KR101658448B1 - Multi-step hybrid apparatus for removal of acidic gas and moisture from natural gas and the method therewith - Google Patents
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Abstract
본 발명은 천연가스에 포함된 산성가스와 수분을 제거하는 방법과 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 채굴된 천연가스를 분리막 장치와 흡착 장치를 포함하는 다단계 혼성 장치를 통해, 천연가스 액화공정의 허용 농도인 이산화탄소 50 ppm 미만, 황화수소 4 ppm 미만, 수분 1 ppm 미만으로 포함하는 액화 천연가스급의 제품가스를 생산하기 위한 다단계 혼성 장치에 관한 것이다. 채굴된 천연가스 중에 포함되어 있는 불순물인 산성가스와 수분을 동시에 제거함으로써, 수분제거 공정이 추가로 필요하지 않으며, 기존의 막분리법과 흡수법을 이용하는 공정에 비하여 단순하고 에너지 소모가 감소하며, 모듈화가 용이한 장점이 있다.The present invention relates to a method and apparatus for removing acidic gases and moisture contained in natural gas. More specifically, the mined natural gas is supplied to a liquefied natural gas containing less than 50 ppm of carbon dioxide, less than 4 ppm of hydrogen sulfide, and less than 1 ppm of water, which are allowable concentrations of a natural gas liquefaction process, through a multistage hybrid apparatus including a separation membrane apparatus and an adsorption apparatus To a multistage hybrid apparatus for producing natural gas grade product gas. The water removal process is not further required by simultaneously removing the acid gas and moisture contained in the mined natural gas, and it is simple and less energy consumption than the process using the conventional membrane separation method and the absorption method, .
Description
본 발명은 천연가스에 포함된 산성가스와 수분을 제거하는 방법과 장치에 관한 것으로, 구체적으로는, 분리막 장치와 흡착 장치를 포함하는 다단계 혼성 장치를 사용하여 채굴된 천연가스를 50 ppm 미만의 이산화탄소, 4 ppm 미만의 황화수소, 1 ppm 미만의 수분을 포함하는 액화 천연가스급의 제품가스를 생산할 수 있는 방법 및 이러한 방법에 사용되는 다단계 혼성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and an apparatus for removing acidic gas and moisture contained in natural gas, and more particularly, to a method and apparatus for removing acid gas and moisture contained in natural gas by using a multistage hybrid apparatus including a separation membrane apparatus and an absorption apparatus, , Less than 4 ppm of hydrogen sulphide, less than 1 ppm of water, and a multistage hybrid apparatus used in such a method.
일반적으로, 천연가스전에서 채굴되는 천연가스는 주성분인 메탄(CH4)으로 이루어져 있고, 그 외에 에탄(C2H6), 프로판(C3H8) 및 부탄(C4H10) 등과 같은 탄화수소를 포함하며, 불순물로는 이산화탄소(CO2)와 황화수소(H2S)와 같은 산성가스 성분, 질소(N2), 헬륨(He), 수분(H2O) 및 수은(Hg) 등을 포함하고 있다.Generally, the natural gas mined from the natural gas field is composed mainly of methane (CH 4 ), and hydrocarbons such as ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ) and butane (C 4 H 10 ) Examples of the impurities include an acid gas component such as carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen sulfide (H 2 S), nitrogen (N 2 ), helium (He), water (H 2 O) and mercury .
천연가스는 운송 또는 저장과정 중에서 압축 또는 액화될 수 있는데, 천연가스 내에 포함되어 있는 불순물 중에서 이산화탄소 및 수분은 응결 또는 하이드레이트(hydrate) 형성을 하여 관의 막힘 현상을 유발하고, 반응을 통해 탄산(carbonic acid)을 형성하여 황화수소와 함께 부식 문제를 발생시킬 수 있다.Natural gas can be compressed or liquefied in the course of transportation or storage. Of the impurities contained in the natural gas, carbon dioxide and moisture form condensation or hydrate to cause clogging of the pipe, and carbonic acid to form corrosion problems with hydrogen sulfide.
따라서, 천연가스 내에 포함되어 있는 상기 불순물들은, 천연가스가 액화공정으로 보내지기 전에 전처리 공정을 통해 제거될 필요가 있으며, 이산화탄소 50ppm 미만, 황화수소 4 ppm 미만 및 수분 1 ppm 미만의 액화 천연가스급의 제품가스 수준으로 제거되어야 한다. Thus, the impurities contained in the natural gas need to be removed through a pretreatment process before the natural gas is sent to the liquefaction process, and the liquefied natural gas grade of less than 50 ppm carbon dioxide, less than 4 ppm hydrogen sulfide and less than 1 ppm water The product should be removed to the gas level.
종래의 천연가스에 포함된 산성가스와 수분 제거 공정은 물리적, 화학적 및 물리화학적 흡수액을 이용하여 산성가스를 흡수 제거하고, 수분은 가스 수분 제거 공정(TEG gas dehydration process)과 몰레큘러시브 공정(Molecular sieve process)을 거쳐 이산화탄소 50ppm 미만, 황화수소 4 ppm 미만 수분 1 ppm 미만으로 제거되었다.The conventional acid gas and water removal process in natural gas absorbs and removes acidic gas using physical, chemical and physicochemical absorption liquids. The moisture is removed by the TEG gas dehydration process and the molecular sieve process Molecular sieve process to remove less than 50 ppm of carbon dioxide and less than 4 ppm of hydrogen sulfide to less than 1 ppm of water.
국제공개특허공보 제1992-020431호(1995.03.08 공개)에서는, 공지의 산성가스 제거용 아민의 혼합물을 사용하여 이산화탄소와 황화수소에 대한 아민 선택도를 변화시키는 방법을 제시하고 있으며, 국제공개특허공보 제2013-138437호(2013.09.19 공개)는, 산성가스 중 황화수소만을 선택적으로 제거해주는 아민 흡수제를 제시하였다. 또한, 국제공개특허공보 제2013-188367호(2013.12.19 공개)에서는, 아민 손실을 최소화할 수 있는 여러 가지 구조를 가진 아민들과 그것을 이용한 산성가스 제거 공정을 제시되어 있다.International Patent Publication No. 1992-020431 (published on Mar. 03, 1995) discloses a method of changing the amine selectivity to carbon dioxide and hydrogen sulfide by using a known mixture of an amine for removing an acidic gas, No. 2013-138437 (published Sep. 19, 2013) discloses an amine absorbent that selectively removes only hydrogen sulfide in an acidic gas. In addition, International Publication No. 2013-188367 (published Dec. 19, 2013) discloses amines having various structures capable of minimizing amine loss and an acid gas removal process using the same.
