(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(11) 공개번호 10-2013-0057975
(43) 공개일자 2013년06월03일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
B01D 53/14 (2006.01) B01D 53/48 (2006.01)
C01B 17/04 (2006.01) B01D 53/75 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2012-7026292
(22) 출원일자(국제) 2011년03월22일
심사청구일자 없음
(85) 번역문제출일자 2012년10월08일
(86) 국제출원번호 PCT/EP2011/001397
(87) 국제공개번호 WO 2011/120647
국제공개일자 2011년10월06일
(30) 우선권주장
10 2010 013 279.9 2010년03월29일 독일(DE)
(71) 출원인
티센크루프 우데 게엠베하
독일 데-44141 도르트문트 프리드리히-우데-슈트
라쎄 15
(72) 발명자
멘젤, 요하네스
독일, 45731 왈트로프, 크루머 웨그 8
(74) 대리인
허용록
전체 청구항 수 : 총 8 항
(54) 발명의 명칭 황성분을 제거하기 위한 이산화탄소-풍부 가스의 처리 방법
(57) 요 약
본 발명은 황성분을 제거하기 위한 공업용, 이산화탄소-풍부 가스의 처리 방법에 관한 것으로, 상기 방법에 따르
면 황성분으로부터 분리되어야 하는 공업용 가스를 가스 스크러빙부에서 처리하고, 재생법에 의해 이산화탄소와
황화수소에 함유된 용매를 제거하여, 황성분의 함량이 더 높은 하나 이상의 산성 가스 부분을 얻고, 후속 클라우
스 공정 가스 수소화 공정이 포함되는 클라우스 플랜트에 최고 함량의 황화수소(H2S)를 포함하는 부분을 공급하
고; 최고 함량의 황화수소(H2S)를 포함하는 부분보다 낮은 함량의 황을 가진, 재생 유닛으로부터의 이산화탄소-
풍부, 황화수소-결핍 상태의 하나 이상의 산성 가스 부분을 수소화된 클라우스 공정 가스와 통합시켜 조인트 공
정 가스 스트림을 형성한 후 추가 공정 단계로 전달하거나 공정에 재순환시킨다.
대 표 도
공개특허 10-2013-0057975
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특허청구의 범위
청구항 1
황성분(1a)을 제거하기 위한 이산화탄소-풍부 공업용 가스의 처리 방법에 있어서,
(a) 황성분(1a)으로부터 분리되어야 하며 산성 가스 성분들로서 적어도 황화수소와 이산화탄소를 함유하고 있는
공업용 가스에 이산화탄소보다는 황성분을 더 선별적으로 흡수하는 산성 가스-흡수 용매(10)를 사용하여 먼저
가스 스크러빙(2)하고,
(b) 함유된 용매(3)를 재생 조작을 위한 재생 유닛(5)에 공급하고,
(c) 재생 조작(5) 중에 유리되고 황성분 및 이산화탄소(CO2)로 이루어진 산성 가스를 둘 이상의 산성 가스 부분
(6,9)으로 분리시키며, 황성분의 함량이 더 높은 적어도 하나의 산성 가스 부분(9)을 얻고,
(d) 최고 함량의 황화수소(H2S)를 포함하는 부분(9)을 클라우스 플랜트(11)에 공급하여, 함유된 황화수소(H2S)의
대부분을 황(S, 11a)으로 전환시키고,
(e) 클라우스 플랜트(11)에서 배출되는 클라우스 공정 가스(12) 내에 여전히 함유되어 있는 황화합물을 후속 수
소화 반응(13)시켜 거의 완전히 황화수소(H2S)로 수소화시킴으로써 수소화된 클라우스 공정 가스(14)를 얻고,
(f) 최고 함량의 황화수소(H2S)를 포함하는 부분(9)보다 낮은 함량의 황을 가진, 재생 유닛(5)으로부터의 이산
화탄소-풍부, 황화수소-결핍 상태의 하나 이상의 산성 가스 부분(6)을 수소화된 클라우스 공정 가스(14)와 통합
시켜 조인트 공정 가스 스트림(14c)을 형성한 후 추가 공정 단계로 전달하거나 공정에 재순환시키는 것을 특징
으로 하는, 황성분(1a)을 제거하기 위한 이산화탄소-풍부 공업용 가스의 처리 방법.
