과적이다. 한편, 농-희박황산 흡수제는 가열이나 탈거와 같은 물리적 분리수단에 의하여 수비게 재생될 수 잇다. 반면에 동-희박 알칼리 흡수제의 재생은 시아나이드 제거를 위한 화학적처리에 영향을 받는다. 예를 들어 농-흡수제를 450℉-500℉로 자생압력하에서 가열함으로써 소디움 시아나이드나 포태시움 시아나이드는 가수분해되어 암모니아와 소디움 포르메니트나 포타시움 포르메이트로 된다. 합성가스내의 CO₂는 소디움-포태시움 포르메이트와 반응하여 소디움이나 포태시움 카보네이트-바이카보네이트를 생성한다. 임의로, 적어도 HCN 흡수탑에서 나온 농-희박-알카리 흡수제의 일부분은 가스발생로내로 도입된다.

100만 SCF의 청정건조합성가스는 HCN 흡수탑에서 200-500갤론 예컨대, 250-350갤론의 수성흡수제와 접촉하게 된다. 농 HCN 함유 수성흡수제(최대 500ppm HCN 함유)는 HCN 흡수탑에서 탑저부 침니트레이로부터 제거된 다음, 용해된 HCN을 제거하기 위해 HCN 탈거탑으로 보내지고 냉각되고 부가합성가스와 접촉하기 위해 HCN 흡수탑으로 재순환된다. 또한 적어도 농 HCN 수성흡수제의 일부는 온도조절제의 일부분으로서 액상 혹은 기상으로 가스발생로 안으로 도입됨으로써 안전하게 처리된다. 가스발생로내에서 HCN은 물과 반응하여 미량의 CO와 NH₃를 생성한다.

물과 희박황산수용액이 수성흡수제로 쓰이는 바람직한 실시예의 경우 농 HCN 수성흡수제의 재생은 가스상의 HCN이 수성흡수제로 부터 분리되는 가스탈거조작의 물리적 수단에 의하여 영향을 받는다. 예를 들어 재래의 다단 탈거탑에서(리보일러가 있거나 없을 수도 있음) 농 HCN 수성흡수제(50℉-120℉ 1-2기압의 감압상태)는 탑정부에 가까이 도입되며 HCN이 제거된 수성흡수제는 탑저부에서 제거된다. 임의로 수소나 스팀 같은 탈거가스는 HCN 탈거탑저부 가까이로 도입될 수 있다. HCN 탈거탑정부 근처를 떠나는 수성 HCN류는 다음 방법에 의해 처리될 수 있다. 즉 플래어(flare)로 보내거나 로나 가스발생기 속에서 태우거나 클라우스 공정으로 보낸다.

1.5ppm 이하의 HCN을 함유하고 있는 HCN제거 수성흡수제는 150℉-300℉로 HCN탈거탑저부를 떠나게 된 다음 온도가 35℉-120℉ 사이로 떨어지는 냉각대를 통과하도록 펌핑되어진다. 냉각은 적어도 한개의 열교환기에서 냉매와의 간접 열교환에 의해 영향받게 된다. 예를 들어 제1다관식 열교확의 냉각제는 냉수일 수 있으며 냉동제가 제2열교환기의 냉각제로 쓰일 수 있다. 냉각된 HCN 제거 수성습후제는 HCN 흡수탑의 상부로 재순환된다. 신선한 보충수는 흡수탑을 떠나는 거의 HCN이 제거된 가스류를 최종 세척하기 위하여 HCN 흡수탑정부로 도입된다. 부분산화 가스발생로용 탄화수소연료가 황화합물을 함유하고 있을 때 조합성가스류 내에는 H₂S와 COS가 있을 것이다. 이때 가스를 황에 민감한 촉매를 사용하는 다음 공정으로 가스를 급유하기에 앞서 합성가스로부터 산-가스불순물들을 제거하는 것이 바람직하다.