하지만 최근 들어 천연가스전에서 30 vol% 이상의 이산화탄소를 포함하고 있는 천연가스전 개발이 활발히 진행되고 있으며, 앞서 언급한 종래 기술들과 같은 화학적 단일 흡수공정으로는 20 vol% 이상의 이산화탄소를 함유하고 있는 천연가스를 액화 천연가스의 허용농도인 이산화탄소 50 ppm 미만으로 제거가 어렵다는 문제점이 존재한다.In recent years, however, the development of a natural gas field containing more than 30 vol% of carbon dioxide in the natural gas field has been actively under way. In the chemical single absorption process as described above, natural gas containing more than 20 vol% There is a problem that it is difficult to remove carbon dioxide of less than 50 ppm, which is an allowable concentration of liquefied natural gas.
미국 공개특허공보 제2011-0290110호(2011.12.01 공개)는 분리막과 아민 흡수를 이용한 산성가스 제거 혼성 공정을 포함하고 있으며, 멤브레인(membrane)을 사용하여 천연가스에 포함된 다량의 이산화탄소를 1차적으로 제거한 후, 2차적으로 아민 흡수제를 사용하여 이산화탄소 농도를 50 ppm 미만으로 제거하는 방법이 제시되어 있다. 이때 아민 흡수제는 재생탑에서 산성가스를 탈거한 후 재사용된다.U.S. Published Patent Application No. 2011-0290110 (published on Dec. 12, 2011) includes an acid gas removal hybrid process using a membrane and amine absorption, and a large amount of carbon dioxide contained in natural gas is converted into a primary , And then the carbon dioxide concentration is reduced to less than 50 ppm by using an amine absorbent. At this time, the amine absorbent is reused after stripping the acid gas from the regeneration tower.
그러나 이러한 종래 기술은 분리막을 사용함으로써 천연가스 손실이 높다는 문제점이 존재하며, 이러한 문제점에 대한 대안이 결여되어 있다. 또한, 아민 흡수제를 사용할 경우에는, 다량의 무거운 흡수제를 사용해야만 하고, 멤브레인 모듈, 흡수탑 및 재생탑이 차지하는 공간이 넓으며, 아민 흡수액의 재생을 위해 사용되는 에너지가 증가하고, 해상 환경과 같은 부유식 구조물에 적용될 때에는 구조물의 유동으로 인해 흡수 효율이 저하되는 문제점이 여전히 존재한다. 또한, 흡수 공정 후 천연가스에는 여전히 수분이 포화 되어 있으므로, 별도의 수분제거공정이 필요하고, 많은 에너지가 소모된다는 문제점이 있다.However, this conventional technology has a problem that the loss of natural gas is high by using a separation membrane, and an alternative to such a problem is lacking. In addition, when an amine absorbent is used, a large amount of heavy absorbent must be used, the space occupied by the membrane module, the absorption tower and the regeneration tower is large, the energy used for regeneration of the amine absorption liquid is increased, There is still a problem that the absorption efficiency is lowered due to the flow of the structure when it is applied to a floating structure. In addition, since the water is still saturated in the natural gas after the absorption process, there is a problem that a separate water removal process is required and a lot of energy is consumed.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 채굴된 천연가스에 포함된 다량의 산성가스와 수분을 제거하는데 필요한 에너지를 감소시키고, 천연가스의 손실을 최소화하며, 액화 천연가스 공정에 적합하도록 산성가스와 수분을 동시에 제거할 수 있는 다단계 혼성 장치를 제공하는 것을 발명의 목적으로 하고 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to reduce the amount of acid gas and water contained in mined natural gas and to reduce the energy required to minimize moisture loss, And a multi-stage hybrid device capable of simultaneously removing water and moisture.
본 발명에서 제시하는 천연가스에 포함된 산성가스 및 수분 제거를 위한 다단계 혼성 분리 장치는, 상기 천연가스에서 상기 산성가스 및 수분을 1차로 분리하는 기체 분리막 장치; 및 상기 기체 분리막 장치로부터 분리된 제1 잔류가스 내에 잔류하는 수분 및 산성가스를 2차로 분리하는 흡착 분리 장치;를 포함하고, 상기 기체 분리막 장치에서 투과된 가스를 가압하는 압축기; 및 상기 압축기에 의해 압축된 투과 가스에서 천연가스를 분리 및 회수하여 상기 기체 분리막 장치로 공급하는 투과 천연가스 회수 분리막 장치;를 추가로 더 포함하며, 50 ppm 미만의 이산화탄소, 4 ppm 미만의 황화수소, 1 ppm 미만의 수분을 포함하는 액화 천연가스급의 제품가스를 생산할 수 있다. The multi-stage hybrid separation apparatus for removing acidic gas and moisture contained in natural gas according to the present invention comprises: a gas separation membrane device for primarily separating the acid gas and moisture from the natural gas; And an adsorption / separation device for separating moisture and acidic gas remaining in the first residual gas separated from the gas separation membrane device in a second order, the compressor for pressurizing the gas permeated in the gas separation membrane device; And a permeated natural gas recovering membrane device for separating and recovering natural gas from the permeated gas compressed by the compressor and supplying the natural gas to the gas separating membrane device, wherein the permeated natural gas recovering membrane device includes less than 50 ppm carbon dioxide, less than 4 ppm hydrogen sulfide, Liquefied natural gas grade product gas containing less than 1 ppm of water can be produced.
상기 기체 분리막 장치는, 단일 산성가스 분리막 장치이거나, 제1 산성가스 분리막 장치와 제2 산성가스 분리막 장치가 직렬로 연결된 2단 분리막 장치가 사용될 수 있다.The gas separation membrane apparatus may be a single acid gas separation membrane apparatus or a two-stage separation membrane apparatus in which a first acid gas separation membrane apparatus and a second acid gas separation membrane apparatus are connected in series.
특히 상기 기체 분리막 장치가 2단 분리막 장치인 경우에는, 천연가스의 회수 효율을 높이기 위해, 제1 산성가스 분리막 장치에서 투과된 제1 투과가스와 제2 산성가스 분리막 장치에서 투과된 제2 투과가스를 혼합하는 혼합기; 혼합된 제1 및 제2 투과가스의 혼합가스를 가압하는 압축기; 및 상기 압축기에 의해 압축된 혼합가스를 분리하는 투과 천연가스 회수 분리막 장치;를 포함하는 압축 회수 장치를 더 포함할 수 있다.In particular, in the case where the gas separator is a two-stage separator, the first permeated gas permeated in the first acidic gas separation membrane unit and the second permeated gas permeated in the second acidic gas separation membrane unit, ; A compressor for pressurizing the mixed gas of the mixed first and second permeated gases; And a permeated natural gas recovery membrane device for separating the mixed gas compressed by the compressor.