청구항 2
제1항에 있어서,
최고 함량의 황화수소(H2S)를 포함하는 부분(9)보다 낮은 함량의 황을 가진, 재생 유닛(5)으로부터의 모든 이산
화탄소-풍부, 황화수소-결핍 상태의 산성 가스 부분(6)을 수소화된 클라우스 공정 가스(14)에 공급하는 것을 특
징으로 하는, 황성분(1a)을 제거하기 위한 이산화탄소-풍부 공업용 가스의 처리 방법.
청구항 3
제1항 또는 제2항에 있어서,
가스 재순환용 압축기(14a)를 이용하여, 클라우스 테일 가스 및 이산화탄소-풍부, 황화수소-결핍 상태의 산성
가스(6)로부터 통합된 잔여 가스 스트림(14c)을 주요 가스 스트림에 설치된 흡수탑(2)에 재순환시키는 것을 특
징으로 하는, 황성분(1a)을 제거하기 위한 이산화탄소-풍부 공업용 가스의 처리 방법.
청구항 4
제1항 또는 제2항에 있어서,
통합된 공정 가스 스트림(14c)에 여전히 존재하는 황화수소(H2S)를 흡수탑(15)이 구비된 적어도 하나의 추가 가
스 스크러빙부에 공급함으로써, 황이 거의 함유되지 않은 클라우스 테일 가스(19)를 얻는 것을 특징으로 하는,
황성분(1a)을 제거하기 위한 이산화탄소-풍부 공업용 가스의 처리 방법.
청구항 5
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
선별적으로 작용하는 화학적 스크러빙제를 적어도 하나의 산성 가스 스크러빙부(2,15,16)에 사용하는 것을 특징
으로 하는, 황성분(1a)을 제거하기 위한 이산화탄소-풍부 공업용 가스의 처리 방법.
청구항 6
공개특허 10-2013-0057975
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제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
선별적으로 작용하는 물리적 스크러빙제를 적어도 하나의 산성 가스 스크러빙부(2,15,16)에 사용하는 것을 특징
으로 하는, 황성분(1a)을 제거하기 위한 이산화탄소-풍부 공업용 가스의 처리 방법.
청구항 7
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
탈황처리 대상 공업용 가스(1a)는 CO 전환에서 비롯된 합성 가스인 것을 특징으로 하는, 황성분(1a)을 제거하기
위한 이산화탄소-풍부 공업용 가스의 처리 방법.
청구항 8
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
탈황처리 대상 공업용 가스(1a)는 천연 가스인 것을 특징으로 하는, 황성분(1a)을 제거하기 위한 이산화탄소-풍
부 공업용 가스의 처리 방법.
명 세 서
기 술 분 야
본 발명은 황성분을 제거하기 위한 공업용, 이산화탄소-풍부 가스의 처리 방법에 관한 것으로, 상기 방법에 따[0001]
르면 황성분을 제거시켜야 하는 공업용 가스를 가스 스크러빙부에서 처리하고, 재생법에 의해 이산화탄소와 황
화수소에 함유된 용매를 제거하여, 황성분의 함량이 더 높은 하나 이상의 산성 가스 부분을 얻고, 후속 클라우
스 공정 가스 수소화 반응이 포함되는 클라우스 플랜트에 최고 함량의 황화수소(H2S)를 포함하는 부분을 공급하
고; 최고 함량의 황화수소(H2S)를 포함하는 부분보다 낮은 함량의 황을 가진, 재생 유닛으로부터의 이산화탄소-
풍부, 황화수소-결핍 상태의 하나 이상의 산성 가스 부분을 수소화된 클라우스 공정 가스와 통합시켜 조인트 공
정 가스 스트림을 형성한 후 추가 공정 단계로 전달하거나 공정에 재순환시킨다.