본 공정의 실시예에 의하면 전술한 바와 같이 HCN 흡수탑을 떠나는 HCN 제거 합성가스류는 산-가스세정대로 도입된다. H₂S, COS로 부터 적어도 한가지의 산-가스를 제거하거나 HCN 제거 합성가스로 부터 CO₂를 제거하는 데는 어떠한 재래식 정화공정도 사용될 수 있다. 예를 들어 냉동과 물리적 흡수, 액체유기용매를 사용하는 화학적 흡수들이 단독으로 혹은 같이 사용될 수 있다. 전형적인 액체용매 흡수제로는 메탄올, N-메틸-피롤리돈, 트리에탄올 아민, 프로필렌 카보네이트 혹은 고온의 포데시움 카보네이트들이 있다. 필요한 경우에 최종 세척이 공정의 가스류를 산화철, 산화아연 혹은 활성탄을 통과하게 함으로써 H₂S 유기황화합물의 잔존 미량을 제거할 수 있다. 산가스흡수탑을 떠나는 합성가스의 정화된 HCN 제거류는 중량기준으로(P.P.M단위) 다음의 불순물들을 가질 수 있다. 즉 H₂S+COS 0-0.3 HCN-0.3 비말탄소 0-0.2 이다.

산 가스흡수탑을 떠나는 농용매흡수제는 산-가스탈거탑에서 가열, 증발시킴으로써 재생된다. 질소와 같은 탈거가스가 임의로 사용될 수 있다. 본 공정에서 산-가스탈거탑의 리보일러는 전술한 바와 같이 HCN 흡수탑으로 들어가는 청정합성가스류를 냉각시키기 위해 사용되는 제1다관식 열교환기가 될 수 있는 장점이 있다. 이리하여 공정의 열효율이 제고된다. 질소가 탈거가스로 사용될때 저렴한 원가의 부산물로써 공기분리공정에서 얻어질 수 있다. 거의 순수한 산소는 똑같은 공기 분리공정에서 얻어질 수 있으며 자유산소함유 가스로써 가스발생로내로 도입된다. 산-가스 탈거탑의 오버헤드 가스류는 (H₂S, COS, CO₂로 되어있음) 황회수 조작의 급액으로써 안전하게 처리될 수 있다. 커크-오트마(kirk-Othmer)의 화학기술 백과사전에 나온 바와 같이 황을 생산하기 위한 클라우스공정이 사용되는 것이 적절하다.

과량의 SO₂는 석회석과의 화학적 결합에 의하여 제거되거나 적절한 상업적 추출공정에 의하여 제거된다.

본 발명에 대한 보다 완전한 이해는 전술한 실시예를 자세히 보여주는 공정의 개략도를 참조함으로써 얻어질 수 있다. 모든 배관과 장치는 열손실을 최소화하기 위하여 단열하는 것이 바람직하다.

도면의 그림을 참조하면 내화물 2로 내장된 자유류 비촉매 부분산화 가스발생로(1)은 상항류 축방향 플랜지를 가진 입류구(3) 하향류 축방향 플랜지를 가진 출류구(4)와 비충전 반응대(5)를 가진다. 전술한 바와 같이 가스발생로(1)의 축과 연결된 중앙 통로(7)를 가진 환형 버너(6)는 입류구(3)에 설치되어 있다.

중앙통로(7)은 플랜지를 가진 상향류 입류구(8)과 버너 끝부분에 수렴원추형 하향류 노즐(9)를가진다.

버너(6)는 또한 상향류 플랜지를 가진 입류구(10)과 하향류 원추형 토출구(11)을 가진 동심축 환형통로를 갖추고 있다. 다른 형태의 버너들도 역시 사용될 수 있다.