또한 본 발명의 다단계 혼성 분리 장치는, 상기 흡착분리 장치에서 배출되는 배출가스를 회수하여 상기 기체 분리막 장치로 공급하는 배출가스 회수부를 더 포함할 수 있으며, 상기 흡착분리 장치는, 적어도 2개 이상의 흡착탑이 병렬 배치되어, 흡착제에 의한 흡착 과정과 흡착제의 재생 과정이 번갈아 연속적으로 수행된다.Further, the multi-stage hybrid separation apparatus of the present invention may further include an exhaust gas recovery unit for recovering the exhaust gas discharged from the adsorption separation apparatus and supplying the exhaust gas to the gas separation membrane apparatus, wherein the adsorption separation apparatus comprises at least two adsorption tower Are arranged in parallel so that the adsorption process by the adsorbent and the regeneration process of the adsorbent are alternately performed successively.
흡착제의 재생을 위해 사용되는 세정가스는, 상기 다단계 혼성 분리 장치에 의해 산성가스 및 수분이 제거된 천연가스가 사용될 수 있으며, 흡착분리 장치는, 온도변동흡착(Temperature swing adsorption, TSA)장치, 압력변동흡착(Pressure swing adsorption, PSA)장치 및 압력온도변동흡착(Pressure & Temperature swing adsorption, PTSA)장치로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 흡착분리 장치에서의 배출가스는 회수되어 상기 압축기 및 투과 천연가스 회수 분리막 장치를 거쳐 기체 분리막 장치로 공급되는 것이 바람직하다.The cleaning gas used for regenerating the adsorbent may be an acid gas and a natural gas from which moisture has been removed by the multistage hybrid separation apparatus. The adsorption separation apparatus may be a temperature swing adsorption (TSA) apparatus, a pressure A pressure swing adsorption (PSA) device, and a pressure & temperature swing adsorption (PTSA) device, wherein the exhaust gas from the adsorptive separation device is recovered to recover the compressor and permeated natural gas And is supplied to the gas separation membrane device via the separation membrane device.
본 발명의 다른 실시 형태로는 천연가스에 포함된 산성가스 및 수분을 제거하는 방법을 들 수 있는데, 상기 천연가스에서 상기 산성가스 및 수분을 1차적으로 분리하는 기체분리막 분리 단계; 및 상기 기체 분리 단계에서 분리된 제1 잔류가스에 포함된 수분 및 산성가스를 2차적으로 분리하는 흡착분리 단계;를 포함하고, 상기 기체분리막 분리 단계에서 분리된 제1 투과가스를 가압하는 압축단계; 및 상기 압축단계에서 압축된 가스에서 천연가스를 분리 및 회수하여 상기 기체분리 단계로 다시 공급하는 투과 천연가스 회수 분리 단계;를 더 포함하며, 50 ppm 미만의 이산화탄소, 4 ppm 미만의 황화수소, 1 ppm 미만의 수분을 포함하는 액화 천연가스급의 제품가스를 생산할 수 있다.Another embodiment of the present invention is a method for removing acidic gas and moisture contained in a natural gas, comprising: a gas separation membrane separation step for primarily separating the acid gas and moisture from the natural gas; And a second adsorption step of secondarily separating moisture and acid gas contained in the first residual gas separated in the step of separating the gas, wherein the separating step separates the first permeated gas separated in the separating step ; And separating and recovering the natural gas from the gas compressed in the compressing step and feeding it back to the gas separating step, wherein the step of separating and recovering the natural gas comprises the steps of: collecting less than 50 ppm of carbon dioxide, less than 4 ppm of hydrogen sulfide, Lt; RTI ID = 0.0 > liquefied natural gas-grade product gas. ≪ / RTI >
상기 기체분리막 분리 단계는, 단일 산성가스 분리막 장치에 의해 수행되거나, 제1 산성가스 분리막 장치와 제2 산성가스 분리막 장치가 직렬로 연결된 2단 기체 분리막 장치에 의해 수행될 수 있다.The gas separation membrane separation step may be performed by a single acid gas separation membrane apparatus or may be performed by a two-stage gas separation membrane apparatus in which a first acid gas separation membrane apparatus and a second acid gas separation membrane apparatus are connected in series.
흡착분리 단계에서, 재생기 발생하는 배출가스를 회수하여 상기 기체분리 단계로 공급하는 배출가스 회수 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 흡착분리 단계는, 적어도 2개 이상이 병렬 배치된 흡착탑을 통해 수행되어, 흡착제에 의한 흡착 단계와 흡착제의 재생 단계가 번갈아 연속적으로 수행되는 것이 바람직하다.The adsorbing and separating step may further include an exhaust gas recovering step of recovering the exhaust gas generated by the regenerator and supplying the recovered exhaust gas to the gas separating step, wherein the adsorbing and separating step is carried out through the adsorption tower in which at least two or more are arranged in parallel , It is preferable that the adsorption step with the adsorbent and the regeneration step with the adsorbent are carried out alternately and continuously.
상기 흡착제의 재생 단계에서 사용되는 세정가스는, 상기 다단계 혼성 분리 장치에 의해 산성가스 및 수분이 제거된 천연가스가 사용될 수 있으며, 흡착분리 단계는, 온도변동흡착(Temperature swing adsorption, TSA), 압력변동흡착(Pressure swing adsorption, PSA) 및 압력온도변동흡착(Pressure & Temperature swing adsorption, PTSA)로 이루어진 군에서 선택된다.The cleaning gas used in the regeneration step of the adsorbent may be an acid gas and a natural gas from which moisture has been removed by the multistage hybrid separation apparatus. The adsorption separation step may be performed by a temperature swing adsorption (TSA) Pressure swing adsorption (PSA) and pressure & temperature swing adsorption (PTSA).
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본 발명은 액화 천연가스 공정에 적합하도록 막분리법과 흡착법의 다단계 혼성 장치를 통하여 채굴된 천연가스 중에 포함되어 있는 불순물인 산성가스와 수분을 동시에 제거함으로써, 추가적인 수분제거 공정이 필요 없다는 장점이 있다.The present invention is advantageous in that an additional moisture removal step is not necessary by simultaneously removing acidic gas and moisture contained in natural gas mined through a multi-stage mixing apparatus of a membrane separation method and an absorption method so as to be suitable for a liquefied natural gas process.
또한, 본 발명은 기존의 막분리법과 흡수법을 이용하는 공정에 비하여 단순하고, 에너지 저감이 가능하며, 모듈화가 용이하다는 장점이 있으며, 해상 환경과 같은 부유식 구조물에 적용될 때에는 구조물의 유동으로 인한 흡수 효율의 저하가 발생되지 않는다는 장점이 있다. In addition, the present invention has advantages in that it is simple, energy-saving, and easy to modularize as compared with a conventional process using a membrane separation method and an absorption method, and when applied to a floating structure such as a marine environment, There is an advantage that the efficiency is not lowered.