배 경 기 술
천연 가스, 합성 가스, 정유 가스 또는 코크스-오븐 가스와 같은 여러 공업용 가스는, 사용 전에, 그 속에 함유[0002]
된 산성 가스를 제거해야 하는데, 그 이유는 이러한 물질들이 추가 처리에 방해가 되기 때문이다. 추가 처리에
방해가 되므로 얻고자 하는 가스로부터 분리시켜야 하는 전형적인 산성 가스는 황화수소(H2S), 황화카보닐
(COS), 유기황화합물, 암모니아(NH3) 또는 청산(HCN)이다. 이들 가스는 부식 작용을 가지며 독성이다. 얻고자
하는 가스로부터 이들을 제거시키는 한 가지 방법은 이들을 물리적으로 흡수하는 용매를 사용하여 가스를 스크
러빙(세척)하는 것이다. 산성 가스를 흡수하는데 적합한 용매로는, 예를 들어, 탄산프로필렌, N-메틸피롤리돈,
알킬화 폴리에틸렌 글리콜 에테르 및 메탄올이 있다. 화학적으로 흡수하는 용매도 사용가능하지만, 유기황화합
물에 대한 이들의 흡수 능력은 낮기만 하다. 화학적으로 흡수하는 용매의 예로는 에탄올 아민 또는 알칼리염 용
액이 있다.
산성 가스에 함유되어 있는 황화합물을 회수하기 위해서는, 보통 가스 스크러빙 공정의 재생 유닛으로부터 배출[0003]
되는 산성 가스를 클라우스 플랜트에 공급하는데, 이곳 플랜트에서는, 클라우스 반응에 따라, 분리된 황화수소
의 한 부분스트림(part-stream)을 연소하여 이산화황을 생성한 후, 황화수소의 잔여 스트림을 사용하여 상기 이
산화황을 변환시켜 함께 황(유황)을 형성한다. 황은 여러 다양한 방식으로 추가 사용될 수 있다.
종종, 처리 대상 공업용 가스에는 황화수소(H2S), 황화산화탄소(COS) 및 메르캅탄과 같은 황성분들 외에도 상당[0004]
량의 이산화탄소(CO2) 역시 함유되어 있다. 예를 들면, 합성 가스 생산시 형성된 일산화탄소를 CO 전환에 의해
이산화탄소로 전환시키는 합성 가스 공정에서 다량의 이산화탄소가 형성되면서, 종종 이들 공업용 가스에는 상
당량의 이산화탄소가 함유되어 있다. 따라서, 전환된 합성 가스 내에서 이산화탄소가 차지하는 부분은 최대 50
체적%(vol%)일 수 있다. 다른 한편으로, 전환된 합성 가스 내에서 황성분들이 차지하는 부분은 합성 가스 생산
용 공급원료에 따라 매우 낮을 수 있으며, 가능하게는 0.1 체적% 미만이다.
공개특허 10-2013-0057975
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황-함유 산성 가스로부터 이산화탄소를 분리시키는 조작을 용이하게 하는 종래기술 공정들이 있다. 독일특허출[0005]
원 제10332427 A1호는 가압된 공업용 가스에 물리적 스크러빙제를 사용하여 황화수소 및 다른 산성 가스 성분을
제거시키는 것과, 클라우스 플랜트에서 황화수소로부터 황을 회수하는 방법을 교시하고 있다. 이러한 공정에서
는, 이러한 공정에서는, 처리 대상 공업용 가스 내에 함유되어 있는 산성 가스에 적합한 흡수 용매를 사용하여
가스 스크러빙에 의해 상기 산성 가스를 제거하고, 함유된 흡수제를 재생 유닛에 전달한다. 가스 스크러빙부는
다단식으로, 다양한 재생 스테이지에서의 압력 수준이 서로 상이하되 흡수 단계에서보다 압력을 낮게 하여, 황
성분들이 풍부한 산성 가스를 얻는다. 산성 가스 함량과 종류가 상이할 수 있는 여러 다양한 분획의 산성 가스
가 생성된다.
많은 클라우스 플랜트에서 실제 클라우스 공정의 하류측에서 수소화 반응이 수행되며, 이를 통해 상기 공정에[0006]
존재하는 이산화황은 수소화 반응을 거쳐 전환되어 황화수소를 형성한다. 대개, 이러한 수소화 반응은 소위 클
라우스 공정 가스 처리를 위한 클라우스 공정 가스를 마련하기 위해 필요한 공정 단계이다.
물리적이든 화학적이든, 가스를 스크러빙하는 경우에, 합성 가스로부터 제거되는 황성분들과는 별개로, 처리 대[0007]
상 가스 내에 함유되어 있었던 이산화탄소의 상당량이 스크러빙 조작에 의해 공급 가스로부터 제거되는 것은 어
쩔 수 없는 일이므로, 가스 스크러빙부의 재생 유닛에서 재유리된(re-liberated) 산성 가스의 대부분이 종종 이
산화탄소로 구성되어 있다. 이때 후자는, 연소성 산성 가스가 비활성 이산화탄소로 희석되어 낮은 발열량만 갖
기 때문에, 클라우스 플랜트에서 행해지는 산성 가스의 추가 처리를 방해하며, 그 결과, 클라우스 노(爐)가 안
정적으로 작동하는데 필요한 850 내지 900℃ 이상의 고온을 달성하기가 불가능하거나 겨우 가능할 뿐이다.