자유산소 함유가스 즉, 거의 순수한 산소의 계속류가 배관(14)를 통하여 버너(6)의 입류구(8)로 보내진다. 배관(14)의 산소와 배관(15)의 질소는 재래의 공기분리 유닛(16)에서 생산된다. 배관(17)에서 나오는 공기는 압축기(18)에 의해 압축되며 배관(19)를 통하여 공기분류유닛(16)으로 보내진다. 가스냉각기(46)의 배관(45)로부터 나오는 스팀의 일부는 작동유체로써 익스펜션 터빈(21)의 배관(20)을 통하여 보내진다.

사용된 스팀은 배관(22)를 통하여 떠난다. 터빈(21)의 축(23)은 압축기(18)과 연결되어 압축기(18)을 움직인다. 탄화수소연료는 배관(24,25)와 입류구(10)을 통하여 버너(6)으로 도입된다. 배관(26)이 스팀은 임의로 탄화수소연료를 분무화하는데 쓰일수 있다.

내화처리되거나 단열 플랜지로 된 "T" 연결기(30)은 다소 구형으로 될 수도 있으며 입류구(31)에 의하여 가스발생로(1)의 출류구(4)에 연결되어 있다. 축방향의 출류구(32)는 단열된 슬랙 포트(34)의 입류구(33)과 연결되어 있다. 플랜지로 된 축방향 출류구(35)는 밸브(40)을 잠금으로써 닫히게 된다.

가스발생로(1)의 출류가스류는 출류구(4)를 통과한 다음 입류구(31)을 통하여 연결기(30)으로 들어가고, 출류구(37)가 단열된 배관(38)을 통하여 떠나게 된다. 탄화수소 연료의 조성에 따라 미립자고체 즉, 슬랙, 탄소, 금속 혹은 내화물들이 출류구(7)를 통해 떠날 수 있다. 적어도 고체물질의 일부분은 연결기(30)에서 출류가스로 부터 분리될 수 있으며 슬랙포트(34)의 바닥데 쌓이게 된다. 슬랙포트(34)내의 어떠한 물질들도 주기적으로 배관(39) 밸브(40) 배관(41)을 통하여 제거되거나 재래의 로크-호퍼(lock-hoper)시스템에 의하여 제거된다. 연결기(30) 출류구(37) 배관(38)을 통과하는 조가스류의 온도와 압력은 배관들이 단열되어 있기 때문에 거의 영향을 받지 아니한다.

배관(38)에 있는 발생기가스의 고온출류는 입류구(47)을 통하여 가스냉각기(46) 속으로 도입된다. 고온가스류는 배관(48)을 통하여 가스냉각기(46)으로 들어가서 배관(45)를 통하여 스팀이 되어 떠나는 보일러 급수와 간접 열교환을 하면서 냉각된다. 부가열은 이코노마이저(50)이나 열교환기에 의해 배관(49)를 통하여 가스냉각기(46)를 떠나는 가스류로 부터 뽑아낼 수 있다. 예를 들어 배관(14)에 있는 산소류는 버너(6)으로 들어가기전 이코노마이저(50)에서 예열될 수 있다. 배관(55)의 냉각된 가스류는 세정탑(56)으로 들어가며 물의 역류 예를 들어 배관(57)로 부터의 응축액과 접촉된다. 세정탑(56)을 떠나는 가스류는 배관(58)로부터 나오는 신선한 보충수에 의해 최종 세척된다. 물과 미립자탄소의 분산상을 배관(59)를 통하여 제거되며 재래의 탄소회수대로 보내진다. 입자탄소는 탄소회수대에서 회수되며 연료의 일부로서 가스발생로로재순환되며 이렇게 함으로써 연료내의 거의 모든 탄소가 가스화되며 공정의 효율이 증대된다.

탄소 세정탑(56)을 떠나는 청정가스류는 리보일러(61)이나 열교환기 속으로 배관(60)을 통하여 보내진다. 청정가스류는 거기서 공정의 하향류에 있는 산-가스 탈거탑(65)로 부터 얻어지는 액체흡수제와 간접열교환됨으로써 냉각된다. 액체흡수제는 배관(66)을 통하여 리보일러(61)로 들어간다. 거기서 가열된(예를 들어 비등점까지) 액체흡수제는 배관(67)을 통하여 떠나며 산-가스 탈거탑(65)로 돌아오게 된다.