도 1은 본 발명에 따른 다단계 혼성 분리 장치를 도식적으로 제시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산성가스 분리막 장치와 흡착 분리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 산성가스 분리막 장치, 흡착 분리 장치 및 회수분리 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 2단 산성가스 분리막 장치, 흡착 분리 장치 및 압축 회수 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 복수의 산성가스 분리막 장치와 복수의 흡착탑을 포함하는 흡착 분리 장치의 구성을 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a multi-stage hybrid separation apparatus according to the present invention.
2 is a schematic view showing an acidic gas separation membrane device and an adsorption separation device according to an embodiment of the present invention.
3 is a view schematically showing an acidic gas separation membrane device, an adsorption separation device, and a recovery and separation device according to another embodiment of the present invention.
4 is a view schematically showing a two-stage acidic gas separation membrane device, an adsorption separation device, and a compression recovery device according to the present invention.
5 is a view showing the structure of an adsorption separation apparatus including a plurality of acid gas separation membrane devices and a plurality of adsorption towers according to the present invention.
본 발명은 천연가스에 포함된 산성가스 및 수분을 제거하는 다단계 혼성 분리 장치와 방법에 관한 것으로, 이를 통해 액화 천연가스공정에 바로 사용될 수 있는 이산화탄소 50 ppm 미만, 황화수소 4 ppm 미만 및 수분 1 ppm 미만의 고순도 천연가스를 제공할 수 있다.The present invention relates to a multistage hybrid separation apparatus and method for removing acidic gas and moisture contained in natural gas, and is capable of directly using less than 50 ppm of carbon dioxide, less than 4 ppm of hydrogen sulfide and less than 1 ppm of water Of high purity natural gas.
이하에서는 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 살펴보기 위해 실시예와 도면을 참조하여 설명하고자 한다. 다만, 이러한 구체적인 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상이 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위와 이의 균등 범위에 대해서 본 발명의 기술적 사상이 보호되어야 한다.Hereinafter, the technical features of the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings. It should be understood, however, that the technical idea of the present invention is not limited by these specific embodiments, but the technical idea of the present invention should be protected with respect to the claims and their equivalents.
먼저, 도 1에 제시된 것처럼, 본 발명의 천연가스에 포함된 산성가스 및 수분을 제거하는 다단계 혼성 분리 장치는, 천연가스 중에 포함된 산성가스와 수분을 1차 분리하는 기체 분리막 장치(100)와 상기 기체 분리막 장치와 직렬로 연결된, 산성가스와 수분의 2차 분리가 이루어지는, 흡착 분리 장치(300)를 포함한다. First, as shown in FIG. 1, the multi-stage hybrid separation apparatus for removing acidic gas and moisture contained in the natural gas of the present invention comprises a gas
상기 기체 분리막 장치(100)는, 채굴된 천연가스(1)에 포함된 산성가스의 함유량 또는 수분의 함유량 및 천연가스의 용도에 따라서 단일 또는 다단 분리막 장치로 구성될 수 있으며, 기체 분리막 장치를 다단으로 사용할 경우에는 천연가스 손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다. The gas
이러한 기체 분리막 장치에서 산성가스와 수분이 투과(Permeate)측으로 1차 분리되고, 분리되지 않고 남은 제1 잔류가스(50)는 2차 분리 단계인 흡착 분리 장치(300)로 이동된다. 상기 흡착 분리 장치(300)에서 산성가스와 수분이 분리된 후 배출되는 고품위의 천연가스(제품가스) 흐름의 일부, 즉 재생 단계에서 배출되는 배출 가스(90)는 회수되어 기체 분리막 장치(100)로 재순환되고, 제품가스(99)를 생산하게 된다. 이때 흡착 분리 장치는 후술되는 바와 같이, 단일 또는 복수의 흡착탑으로 이루어질 수 있으며, 복수의 흡착탑으로 구성될 경우에는 각각의 흡착탑이 교번적으로 흡착과 재생단계가 사이클을 이루어 진행되어, 흡착 공정이 연속적으로 수행될 수 있다. 재생 단계에서의 배출 가스는 향류 감압 및 제품 세정 단계에서 배출되며, 세정 가스로 제품가스의 일부가 사용된다.In this gas separation membrane device, the acid gas and water are primarily separated to the permeate side, and the first
흡착 분리 장치는 온도변동흡착(Temperature swing adsorption, TSA)장치, 압력변동흡착(Pressure swing adsorption, PSA)장치 및 압력온도변동흡착(Pressure & Temperature swing adsorption, PTSA)장치 중 하나 이상이 사용될 수 있다.The adsorptive separation apparatus may be one or more of a temperature swing adsorption (TSA) apparatus, a pressure swing adsorption (PSA) apparatus, and a pressure and temperature swing adsorption (PTSA) apparatus.
흡착 분리 장치의 흡착탑 내에 충진되는 흡착제는, 산성가스와 수분을 선택적으로 흡착할 수 있는 물질인 제올라이트, 활성 알루미나 또는 활성탄, 분자체탄소 등과 같은 탄소계 흡착제 등이 사용될 수 있다. 구체적인 예를 들면, 제올라이트 A, X, 또는 Y, 활성 알루미나, 아민이 부착된 실리카, 활성탄, 산성가스 흡착성이 높은 탄소분자체(Carbon molecular sieve, CMS), 알칼리금속 카보네이트가 분산된 산성가스 선택성 흡착제 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상이 사용될 수 있는데, 흡착탑에 충진되어 흡착제로 사용될 수 있으면서 산성가스와 수분에 대한 흡착성이 높은 재료라면 특별히 한정되는 것은 아니다.As the adsorbent to be packed in the adsorption tower of the adsorption separation apparatus, a carbon-based adsorbent such as zeolite, activated alumina, activated carbon, molecular sieve carbon or the like which is capable of selectively adsorbing acidic gas and moisture can be used. Specific examples of the adsorbent include zeolite A, X or Y, activated alumina, amine-attached silica, activated carbon, carbon molecular sieve (CMS) having high adsorbability to acid gas, acidic gas selective adsorbent with alkali metal carbonate dispersed therein . It is not particularly limited as long as it is a material that can be used as an adsorbent and filled with an adsorption tower and has high adsorption to acidic gas and moisture.