이러한 이유 때문에, 첨가제 공급 없이, 클라우스 플랜트의 클라우스 버너(연소기)에 황화수소의 함량이 감소된[0008]
산성 가스 부분을 공급하는 일은 종종 불가능하다.
이는, 예를 들어, 최고 함량의 황화수소(H2S)를 포함하는 부분보다 낮은 함량의 황을 가진 산성 가스 부분 내의[0009]
이산화탄소 함량이 이례적으로 높은 경우에 바람직하지 않다. 황화수소의 함량이 감소된 이러한 부분을 클라우
스 반응기 또는 클라우스 반응챔버에 도입시키면 이산화황과 잔여 황화수소의 추가 반응을 방해하거나 저지시키
는 결과를 낳을 수 있다.
발명의 내용
해결하려는 과제
따라서 본 발명의 목적은 흡수된 이산화탄소의 가능한 한 적은양을 클라우스 공정에 공급하는 방법을 제공함으[0010]
로써 전체 클라우스 플랜트 공정의 부담을 완화하고, 이로써 투자 비용을 절감하고자 함이다.
과제의 해결 수단
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법에 따르면, 한편으로는 황화수소-풍부 산성[0011]
가스 부분만 클라우스 플랜트에 공급하고, 클라우스 플랜트에서 배출되는 클라우스 테일 가스(tail gas) 내에
여전히 함유되어 있는 황화합물을 후속 수소화 반응시켜 거의 완전히 황화수소(H2S)로 수소화시킴으로써, 수소화
된 클라우스 테일 가스를 얻고; 다른 한편으로는 최고 함량의 황화수소(H2S)를 포함하는 부분보다 낮은 함량의
황을 가진, 재생 유닛으로부터의 이산화탄소-풍부, 황화수소-결핍 상태의 하나 이상의 산성 가스 부분을 수소화
된 클라우스 공정 가스와 통합시켜 조인트 공정 가스 스트림을 형성한 후 추가 공정 단계로 전달하거나 공정에
재순환시킨다.
통합된 부분들의 추가 공정은 선택적으로 이루어질 수 있다.[0012]
본원에서 청구되는 요지는 특히 클라우스 공정에서의 이산화탄소-풍부 산성 가스 처리 방법에 관한 것이며, 상[0013]
기 방법에 따르면
(a) 황성분으로부터 분리되어야 하며 산성 가스 성분들로서 적어도 황화수소와 이산화탄소를 함유하고 있는 공[0014]
업용 가스에 이산화탄소보다는 황성분을 더 선별적으로 흡수하는 산성 가스-흡수 용매를 사용하여 먼저 가스 스
크러빙하고,
(b) 함유된 용매를 재생 조작을 위한 재생 유닛에 공급하고,[0015]
(c) 재생 조작 중에 유리(liberate)되고 황성분 및 이산화탄소(CO2)로 이루어진 산성 가스를 둘 이상의 산성 가[0016]
공개특허 10-2013-0057975
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스 부분으로 분리시키며, 황성분의 함량이 더 높은 적어도 하나의 산성 가스 부분을 얻고,
(d) 최고 함량의 황화수소(H2S)를 포함하는 부분을 클라우스 플랜트에 공급하여, 함유된 황화수소(H2S)의 대부분[0017]
을 황(S)으로 전환시키고,
(e) 클라우스 플랜트에서 배출되는 클라우스 공정 가스 내에 여전히 함유되어 있는 황화합물을 후속 수소화 반[0018]
응시켜 거의 완전히 황화수소(H2S)로 수소화시킴으로써 수소화된 클라우스 공정 가스를 얻고,
(f) 최고 함량의 황화수소(H2S)를 포함하는 부분보다 낮은 함량의 황을 가진, 재생 유닛으로부터의 이산화탄소-[0019]
풍부, 황화수소-결핍 상태의 하나 이상의 산성 가스 부분을 수소화된 클라우스 공정 가스와 통합시켜 조인트 공
정 가스 스트림을 형성한 후 추가 공정 단계로 전달하거나 공정에 재순환시킨다.
