KR970006922B1 - 일산화탄소가 풍부한 가스의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

내용없음.

Description

일산화탄소가 풍부한 가스의 제조방법
본 발명은 일산화탄소가 풍부한 가스의 제조방법에 관한 것이다.
특별히, 본 발명은 이산화탄소 및 수소함유 배기가스를 이용해서 유용한 일산화탄소가 풍부한 합성가스를 경제적이고 에너지효율적인 방법으로 제조하는 방법에 관한 것이다. 일산화탄소는 많은 산업공정에서 유용한 반응물이다. 약간의 예를들면 일산화탄소는 알코올, 카르복실산 및 이소시안산의 제조에 사용되고 있다. 일산화탄소가 풍부한 가스는 더욱이 철광의 환원시 필요한 것이다. 일산화탄소를 제조하는 종래의 방법은 탄화수소의 촉매스팀 개질을 포함한다. 스팀개질 동안의 전체 반응과정은 흡열반응어서 열을 요구한다. 그 방법은 일반적으로 개질촉매가 장입되고 외부에서 불을 붙이는 튜브가 장착된 노(爐)에서 행해진다. 일산화탄소를 생산하는 다른 종래의 방법에는 석탄 또는 잔류물을 산소로 부분산화시켜서 가스화시키는 것이 있다. 또한, 일산화탄소가 풍부한 가스는 천연가스 및 나프타를 포함하는 경탄화수소의 부분산화에 의해서 제조된다. 또한 자동열적 개질 및 촉매부분산화도 사용될 수 있다.
모든 부분산화 방법에 공통되는 점은 값비싼 산소가 필요하다는 것이다. 본 발명의 개략적인 목적은 외부적인 에너지원 또는 산소의 요구가 없이 이산화탄소 및 수소가 함유된 산업배기가스를 일산화탄소가 풍부한 가스의 제조에 이용하는 것이다. 따라서 본 발명은 수소와 이산화탄소의 이송원료로부터 수소와 이산화탄소를 반응시켜서 일산화탄소를 제조해서 일산화탄소가 풍부한 가스를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 방법에서 이산화탄소와 수소의 일부가 임산화단소 발생반응과 동시에 발열적으로 메탄으로 변환된다. 그 반응은 단열조건에서 변화촉매의 존재하에서 행해져서 발열 메탄 생산반응이 흡열일산화탄소 생산반응에 필요한 열을 제공하게 된다.
연료 및 스팀시스템과 함께 개질노 또는 부분산화 반응기를 포함하는 종래의 방법과 달리 본 발명의 방법은 비교적 간단한 공정장치로 이룩될 수 있다.
그 방법을 이행하기 위한 완전한 공정장치는 이하에서 다시 기술되는 열교환기와 단열 반응기로 이루어져있다. 본 발명의 방법을 작동하는데는 수소 및 이산화탄소 함유 공급가스가 종래의 혼합장치에서 혼합된다. 상술한 바와 같이 그 두가지 가스는 많은 공정으로부터 산업부산물로서 용이하게 입수할 수 있다. 따라서 이산화탄소는 탄화수소 또는 석탄의 가스화에 기초한 모든 합성가스 혼합물에 실제적으로 존재하고, 그리고 세척, 압력회전 흡착 및 저온 분리방법과 같은 종래의 제거방법에 의해서 그들로부터 분리된다.
수소는 석유화학 또는 암모니아 공장에서 저온분리로 회수한 정화가스로부터 부산물로 일반적으로 얻어지고, 그들 공장에서 연료로 사용된다.
본 발명의 방법에서 수소와 이산화탄소 함유 가스의 혼합은 종래의 혼합실 또는 단열반응기 상단에 장착된 버너에서 일어날 수 있다. 혼합가스중의 H2/CO2몰비는 1.5 내지 6.5의 범위내인 것이 바람직하다.
그 혼합가스가 반응기에 들어가기전에 그 가스를 400℃ 내지 800℃의 온도까지 예비 가열시킨다. 가스의 예비가열은 단열반응기에서 나오는 고온공정유체 그리고 바람직하게는 고온공정흐름과 열교환함으로써 얻어질 수 있다. 가스내에서 단열조건에서의 반응진행 때문에 반응기로부터의 유출온도는 원하는 혼합가스의 유입온도보다 현저히 높다. 단열반응기는 5 내지 50바아의 압력에서 작동된다. 따라서 공정조건의 실제조절은그 반응기를 나오는 생산가스내의 원하는 일산화탄소 농도에 좌우될 것이다. 상기 조건에서 공정가스내의 이산화탄소와 수소는 이하의 흡열 역자리 옮김반응으로 일산화탄소가 된다.
CO2+H2 CO +2H2O
메탄이 이하의 발열반응으로 동시에 생성된다.
CO2+4H2 CH4+ 2H2O