도 2에 제시된 바와 같이, 본 발명의 다단계 혼성 장치는 기체 분리막 장치(100), 흡착 분리 장치(300) 및 상기 흡착 분리 장치에서 배출되는 배출가스(90)를 회수하는 압축기(200)를 포함할 수 있는데, 상기 압축기에서 가압된 배출가스는 기체 분리막 장치(100)로 재순환될 수 있다.2, the multistage hybrid apparatus of the present invention includes a
본 발명에서 사용되는 기체 분리막 장치(100)는 원칙적으로 2성분 이상의 가스 혼합물 을 분리할 수 있는 모든 분리막을 포함할 수 있으며, 사용될 수 있는 분리막의 재질 역시 고분자 중합체로 국한되는 것은 아니다. In principle, the gas
기체 분리막(105)으로 유용하게 사용될 수 있는 중합체로는, 폴리스틸렌(Polystyrene, PS), 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리술폰(Polysulfone, PSF) 폴리에테르술폰(Polyehter sulfone, PES), 폴리실록산(Polysiloxane), 폴리페닐렌옥사이드(Polyphenyleneoxide), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethyleneoxide), 폴리프로필렌옥사이드(Polypropyleneoxide), 셀룰로스아세테이트(Celluloseacetate) 및 이들의 유도체, 고유한 미세다공성을 갖는 중합체, 혼합된 매트릭스 막, 촉진된 수용막,탄소 막, 또는 제올라이트와 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 재료를 들 수 있는데, 기체 분리막 장치로 사용될 수 있으면서도 산성가스와 수분에 대한 투과도가 높은 재질의 소재라면 적용 가능하므로 특별히 한정되는 것은 아니다. Polymers useful for the
분리막은 중공 섬유 막 및 편평한 막의 형태로 사용될 수 있는데, 이러한 분리막은 모듈 형태로 조립되어 분리 공정에 사용된다. 사용될 수 있는 분리막 모듈은 기존의 공지된 형태의 가스 분리막 모듈일 수 있는데, 예를 들어 중공 섬유 가스 분리 모듈 뿐만 아니라, 나선으로 감긴 가스 분리 모듈, 쿠션 가스 분리 모듈 또는 관 다발 가스 분리 모듈 등이 사용될 수 있다.Membranes can be used in the form of hollow fiber membranes and flat membranes, which are assembled in modules and used in a separation process. The separator module that can be used may be a conventional known type of gas separation membrane module, for example, a hollow fiber gas separation module, a spiral wound gas separation module, a cushion gas separation module, or a tube bundle gas separation module .
도 3에는 본 발명의 다른 일 실시형태인, 기체 분리막 장치(100), 흡착 분리 장치(300), 압축기(200) 및 투과 천연가스 회수 분리막 장치(250)를 포함하는 다단계 혼성 장치가 제시되어 있다. 기체 분리막 장치(100)에서 투과된 가스 및 흡착 분리 장치에서 배출된 가스(90)를 회수하여 압축기(200)로 가압한 후, 투과 천연가스 회수 분리막 장치(250)를 통해 천연가스를 회수함으로써, 천연가스의 손실을 최소화할 수 있는 장점을 갖는다. 3, there is shown a multistage hybrid apparatus including a gas
이때 사용되는 투과 천연가스 회수 분리막(255)은, 산성가스에 대한 선택성이 높은 분리막이 바람직한데, 산성가스에 대한 선택성이 높은 재질이라면 사용 가능하므로 특별히 한정되는 것은 아니며, 구체적으로 예들 들면, 6-FDA계 폴리이미드(2,2-Bis(3,4-carboxyphenyl) hexafluoropropane dianhydride based polyimide) 및 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate, PMMA) 고분자의 공중합체 등이 있다.The permeable natural
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시형태인, 2단 산성가스 분리막 장치(110, 120), 흡착 분리 장치(300) 및 압축 회수 장치(190, 200, 250)를 포함하는 다단계 혼성 장치가 제시되어 있다. 상기 2단 산성가스 분리막 장치(110, 120)는 산성가스 분리막 장치가 직렬로 연결되어 있고, 직렬 연결된 각각의 제1 산성가스 분리막(110)과 제2 산성가스 분리막(120)에서 투과된 제1 투과가스(10) 및 제2 투과가스(20)와, 흡착 분리 장치에서 배출된 배출가스(90)가 회수되어 혼합기(190)에서 혼합된 후, 압축기(200)로 보내져 가압되고, 투과 천연가스 회수 분리막 장치(250)를 통해 본 발명의 다단계 혼성 장치의 원료 도입부로 재순환된다. 4, there is shown a multi-stage hybrid apparatus including a two-stage acidic gas
본 발명에서 기체 분리막 장치는, 앞서 도 1 내지 도 3에서 살펴본 바와 같이 단일 분리막 장치를 사용할 수 있으며, 필요에 따라 도 4와 같이, 직렬로 연결된 2단 이상의 다단 분리막이 사용될 수 있다. 또한 천연가스의 회수율을 향상시키기 위해서, 상기 다단 분리막의 투과부에서 나온 투과가스를 재순환시키는 것이 바람직하다.As shown in FIGS. 1 to 3, a single membrane device may be used in the gas separator of the present invention. If necessary, two or more multi-stage separators connected in series may be used as shown in FIG. Further, in order to improve the recovery rate of the natural gas, it is preferable to recycle the permeated gas from the permeate portion of the multi-stage separation membrane.
단일 분리막 모듈을 사용하여 천연가스에서 산성가스 및 수분을 분리할 경우, 잔류부 산성가스 농도가 높고 회수율이 낮은 문제점이 있으므로, 산성가스의 농도 및 회수율 등의 공정 효율을 고려할 때, 분리막 모듈은 적어도 2단 이상의 분리막 모듈 형태가 바람직하고, 제1 분리막 면적과 제2 분리막 면적의 비가 1 :1.5 내지 1 : 3.0의 범위인 것이 바람직하다.When separating the acid gas and water from the natural gas using the single membrane module, there is a problem in that the residual acid gas concentration is high and the recovery rate is low. Therefore, considering the process efficiency such as concentration and recovery rate of the acid gas, It is preferable that the form of the separation membrane module is two or more stages, and the ratio of the first separation membrane area and the second separation membrane area is in the range of 1: 1.5 to 1: 3.0.
예를 들어, 2단 분리막 모듈인 경우, 제1 분리막의 면적이 제2 분리막의 면적보다 클 때에는 천연가스의 회수율 및 메탄의 순도가 낮아지는 문제점이 있으며, 제1 분리막 면적과 제2 분리막 면적의 비가 1 : 1.5 미만인 경우에는 재순환되는 천연가스의 양이 많아 압축에 많은 에너지가 소요되는 문제점이 있고, 1 : 3.0 을 초과하는 경우에는 분리막 및 관련 배관의 소요비용이 높아지는 문제점이 발생한다.For example, in the case of a two-stage separation membrane module, when the area of the first separation membrane is larger than the area of the second separation membrane, the recovery rate of natural gas and the purity of methane are lowered. If the ratio is less than 1: 1.5, there is a problem that a large amount of recycled natural gas is required to be compressed, and a large amount of energy is required for compression. When the ratio exceeds 1: 3.0, the cost of the separation membrane and related piping increases.