원칙적으로, 최고 함량의 황화수소(H2S)를 포함하는 부분보다 낮은 함량의 황을 가지는, 재생 유닛으로부터의 이[0020]
산화탄소-풍부, 황화수소-결핍 부분들의 수는 임의적일 수 있다. 최고 함량의 황화수소(H2S)를 포함하는 부분보
다 낮은 함량의 황을 가진, 재생 유닛으로부터의 모든 이산화탄소-풍부, 황화수소-결핍 상태의 산성 가스 부분
을, 원칙적으로는, 수소화된 클라우스 공정 가스에 공급할 수 있다. 본 발명에 따르면, 최고 함량의 황화수소
(H2S)를 포함하는 부분보다 낮은 함량의 황을 가진, 재생 유닛으로부터의 하나 이상의 산성 가스 부분을 수소화
된 클라우스 공정 가스와 통합시켜 조인트 공정 가스 스트림을 형성한 후 추가 공정 단계로 전달하거나 공정에
재순환시켜야 한다.
바람직한 일 구현예에서, 둘 이상의 산성 가스로 분리시키는 조작은 가스 스크러빙으로부터의 산성 가스가 함유[0021]
된 용매를, 재생탑에 공급하기 전에, 이산화탄소를 소모하는 적어도 하나의 플래시 스테이지에 상기 용매를 먼
저 공급함으로써 이산화탄소-풍부 산성 가스 부분, 및 잔여 산성 가스-함유 용매를 얻고, 재생탑에서는 다른 이
산화탄소-결핍 황성분-풍부 상태의 산성 가스 부분을 얻은 후에 산소-함유 가스를 사용하여 연소 조작을 수행하
는 클라우스 버너에 공급함으로써 수행된다.
용매에 함유된 이산화탄소를 소모시키는 조작은, 바람직하게, 재생탑의 상류 흐름 방향으로 배치된 2 내지 4개[0022]
의 플래시 스테이지에서 수행된다. 그러나, 플래시 스테이지의 수는 임의적일 수 있다. 흡수, 플래시 스테이지
에서의 플래싱, 및 재생에 이용되는 공정은 임의적이며, 종래기술에 공지되어 있다. 클라우스 반응기의 버너에
공급된 황성분-풍부 부분스트림 내의 황성분의 양은 공급 가스로부터 분리된 전체 황의 통상 20 내지 40%이다.
본 발명의 일 구현예에서는, 가스 재순환용 압축기를 이용하여, 클라우스 테일 가스 및 이산화탄소-풍부, 황화[0023]
수소-결핍 상태의 산성 가스로부터 통합된 잔여 가스 스트림을 주요 가스 스트림에 설치된 흡수탑에 재순환시킨
다. 그 결과, 이산화탄소는 제1 흡수탑에 재순환되어, 생성 가스와 함께 공정으로부터 배출된다.
본 발명의 또 다른 구현예에서는, 통합된 공정 가스 스트림에 여전히 존재하는 황화수소(H2S)를 흡수탑이 구비된[0024]
적어도 하나의 추가 가스 스크러빙부에 공급함으로써, 황이 거의 함유되지 않은 클라우스 테일 가스를 얻는다.
적어도 하나의 산성 가스 스크러빙부에서, 흡수 목적으로 사용된 용매는, 바람직하게, 이산화탄소(CO2)에 비해[0025]
황성분, 특히 황화수소(H2S)에 대한 높은 선별도를 지닌, 물리적으로 작용하는 용매이다. 적합한 물리적 용매의
예로는 Morphysorb
®
(N-포르밀 모르폴린과 N-아세틸 모르폴린의 혼합물), Selexol
®
(폴리에틸렌 글리콜의 디메틸
에테르류의 혼합물), N-메틸피롤리돈(NMP), 메탄올 또는 프로필렌 카보네이트가 있다. 이러한 용매는 가스 스크
러빙을 위한 흡수탑들 또는 수소화 스테이지 하류측에 있는 흡수탑들 중 적어도 하나에서 사용가능할뿐만 아니
라, 여러 개 또는 모든 흡수탑에서도 사용가능하다.