배관(68)의 가스류의 다음 단계 냉각은 냉수와 같은 냉각제와 간접 열교환을 하는 냉각기(69)나 열교환기를 통하여 가스류를 통과시킴으로써 영향을 받는다.

이리하여 가스류는 노점이하로 냉각되며 물은 분리된다.

배관(70)의 냉각된 청정합성가스류는 HCN 흡수탑(72)의 하부 체임버(71)로 들어가며 거기서 응축된 물이 모아진다. 탈수된 가스류는 탑저부 침니 트레이(74)에서 라이저(73)을 통하여 지나간 다음 배관(77)을 통하여 들어가는 냉각된 수성흡수제와 직접 접촉하는 동안 탑(72)의 상부(76)에서 이중트레이(75)를 통과하여 탑(72)를 통하여 내려가게 된다. 탑을 떠나는 가스류는 배관(78)로부터 찬 보충 흡수제에 의해 최종 세척된다. 탑(72)의 액체-기체접촉을 위한 복합트레이(76)을 가진 재래의 플래이트탑으로 구성되어 있거나 재래의 충전탑으로 되어 있다. 탑저부(71)의 응축액의 일부분은 배관(81,82,57)을 통하여 탄소 세정탑(56) 안으로 펌프(80)에 의해 보내진다. 응축액의 일부는 임의로 배관(83) 밸브(84) 배관(85)를 통해 보내지며 가스발생로(1)로 보내지거나 시스템으로부터 방출된다. 한편 탄소 세정탑(56)으로 재순환하기 전에 배관(82)의 응축액은 예를 들어 압력 강하조작에 의해 탈가스화된다. 방출된 가스는 플래어로 보내지거나 클라우스 공정으로 보내진다. 농 HCN 함유 수성흡수제는 HCN 흡수탑(72)를 떠나며 배관(87,89) 익스펜션 밸브(90) 배관(91)에 의해 HCN 탈거탑(88)로 보내지는 것이 바람직하다. 탈거탑(88)은 다중판(92)를 가진 재래의 기체-액체 탈착탑이다. 수성흡수제는 임의로 배관(93)을 통하여 제거되거나 배관(95)를 통하여 펌프(94)에 의하여 리보일러(96)으로 보내진다. 가열된 두 수성흡수제는 배관(97)을 통하여 탈거탑(88)로 돌아간다. 임의로 배관(100)의 탈거가스는 배관(101)을 통하여 탈거탑(88)의 탑저부로 들어간다. 펌프(102)에 의하여 희박 수성흡수제는 배관(103)을 통하여 (105)로 보내지며 배관(107)과 냉각수와 열교환기(106)에서 냉각되며 냉동제와 접촉하는 열교환기(108)과 HCN 흡수탑(72)의 상부로 들어가는 배관(77)에서 냉각된다.

배관(87)의 농수성흡수제의 일부는 임의로 배관(115)와 밸브(116) 배관(117)을 통하여 보내질 수 있으며 온도조절제의 일부로써 가스발생로 내에서 처리될 수 있다. 또 다른 실시예에서 스트림(117)은 탄화수소 연료와 섞여 가스발생로(1)로 들어가기 전에 HCN을 암모니아와 일산화탄소로 가수분해 하기 위하여 600-700℉ 범위로 가열된다. 유사하게, 원한다면 배관(104)의 희박-수성흡수제의 일부분이 배관(118)과 밸브(119) 배관(120)을 통하여 보내질 수 있고 온도 조절제의 일부분으로 가스발생로(1)의 부분산화에 의하여 처리될 수 있다. 배관(121)의 HCN 탈거탑(88)로 부터의 오우버헤드 가스류는 주로 HCN과 질소 같은 탈거가스로 구성되어 있다.