도 5에는 기체 분리막 장치(100)에서 배출된 제1 잔류가스가 유입되는 흡착 분리 장치(300)의 압력 변동 공정이 제시되어 있다.5 shows a pressure fluctuation process of the
상기 흡착 분리 장치(300)는, 기체 분리막 장치(100)를 통과한 제1 잔류가스를 공급하는 공급관과 연결된 다수개의 흡착탑(401~404), 상기 흡착탑에서 회수된 천연가스가 저장되는 제품 서지탱크(370), 및 상기 흡착탑과 제품 서지 탱크를 연결하는 다수의 관들을 개폐하는 다수 개의 밸브들을 포함한다.The adsorbing and separating
상기 흡착탑은 적어도 2개 이상의 흡착탑이 병렬 배치된 제1 내지 제4 흡착탑(401~404)을 포함하며, 각 흡착탑의 하단부에는 제1 잔류가스가 공급되는 공급관이 각각 제1 내지 제4 공급밸브(441~444)를 통해 흡착탑으로 공급된다.The adsorption tower includes first to fourth adsorption towers 401 to 404 in which at least two adsorption towers are arranged in parallel, and a supply pipe through which the first residual gas is supplied is connected to the lower end of each adsorption tower through first to
상기 제1 내지 제4 흡착탑을 통해 정제된 천연가스는 각 흡착탑과 제품 밸브(481~484)를 통해 연결된 제품 서지탱크(370)에 일부 저장된다.The natural gas purified through the first to fourth adsorption towers is partially stored in the
상기 제품 서지탱크(370)에 저장된 제품가스는, 제품 세정 밸브(471~474) 및 제품 축압 밸브(461~464)의 작동에 의해, 각 흡착탑의 재생 과정에 사용된다. 압력균등화 밸브(411~414, 491~494)는 감압 단계에서 사용되며, 구체적인 각 밸브 작동에 관한 내용은 종래의 공지된 등록특허공보 제0822847호에 제시되어 있으므로, 여기서는 자세한 설명은 생략한다.The product gas stored in the
제1 잔류가스가 공급되는 공급관과 제품 서지탱크 전 후에 MFC(Mass flow controller, 310)를 두어 흡착 분리 장치 내의 축압 및 세정가스의 유량을 조절한다. MFC(310)의 공급 유체 압력을 FPR(320, fore pressure regulator)을 통해 일정하게 유지시켜준다. 제품 가스(99) 생산 전 BPR(330, back pressure regulator)을 통해 적절한 범위의 압력으로 운전될 수 있도록 한다.A mass flow controller (MFC) 310 is disposed before and after the supply pipe for supplying the first residual gas and the product surge tank to regulate the axial pressure in the adsorption separator and the flow rate of the cleaning gas. And maintains the supply fluid pressure of the
흡착탑이 2개인 2탑식 운전의 경우, 각 흡착탑은 흡착-향류 감압-세정-제품 축압 단계를 포함하는 압력 변동 공정이 수행되는데, 상기 향류 감압; 제품 가스를 이용한 저압 흡착제 세정; 및 세정 후 흡착탑을 제품가스를 사용하여 축압하는 단계;는 하나의 재생 공정 사이클을 이루게 되어, 하나의 흡착탑에서 흡착 단계가 수행될 때, 다른 하나의 흡착탑에서는 재생 공정 사이클이 수행된다. 이렇게 서로 다른 두 개의 흡착탑에서 각각 흡착 공정과 재생 공정이 동시에 진행됨으로써, 연속적인 흡착 분리 장치(300)의 운전이 가능하다.In the case of a two-column operation in which two adsorption towers are used, each adsorption tower is subjected to a pressure fluctuation process including adsorption-countercurrent depressurization-cleaning-product counterpressure steps, wherein the countercurrent depressurization; Low pressure adsorbent cleaning using product gas; And a step of compressing the adsorption tower using the product gas after the washing and the adsorption tower after the adsorption tower are subjected to one regeneration process cycle so that a regeneration process cycle is performed in the other adsorption tower when the adsorption step is carried out in one adsorption tower. The adsorption process and the regeneration process are performed simultaneously in the two different adsorption towers, so that the continuous adsorption /
흡착탑이 3개 이상인 3탑식 이상의 운전일 경우에는 흡착-압력균등화-향류감압-세정-제품축압 단계를 거치는 압력 변동 공정이 진행될 수 있는데, 앞서 2탑식 운전 공정에 추가로 메탄 성분을 회수하기 위한 압력균등화 단계가 더 포함될 수 있는데, 이러한 압력균등화 단계를 통해서 제품 가스의 회수율을 높일 수 있다. In the case of three or more operation with more than three adsorption towers, a pressure fluctuation process can be carried out through adsorption - pressure equalization - countercurrent depressurization - cleaning - product stocking step. In addition, the pressure for recovering the methane component An equalization step may be further included, and this pressure equalization step can increase the recovery rate of the product gas.
이렇게 흡착 공정에 의한 메탄 성분의 회수율을 높이면, 분리막 단계에서 회수되어야 하는 가스의 양이 감소하기 때문에, 앞선 기체 분리막 공정의 처리 부하를 낮출 수 있는 효과가 있다.When the recovery rate of the methane component by the adsorption process is increased, the amount of gas to be recovered in the separation membrane stage is reduced, so that the processing load of the foregoing gas separation membrane process can be reduced.
본 발명은 채굴된 천연가스 내 산성가스 및 수분 제거를 위한 공정용에 한정되지 않고 매립지 가스, 석탄층 메탄가스(Coal Bea Methane, CBM) 등과 같은 다양한 원료가스에서 산성가스와 수분 제거 공정으로 활용 가능하다.
The present invention is not limited to the process for removing acidic gas and moisture in mined natural gas, but it can be utilized as an acid gas and moisture removal process in various raw material gases such as landfill gas, coal bed methane (CBM), etc. .
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나, 이하 실시 예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로써 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, it should be understood that the following examples are given to enable those skilled in the art to understand the present invention without departing from the scope of the present invention. It is not.
[[ 실시예Example ]]
이산화탄소 30 vol%, 황화수소 200 ppm 및 수분 600 ppm 을 포함하는 메탄 가스 흐름을 모델 천연가스로 사용하여, 2단 분리막 장치와 2탑식 압력변동흡착공정(PSA)가 직렬로 연결된 다단계 혼성 장치에 도입하여 산성가스 및 수분의 분리 효율을 측정하였다.A two-stage separation membrane apparatus and a two-column pressure swing adsorption process (PSA) were introduced into a multistage hybrid apparatus in which a methane gas flow containing carbon dioxide of 30 vol%, hydrogen sulfide of 200 ppm and water of 600 ppm was used as a model natural gas, The separation efficiency of acid gas and water was measured.