또한, 적어도 하나의 산성 가스 스크러빙부에서, 이산화탄소(CO2)에 비해 황성분을 선별적으로 제거하는데 적합[0026]
한, 선별적으로 작용하는 화학적 용매는 수용액 형태로도 사용가능하다. 화학적 용매의 예로는 메틸 디에탄올
아민 (MDEA), Flexsorb
®
입체장애 아민류의 혼합물) 또는 알칼리염 용액(예컨대, 칼륨 용액)이 있다. 이러한 용
매는 가스 스크러빙을 위한 흡수탑들 또는 수소화 스테이지 하류측에 있는 흡수탑들 중 적어도 하나에서 사용가
능할뿐만 아니라, 여러 개 또는 모든 흡수탑에서도 사용가능하다.
이산화탄소는 처리 대상 공업용 가스 내에 원하는 임의의 수준으로 함유될 수 있다. 따라서 공급 가스 내의 이[0027]
산화탄소 함량은 예를 들면 30 내지 50 체적%일 수 있다. 황성분의 함량이 이산화탄소의 함량에 비해 거의 없는
수준이라면, 본 발명의 방법을 적용하는 것이 아주 유리할 수 있다. 그러므로, 황성분 함량 중 황화수소가 0.1
공개특허 10-2013-0057975
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내지 1 체적%(또는 몰당량) 범위에 있는 가스를 처리할 수 있다. 처리 대상 공업용 가스에는 암모니아도 함유되
어 있을 수 있다. 탈황처리 대상 공업용 가스는, 예를 들어, CO 전환에서 비롯된 합성 가스일 수 있다. 탈황처
리 대상 공업용 가스는 가령 천연 가스일 수도 있다.
재생 조작시 유리되며 황성분 및 이산화탄소(CO2)로 구성된 산성 가스들이 분리된 것인 산성 가스 부분들의 개수[0028]
는 임의적일 수 있다. 본 발명에 따르면, 최고 함량의 황화수소(H2S)를 포함하는 부분을 클라우스 플랜트의 클라
우스 버너에 공급하므로, 최고 함량의 황화수소(H2S)를 포함하는 부분보다 낮은 함량의 황을 가진 부분들의 개수
역시 임의적일 수 있다.
원칙적으로는, 이들 모두를 수소화된 클라우스 테일 가스와 통합시켜, 클라우스 플랜트 외부에서의 추가 용도를[0029]
위해 전달한다. 클라우스 플랜트 외부에서의 추가 용도를 위해 선택 및 전달되는 부분들의 개수 역시 임의적일
수 있다.
이러한 용도로는 예를 들어 폐기처분이 있을 수 있다. 그러나, 소모된 부분(depleted fraction)들에 함유되어[0030]
있는 가스를 사용하는 추가 공정일 수도 있다. 그러나, 원칙적으로, 추가 사용은 선택적일 수 있다. 본 발명의
또 다른 구현예에 의하면, 수소화 스테이지 및 수소화된 클라우스 테일 가스와 황화수소-결핍, 이산화탄소-풍부
산성 가스 부분의 통합된 스트림의 하류측에 또 하나의 가스 스크러빙부가 있어, 탈황처리된 클라우스 공정 가
스 또는 클라우스 테일 가스를 얻은 후, 예를 들면, 후-연소 유닛에 공급한다. 후-연소 유닛은 산소-함유 공기
또는 공기를 사용하여 잔여 황화합물을 이산화황(SO2)으로 연소시키는 버너를 포함하며, 상기 이산화황은 대기
중으로 배출된다. 여기에서는 추가의 연소가스를 사용하는 것도 가능하다.
클라우스 플랜트를 이용한 통합 부분들의 처리와 클라우스 플랜트 하류측에서의 수소화 스테이지를 예컨대 추가[0031]
공정 흐름에 적용한다.
발명의 효과
본 발명의 장점은 함량이 감소된 황화수소의 산성 가스 부분들을 클라우스 플랜트의 클라우스 버너 또는 클라우[0032]
스 플랜트의 클라우스 반응챔버에 공급할 필요가 없는 대신, 클라우스 플랜트의 테일 가스와 통합시켜 추가 용
도를 위해 전달할 수 있다는 것이다. 이는 따라서 전체 공정의 비용효율을 향상시키는데 도움이 된다.
도면의 간단한 설명
본 발명의 장치를 세 개의 도면을 통해 보다 상세히 설명하기로 하며, 상기 도면들은 본 발명의 장치의 디자인[0033]
에 대한 예일 뿐이다.