그 발열 메탄화 반응은 흡열 역자리 옮김 반응을 유지하는데 충분한 열을 제공한다. 양반응은 시중에서 입수할 수 있는 니켈, 산화철, 구리 또는 아연함유 촉매를 포함하는 종래의 어떤 개질촉매의 존재하에서 평형상태로 진행된다. 공정에서 나오는 생성가스의 최종조성은 상기 자리옮김 및 메탄화반응의 평형에 의해 제어된다. 따라서 실제생성물의 조성은 반응조건에 좌우된다. 혼합가스를 단열반응기에 도입할때 H2/CO2비, 온도 및 압력을 변화시킴으로써 여러가지 생성가스의 조성을 얻을 수 있다. 그러므로 여러가지 공정에서 합성가스로서 유용한 여러가지 생성가스 조성을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 수소와 이산화탄소 부산물을 생성하는 이산화탄소 제거장치를 구비하고 있고 저온장치를 구비하고 있는 현존하는 일산화탄소 공장의 성능을 향상시키는데 적용할 수 있다.
또한 공정의 조건을 절절히 조절함으로써, 상기 방법으로부터 생성된 일산화탄소가 풍부한 가스를 메탄올의 제조에서의 합성가스로서 직접적으로 사용할 수 있다. 이하 실시예를 통해 본 발명의 특징을 보다 구체적으로 설명한다.
실시예
압력이 20.4bar g인 혼합실에서 5000N㎥/h의 수소와 2000N㎥/h의 이산화탄소를 혼합하여 수소/이산화탄소 혼합가스를 제조했다. 아래에 기술되어 있는 바와 같은 804℃의 배출온도에서 혼합가스의 변환을 위해서 반응기를 나오는 일산화탄소가 풍부한 생성가스와 공급 유출 열 교환기에서 간접 열 교환하여 상기 혼합가스를 650℃로 예비 가열시켰다. 열교환기로통과시킴으로써 가스가 단열변환기에 도입될때 혼합가스의 온도는 650℃로 올라간다. 그 반응기는 종래의 니켈함유 스팀개질 촉매(덴마크의 Haldor Tops ø A/s로부터 구입가능)의 고정상이 채워져 있다.
촉매를 통과시킴으로써, 앞서 언급했던 바와같이 수소와 이산화탄소가 반응하여 일산화탄소와 메탄으로 되는 반응에 의해 혼합가스의 온도는 단열하에서 804℃까지 올라간다. 반응기를 나오는 반응혼합가스의 조성은 다음과 같다.
본 발명에 따른 방법은 외부에서 열을 공급할 필요가 없으며, 일산화탄소를 생성하는 반응을 유지하는데 필요한 열은 단열상태하에서 일산화탄소 반응과 동시에 진행되는 발열반응인 메탄화 반응에 의해 전적으로 공급된다.
혼합가스를 예비가열하는데 필요한 열은 고온으로 반응기를 나오는 일산화탄소가 풍부한 가스에 존재하는 현열(sensible heat)에 의해 공급된다. 혼합가스와 열교환한 후에 일산화탄소가 풍부한 생성가스의 온도는 193℃이다. 따라서 얻어진 생성가스는 스팀개질기의 합성가스와 유익하게 혼합시킬 수 있다. 저온장치에서 수소와 일산화탄소를 최종적으로 분리하기 전에 혼합가스를 이산화탄소 제거장치를 통과시킨다. 그 제거장치에서 나온 이산화탄소는 가압하고 저온분리장치에 과량으로 존재하는 수소와 함께 혼합가스로서 재순환시킨다. 이로서 약간의 추가공정만을 도입하면서도 현존하는 일산화탄소 설비의 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 변환촉매의 존재하에서 수소와 이산화탄소의 혼합가스를 반응시켜서 일산화탄소가 풍부한 가스를 생성시키는 방법으로서, 그 반응은 또한 일산화탄소 생성반응과 함께 공급가스중 이산화탄소와 수소의 일부를 발열적으로 반응시켜 메탄을 형성시키는 반응을 포함하고 그 두가지 반응을 단열상태하에서 수행하여, 발열반응인 메탄생성 반응이 흡열반응인 일산화탄소 생성반응에 필요한 열을 공급하는 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 일산화탄소가 풍부한 가스의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 혼합가스가 H2/CO2의 몰비가 1.5 내지 6.5인 수소와 이산화탄소를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단열조건이 5 내지 50 바아의 압력을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 혼합가스를 반응시키기에 앞서 혼합가스를 400℃ 내지 600℃의 온도로 예비가열 시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 공정에서 나오는 일산화탄소가 풍부한 가스와 열교환시켜서 상기 혼합가스를 예비가열시키는 것을 특징으로 하는 방법.
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