2단 분리막 장치에 의한 1차 분리 공정과 2탑식 압력변동흡착공정(PSA)의 2차 분리 공정은 각각 25 ℃, 60 bar의 온도와 압력에서 수행되었으며, 2탑식 압력변동흡착공정(PSA)의 운전 시간은 아래의 표 1에 정리하였다.The first separation process by the two-stage separation membrane apparatus and the second separation process by the two-column pressure swing adsorption process (PSA) were carried out at a temperature and pressure of 25 bar and a pressure of 60 bar, respectively. The operating time is summarized in Table 1 below.
2단 기체 분리막 장치를 통해 배출된 가스의 조성과 2탑식 압력변동흡착공정을 통해 배출된 가스의 조성을 측정한 결과는 아래의 표 2와 같다.The composition of the discharged gas through the two-stage gas separation membrane device and the composition of the discharged gas through the two-column pressure swing adsorption process are shown in Table 2 below.
상기 표 2의 실험 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명의 2단 분리막 장치에 의한 1차 분리 공정과 2탑식 압력변동흡착공정(PSA)의 2차 분리 공정을 통해 모델 천연가스 내의 산성가스와 수분의 농도는, 천연가스의 액화공정에 적합한 수준인, 이산화탄소 50ppm 미만, 황화수소 4 ppm 미만 및 수분 1 ppm 미만의 범위로 제거됨을 확인할 수 있었다. 이러한 실험을 통해 본 발명의 다단계 혼성 분리 장치는, 천연가스에 포함된 산성가스 및 수분을 효과적으로 제거할 수 있음을 알 수 있다. As can be seen from the experimental results in Table 2, the primary separation process using the two-stage separation membrane apparatus of the present invention and the secondary separation process using the two-column pressure swing adsorption process (PSA) It was confirmed that the concentration was reduced to less than 50 ppm of carbon dioxide, less than 4 ppm of hydrogen sulfide, and less than 1 ppm of water, which is a level suitable for the liquefaction process of natural gas. It can be seen from these experiments that the multi-stage hybrid separation apparatus of the present invention can effectively remove acidic gas and moisture contained in natural gas.
1 : 채굴된 천연가스 10 : 제1 투과가스
20 : 제2 투과가스 50 : 제1 잔류가스
90 : 배출가스 99 : 제품 가스
100 : 기체 분리막 장치 110 : 제1 산성가스 분리막 장치
105, 115, 125, 255 : 기체 분리막 120 : 제2 산성가스 분리막 장치
190 : 혼합기 200 : 압축기
250 : 투과 천연가스 회수 분리막 장치
300 : 흡착 분리 장치 310 : MFC(Mass flow controller)
315 : MFM(Mass flow meter) 320 : FPR(fore pressure regulator)
330 : BPR(back pressure regulator) 370 : 제품 서지탱크(Surge tank)
401~402 : 흡착탑 411~414, 491~494 : 압력균등화 밸브
441~444 : 공급밸브 451~454 : 배출가스 밸브
461~464 : 제품 축압 밸브 471~474 : 제품 세정 밸브
481~484 : 제품 밸브 1: mined natural gas 10: first permeate gas
20: second permeable gas 50: first residual gas
90: Exhaust gas 99: Product gas
100: Gas separation membrane device 110: First acid gas separation membrane device
105, 115, 125, 255: gas separator 120: second acid gas separator
190: Mixer 200: Compressor
250: permeable natural gas recovery membrane device
300: Adsorption separation device 310: Mass flow controller (MFC)
315: MFM (Mass flow meter) 320: FPR (fore pressure regulator)
330: back pressure regulator (BPR) 370: product surge tank
401 to 402:
441 to 444:
461 ~ 464:
481 to 484: Product Valve
Claims (17)
상기 천연가스에서 상기 산성가스 및 수분을 1차로 분리하는 기체 분리막 장치; 및 상기 기체 분리막 장치로부터 분리된 제1 잔류가스 내에 잔류하는 수분 및 산성가스를 2차로 분리하는 흡착 분리 장치;를 포함하고,
상기 기체 분리막 장치에서 투과된 가스를 가압하는 압축기; 및 상기 압축기에 의해 압축된 투과 가스에서 천연가스를 분리 및 회수하여 상기 기체 분리막 장치로 공급하는 투과 천연가스 회수 분리막 장치;를 추가로 더 포함하며,
50 ppm 미만의 이산화탄소, 4 ppm 미만의 황화수소, 1 ppm 미만의 수분을 포함하는 액화 천연가스급의 제품가스를 생산할 수 있는, 천연가스에 포함된 산성가스 및 수분 제거를 위한 다단계 혼성 분리 장치.1. An apparatus for removing acidic gas and moisture contained in natural gas,
A gas separation membrane device for primarily separating the acid gas and moisture from the natural gas; And an adsorptive separation device for separating the moisture and the acidic gas remaining in the first residual gas separated from the gas separation membrane device in a second order,
A compressor for pressurizing the gas permeated in the gas separation membrane device; And a permeated natural gas recovering membrane device for separating and recovering natural gas from the permeated gas compressed by the compressor and supplying the natural gas to the gas separating membrane device,
A multi-stage hybrid separation device for removing acid gas and moisture contained in natural gas, capable of producing liquefied natural gas product gas containing less than 50 ppm carbon dioxide, less than 4 ppm hydrogen sulfide, and less than 1 ppm water.
상기 기체 분리막 장치는, 단일 산성가스 분리막 장치이거나, 제1 산성가스 분리막 장치와 제2 산성가스 분리막 장치가 직렬로 연결된 2단 분리막 장치인, 천연가스에 포함된 산성가스 및 수분 제거를 위한 다단계 혼성 분리 장치.The method according to claim 1,
The gas separation membrane device may be a single acid gas separation membrane device or a two-stage separation membrane device in which a first acid gas separation membrane device and a second acid gas separation membrane device are connected in series, Separating device.
상기 기체 분리막 장치가 2단 분리막 장치인 경우에는, 천연가스의 회수 효율을 높이기 위해, 제1 산성가스 분리막 장치에서 투과된 제1 투과가스와 제2 산성가스 분리막 장치에서 투과된 제2 투과가스를 혼합하는 혼합기; 혼합된 제1 및 제2 투과가스의 혼합가스를 가압하는 압축기; 및 상기 압축기에 의해 압축된 혼합가스를 분리하는 투과 천연가스 회수 분리막 장치;를 포함하는 압축 회수 장치를 더 포함하는, 천연가스에 포함된 산성가스 및 수분 제거를 위한 다단계 혼성 분리 장치.The method of claim 3,
In the case where the gas separating membrane device is a two-stage separating membrane device, in order to improve the recovery efficiency of natural gas, the first permeating gas permeated in the first acidic gas separating membrane device and the second permeable gas permeated in the second acidic gas separating membrane device Mixer to mix; A compressor for pressurizing the mixed gas of the mixed first and second permeated gases; And a permeable natural gas recovery membrane device for separating the mixed gas compressed by the compressor. The multi-stage hybrid separation device for removal of acid gas and moisture contained in natural gas.