도 1은 클라우스 공정으로부터의 수소화된 클라우스 테일 가스와 가스 스크러빙부로부터의 이산화탄소-풍부 산
성 가스 부분을 통합하고, 이렇게 통합된 가스 스트림을 가스 스크러빙 공정에 재순환시키는 본 발명의 일 구현
예를 도시한다.
도 2는 수소화된 클라우스 테일 가스와 가스 스크러빙부로부터의 이산화탄소-풍부 산성 가스 부분을 통합하고,
이렇게 통합된 가스 스트림을 후-연소를 비롯한 또 다른 가스 스크러빙 공정에 공급하는 본 발명의 일 구현예를
도시한다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
도 1은 처리 대상 공급 가스(1a)를 가스 스크러빙부(2)에 공급하는 본 발명의 공정 흐름을 도시한다. 가스 스크[0034]
러빙용으로, 황-함유 공급 가스(1a)를 흡수탑(2)에 공급하여, 상기 공급 가스가 열교환기(2a)에 의해 냉각된 흡
수 용매와 접촉되도록 한다. 이로써 제공되는 처리된 생성 가스(1b)에는 황화합물이 함유되어 있지 않거나 거의
함유되어 있지 않으며, 생성 가스(1b)에는 공급 가스(1a) 내에 함유되어 있었던 이산화탄소의 대부분이 잔류하
고 있으며, 산성 가스(3)가 함유된 용매가 존재한다. 본 발명에 따르면, 상기 함유된 용매는 열교환기들(4a,
4b)로 예열된 후, 플래시 용기(5)에 전달된다. 플래시 용기(5) 내에서 플래싱을 수행한 결과로, 이산화탄소-풍
부, 황화수소-결핍 상태의 산성 가스 부분(6), 및 이산화탄소-결핍, 황성분-풍부 상태의 용매(7)가 생성된다.
이는 재생탑(8)에 전달되며, 재생탑에서, 한 예시적 방식에 따라, 재비기(8a, reboiler)로 가열되며, 가열과 플
래싱 조작에 의해 용매가 황성분-풍부 산성 가스로부터 제거된다. 그 결과로 이산화탄소-결핍, 황성분-풍부 상
태의 산성 가스(9) 및 재생된 용매(10)가 생성된다. 이러한 산성 가스(9)는 응축기(9a)를 경유하여 클라우스 플
랜트(11)에 공급된다. 응축된 증기(9b)는 재생탑(8)에 재순환된다. 플래시 용기(5)에서 배출되는 이산화탄소-풍
공개특허 10-2013-0057975
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부, 황화수소-결핍 상태의 산성 가스 부분(6)은 재생탑(8)에서 배출되는, 황성분(9) 함량이 증가된 상태의 산성
가스 부분(X2, (H2S))보다 낮은 함량의 황성분(X1,(H2S))을 포함한다. 클라우스 플랜트(11)에서, 이산화탄소-결
핍, 황화수소-풍부 상태의 산성 가스(9)는 산소-함유 가스(11a)를 이용한 부분-연소처리에 의해 이산화황(SO2)
로 전환된 후, 이어지는 이산화황과 잔여 황화수소(H2S)의 후반응에 의해 황(11b, S)으로 전환되며, 이렇게 얻
어진 황은 배출되어 추가 용도를 위해 전달된다. 클라우 공정(11)으로부터의 클라우스 공정 가스(12)에는 잔여
황이 주로 이산화황(SO2) 형태로 함유되어 있다. 이 클라우스 공정 가스(12)는 수소화 스테이지(13)에
공급되며, 여기서 사용되는 수소(13a, H2)에 의해 클라우스 공정 가스(12) 내의 잔여 황화합물이 황화수소(H2S)
로 수소화된다. 수소화된 클라우스 공정 가스(14)는 밸브(6a)를 통해 이산화탄소-풍부, 황화수소-결핍 상태의
산성 가스(6)와 통합된 후, 가스 재순환용 응축기(14a), 및 열교환기(14b)를 경우하여 공급 가스(1a)에 재순환
되며, 이로써 공정(14c)에 재순환된다. 이산화탄소(CO2)는 생성 가스(1b)와 함께 공정으로부터 배출된다.