또한 소량의 즉 10부피 퍼센트 이하의 CO₂, H₂S, NH₃군중의 적어도 한 가지 가스가 있을 수 있다. 이 가스류는 플래어로 보내지거나 클라우스 공정으로 보내지거나 혹은 로에서 소각된다.

배관(124)의 밸브(123)을 잠그고 배관(126)의 밸브(125)로 열어놓으면 HCN 제거 청정합성가스는 배관(127,126,128)을 통하여 HCN 흡수탑(72)의 정상으로 부터 떠난다. 제거를 요하는 산 가스들이 있다면 밸브(125)를 닫고 밸브(123)을 열고 배관(127)의 HCN 제거 가스류가 배관(124,129)를 통하여 산가스 흡수탑(135)의 탑저부로 들어가게 한다. 산-가스흡수탑(135)는 복합판(136)을 가진 재래의 기체-액체흡수탑이다. 그 탑을 통하여 통과하는 HCN 제거가스류는 직접 배관(137)을 통하여 들어와서 탑저로 흐르는 희박액체유기 흡수제와 직접 접촉하게 된다. HCN과 산가스들이 제거된 청정합성가스는 산카스 흡수탑(135)의 꼭대기에서 배관(138)을 통하여 떠나게 된다.

농 액체 유기흡수제는 배관(139)를 통하여 산가스흡수탑(135)의 탑저부에서 나가게되어 배관(145)로 부터의 희박액체 유기흡수제와 직접 열교환에 의하여 열교환기(140)에서 가열된다. 배관(146)에서 희박액체 유기용매의 다음 단계 냉각은 열교환기(147)에서 냉수와의 간접 열교환에 의해 영향받는다. 가열된 농액체유기흡수제는 배관(148)을 통하여 산가스탈거탑(65) 상부로 들어가 탑저부로 흘러내리며 재생된다.

산가스탈거탑(65)는 복합판(149)를 가진 재래의 기체-액체 탈착탑이다. 부분탈착된 액체 유기흡수제류는 탑(65)의 바닥에 가까운 배관(150)을 통하여 제거되며 펌프(151)에 의해 배관(66)과 리보일러(61)을 통하여 보내진다. 가열된 액체유기흡수제는 배관(67)과 임의의 히터(160) 배관(161)에 의하여 바닥근처에서 탑(65)로 도입된다.

질소탈거가스는 임의로 배관(100,152)를 통과하며 바닥근처에서 탑(65)로 도입된다. 가스상의 불순물로 된 오우버 헤드류는 배관(153)을 통하여 산가스탈거탑(65)를 떠난 다음 클라우스 공정이나 플래어로 보내진다.

Claims (1)

1. 탄화수소공급물을 온도조절제 존재하에 혹은 없이 유리산소 함유가스와 1300 내지 3500℉, 1-250기압에서 자유류 합성가스발생로의 반응대에서 부분산화 반응시켜 비말고체입자와 H₂O, H₂S, COS, CH₄, N₂, Ar, NH₃중의 적어도 한 물질 및 H2, CO, CO₂, HCN으로 구성되는 합성가스류를 생성하고; 이 합성가스류 혹은 그 후속 고체분리대로 부터의 합성가스류를 가스 냉각대에서 300 내지 900℉로 냉각시키고; 212 내지 600℉의 온도에서 가스세정대에서 물로 세정하여 HCN을함유하는 청정합성 가스류를 생성하고; 이를 냉각하고 응축수를 분리하고 가스류를 HCN흡수대에서 수성흡수제와 32 내지 120℉의 온도에서 접촉시켜서 HCN이 풍부한 수성 흡수제류 및 중량으로 0.3ppm 이하의 HCN을 함유하는 청정합성가스류를 생성하는 단계들로 구성되는 실질적으로 HCN이 없는 청정합성가스류를 제조하는 방법.

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