상기 흡착분리 장치에서 배출되는 가스는 회수되어 상기 압축기 및 투과 천연가스 회수 분리막 장치로 공급되는 것을 특징으로 하는, 천연가스에 포함된 산성가스 및 수분 제거를 위한 다단계 혼성 분리 장치.The method according to claim 1,
Wherein the gas discharged from the adsorption separation unit is recovered and supplied to the compressor and the permeated natural gas recovery membrane unit.
상기 흡착분리 장치는, 적어도 2개 이상의 흡착탑이 병렬 배치되어, 흡착제에 의한 흡착 과정과 흡착제의 재생 과정이 번갈아 연속적으로 수행되는, 천연가스에 포함된 산성가스 및 수분 제거를 위한 다단계 혼성 분리 장치.The method according to claim 1,
Wherein the adsorbing and separating apparatus comprises at least two or more adsorption columns arranged in parallel so that the adsorption process by the adsorbent and the regeneration process of the adsorbent are carried out alternately and continuously.
상기 흡착제의 재생을 위해 사용되는 세정가스는, 상기 다단계 혼성 분리 장치에 의해 산성가스 및 수분이 제거된 천연가스인, 천연가스에 포함된 산성가스 및 수분 제거를 위한 다단계 혼성 분리 장치.The method according to claim 6,
Wherein the cleaning gas used for regeneration of the adsorbent is an acid gas and a natural gas from which moisture is removed by the multistage hybrid separation apparatus, the acid gas contained in the natural gas, and the multistage hybrid separation apparatus for removing moisture.
상기 흡착분리 장치는, 온도변동흡착(Temperature swing adsorption, TSA)장치, 압력변동흡착(Pressure swing adsorption, PSA)장치 및 압력온도변동흡착(Pressure & Temperature swing adsorption, PTSA)장치로 이루어진 군에서 선택되는, 천연가스에 포함된 산성가스 및 수분 제거를 위한 다단계 혼성 분리 장치.The method according to claim 1,
The adsorptive separation device may be selected from the group consisting of a temperature swing adsorption (TSA) device, a pressure swing adsorption (PSA) device, and a pressure and temperature swing adsorption (PTSA) device , Acid gas contained in natural gas, and multi-stage hybrid separation equipment for moisture removal.
상기 천연가스에서 상기 산성가스 및 수분을 1차적으로 분리하는 기체 분리 단계; 및
상기 기체 분리 단계에서 분리된 제1 잔류가스에 포함된 수분 및 산성가스를 2차적으로 분리하는 흡착분리 단계;를 포함하고,
상기 기체 분리 단계에서 분리된 제1 투과가스를 가압하는 압축단계; 및 상기 압축단계에서 압축된 가스에서 천연가스를 분리 및 회수하여 상기 기체분리 단계로 다시 공급하는 투과 천연가스 회수 분리 단계;를 더 포함하며,
50 ppm 미만의 이산화탄소, 4 ppm 미만의 황화수소, 1 ppm 미만의 수분을 포함하는 액화 천연가스급의 제품가스를 생산하기 위한, 천연가스에 포함된 산성가스 및 수분 제거를 위한 다단계 혼성 분리 방법.A method for removing acidic gas and moisture contained in natural gas,
A gas separation step of primarily separating the acid gas and moisture from the natural gas; And
And an adsorbing and separating step of separating the moisture and the acid gas contained in the first residual gas separated in the gas separating step,
A compressing step of compressing the first permeated gas separated in the gas separating step; And separating and recovering the natural gas from the compressed gas in the compressing step and supplying the recovered natural gas again to the gas separating step,
A multi-stage hybrid separation method for removing acid gas and moisture contained in natural gas to produce liquefied natural gas grade product gas comprising less than 50 ppm carbon dioxide, less than 4 ppm hydrogen sulfide, less than 1 ppm water.
상기 기체분리막 분리 단계는, 단일 산성가스 분리막 장치에 의해 수행되거나, 제1 산성가스 분리막 장치와 제2 산성가스 분리막 장치가 직렬로 연결된 2단 기체 분리막 장치에 의해 수행되는, 천연가스에 포함된 산성가스 및 수분 제거를 위한 다단계 혼성 분리 방법.11. The method of claim 10,
The gas separation membrane separation step may be performed by a single acid gas separation membrane device or may be performed by a two stage gas separation membrane device in which a first acid gas separation membrane device and a second acid gas separation membrane device are connected in series, A multistage hybrid separation method for gas and water removal.
상기 흡착분리 단계에서 재생 시 발생하는 배출가스를 회수하여 상기 제1 투과가스를 가압하는 압축단계로 공급하는 배출가스 회수 단계를 포함하는, 천연가스에 포함된 산성가스 및 수분 제거를 위한 다단계 혼성 분리 방법.11. The method of claim 10,
And an exhaust gas recovery step of recovering the exhaust gas generated during the regeneration in the adsorbing and separating step and supplying the exhaust gas to the compression step of pressurizing the first permeated gas. Way.
상기 흡착분리 단계는, 적어도 2개 이상이 병렬 배치된 흡착탑을 통해 수행되어, 흡착제에 의한 흡착 단계와 흡착제의 재생 단계가 번갈아 연속적으로 수행되는, 천연가스에 포함된 산성가스 및 수분 제거를 위한 다단계 혼성 분리 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the adsorption and separation step is carried out through at least two adsorption towers arranged in parallel so that the adsorption step with the adsorbent and the regeneration step with the adsorbent are alternately carried out successively, Hybrid separation method.
상기 흡착제의 재생 단계에서 사용되는 세정가스는, 상기 다단계 혼성 분리 장치에 의해 산성가스 및 수분이 제거된 천연가스인, 천연가스에 포함된 산성가스 및 수분 제거를 위한 다단계 혼성 분리 방법.15. The method of claim 14,
Wherein the cleaning gas used in the regeneration step of the adsorbent is a natural gas from which acid gas and moisture have been removed by the multistage hybrid separation apparatus.
상기 흡착분리 단계는, 온도변동흡착(Temperature swing adsorption, TSA), 압력변동흡착(Pressure swing adsorption, PSA) 및 압력온도변동흡착(Pressure & Temperature swing adsorption, PTSA)로 이루어진 군에서 선택되는, 천연가스에 포함된 산성가스 및 수분 제거를 위한 다단계 혼성 분리 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the adsorbing and separating step is a step of adsorbing a natural gas selected from the group consisting of temperature swing adsorption (TSA), pressure swing adsorption (PSA), and pressure & temperature swing adsorption (PTSA) A multi-stage hybrid separation method for removing acidic gas and moisture contained in a reactor.
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