도 2는 수소화된 클라우스 테일 가스(14)와 가스 스크러빙부(2)로부터의 이산화탄소-풍부 산성 가스 부분(12)를[0035]
통합하고, 이렇게 통합된 가스 스트림을 후-연소(14)를 비롯한 또 다른 가스 스크러빙 공정(15)에 공급하는 본
발명의 일 구현예를 도시한다. 도 1에서와 같이, 우선 가스 스크러빙부(2)에서 처리 대상 공급 가스(1a)는 황화
합물로부터 분리된 후, 재생 조작(6, 9)을 거치면서, 이산화탄소-풍부, 황화수소-결핍 상태의 산성 가스(6) 및
이산화탄소-결핍 황화수소-풍부 상태의 산성 가스(9)가 생성된다. 이산화탄소-결핍 황화수소-풍부 상태의 산성
가스(9)는 클라우스 공정(11)에 공급되며, 여기서 이산화탄소-결핍 황화수소-풍부 상태의 산성 가스(9)는 부분-
연소처리되어 이산화황(SO2)으로 전환되고, 이어지는 이산화황과 잔여 황화수소(H2S)의 후반응에 의해 황으로 전
환된 후 배출되어 추가 용도를 위해 전달된다. 클라우스 공정(11)으로부터의 클라우스 공정 가스(12)에는 잔여
황이 주로 이산화황(SO2) 형태로 함유되어 있다. 이 클라우스 공정 가스(12)는 수소화 스테이지(13)에
공급되며, 여기서 사용되는 수소(13a)에 의해 클라우스 공정 가스(12) 내의 잔여 황화합물이 황화수소(H2S)로
수소화된다. 여기서, 수소화된 클라우스 공정 가스(14)가 얻어지며, 본 발명에 따라, 상기 공정 가스는 이산화
탄소-풍부, 황화수소-결핍 상태의 산성 가스(6)와 통합된 후, 가스 스크러빙부(15)와 후속 재생 유닛(16)을 통
과한다. 추가의 가스 스크러빙부(15)로부터 배출되는 황화합물-결핍 상태의 산성 가스(15e)는 후-연소 유닛(1
7)에 공급되며, 여기서 잔여 황화합물은 산소-함유 가스(17a) 및 연소 가스(17b)를 이용한 처리에 의해 연소되
고, 요구되는 경우 배기 가스(18)는 대기 중에 배출시킨다. 재생 유닛(16)으로부터의 황화수소-풍부 클라우스
테일 가스(19)는 클라우스 공정(11) 상류측에 있는 이산화탄소-결핍, 황화수소-풍부 상태의 산성 가스(9)에 재
순환된다.
부호의 설명
1a: 처리 대상 황-함유 공업성 가스, 공급 가스[0036]
1b: 처리된 생성 가스
2: 흡수탑
2a: 열교환기
3: 함유된 용매
4a, 4b: 열교환기
5: 플래시 용기
6: 이산화탄소-풍부, 황화수소-결핍 상태의 산성 가스
6a: 밸브
7: 이산화탄소-결핍, 황성분-풍부 상태로 함유된 용매
8: 재생탑
8a: 재비기
9: 이산화탄소-결핍, 황화수소-풍부 상태의 산성 가스
공개특허 10-2013-0057975
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9a: 응축기
9b: 응축기로 형성된 응축된 증기
10: 재생된 용매
10a: 펌프
11: 버너와 클라우스 반응챔버가 포함된 클라우스 공정
11a: 산소-함유 가스, 공기
11b: 황
12: 클라우스 공정 가스
13: 수소화 단계
13a: 수소
14: 수소화된 클라우스 공정 가스
14a: 가스 재순환용 압축기
14b: 열교환기
14c: 재순환된 공정 가스
15: 추가 가스 스크러빙부의 흡수탑
15a: 함유된 용매
15b: 펌프
15c: 열교환기
15d: 열교환기
15e: 황화합물-결핍 상태의 산성 가스
16: 재생 유닛
16a: 열교환기
16b: 펌프
16c: 재비기
17: 후-연소 유닛
17a: 산소-함유 가스, 공기
17b: 연소 가스
18: 배기 가스
19: 재순환된, 황화수소-풍부 클라우스 테일 가스
X1(H2S): 이산화탄소-풍부 산성 가스 내 H2S 농도
X2(H2S): H2S-풍부 산성 가스 부분 내 H2S 농도
공개특허 10-2013-0057975
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도면
도면1
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도면2
공개특허 10-2013-0057975
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