KR20090006156A - 고순도 이산화탄소를 회수하기 위한 진공 압력 순환 방법 - Google Patents
고순도 이산화탄소를 회수하기 위한 진공 압력 순환 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20090006156A KR20090006156A KR1020087026814A KR20087026814A KR20090006156A KR 20090006156 A KR20090006156 A KR 20090006156A KR 1020087026814 A KR1020087026814 A KR 1020087026814A KR 20087026814 A KR20087026814 A KR 20087026814A KR 20090006156 A KR20090006156 A KR 20090006156A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- pressure
- bed
- adsorptive
- pressure range
- beds
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 80
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 12
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title description 6
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title description 6
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000000274 adsorptive effect Effects 0.000 claims description 35
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims description 34
- 230000006837 decompression Effects 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 230000002950 deficient Effects 0.000 claims description 9
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims description 4
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 claims description 2
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 claims description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 27
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 abstract description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 30
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 14
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 11
- 238000001991 steam methane reforming Methods 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 6
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 4
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 3
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 description 2
- 230000009919 sequestration Effects 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- 238000011021 bench scale process Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 238000004391 petroleum recovery Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
- B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
- B01D53/047—Pressure swing adsorption
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
- B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
- B01D53/047—Pressure swing adsorption
- B01D53/0476—Vacuum pressure swing adsorption
-
- 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
- C01B3/56—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/10—Inorganic adsorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/10—Inorganic adsorbents
- B01D2253/106—Silica or silicates
-
- 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
-
- 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
- B01D2256/22—Carbon dioxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/50—Carbon oxides
- B01D2257/504—Carbon dioxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/80—Water
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
- B01D2259/40058—Number of sequence steps, including sub-steps, per cycle
- B01D2259/40069—Eight
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
- B01D2259/40058—Number of sequence steps, including sub-steps, per cycle
- B01D2259/40073—Ten
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
- B01D2259/40058—Number of sequence steps, including sub-steps, per cycle
- B01D2259/40075—More than ten
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/406—Further details for adsorption processes and devices using more than four beds
- B01D2259/4062—Further details for adsorption processes and devices using more than four beds using six beds
-
- 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
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
- C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
- C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
-
- 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
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
-
- 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
- C01B2203/0475—Composition of the impurity the impurity being carbon dioxide
-
- 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
-
- 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
- C01B2203/0827—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel at least part of the fuel being a recycle stream
-
- 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
- C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
- C01B2203/86—Carbon dioxide sequestration
-
- 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
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P30/00—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
본 발명은 일반적으로 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 스트림(예: 합성가스)으로부터 약 ≥90 mole%의 순도를 갖는 CO2를 회수하기 위한 진공 압력 순환 흡착(VPSA) 방법 및 장치에 관한 것이다. CO2 VPSA (30) 유닛에 공급되는 공급물 (24)는 주위 압력 초과 압력 상태에 있을 수 있다. CO2 VPSA 유닛은 세 스트림, 즉 H2 농축 스트림 (32), H2 결핍 스트림 (34) 및 CO2 생성물 스트림 (36)을 생성한다. CO2 VPSA 유닛이 SMR/전환 반응기 (16,20)와 H2 PSA 유닛 (28) 사이에 설치될 때, CO2를 추출하여 H2 PSA 공급물 중의 H2 분압을 증가시킴으로써 H2 회수율이 증가할 것으로 예상된다. 회수된 CO2는 추가로 업그레이드될 수 있거나, 격리될 수 있거나 또는 증진된 석유 회수법(EOR) 같은 응용에 이용될 수 있다.
고순도 이산화탄소, 진공 압력 순환 흡착, 증기 메탄 개질, 물-가스 전환
Description
일반적으로, 본 발명은 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 스트림(예: 합성가스)으로부터 약 ≥90 mole%의 순도를 갖는 CO2를 회수하기 위한 진공 압력 순환 흡착(VPSA) 방법 및 장치에 관한 것이다. CO2 VPSA 유닛에 공급되는 공급물은 주위 압력 초과 압력 상태일 수 있다. CO2 VPSA 유닛은 세 스트림, 즉 H2 농축 스트림, H2 결핍 스트림 및 CO2 생성물 스트림을 생성한다.
증기 메탄 개질 반응(SMR)은 수소(H2)를 대량으로 생성하는 일차 공정이다. 다음 반응식 (1)에 따라 천연 가스의 촉매 전환 후 CO 및 H2가 생성된다.
(1) CH4 + H2O <=> CO + 3H2
이 가스 혼합물은 다음 반응식에 따라 전환되어(물-가스 전환 반응에 의해) H2를 추가로 생성한다.
(2) CO + H2O <=> CO2 + H2
물-가스 전환 반응 후, 전형적인 생성물 가스는 약 100 - 500 psia의 압력, 약 60 - 150 ℉의 온도, 및 60 - 80 mole% H2, 15 - 25 mole% CO2, 0.1 - 5 mole% CO, 3 - 7 mole% CH4, 0 - 5 mole% N2의 조성을 가지고, 물로 포화된다. 이어서, 이 가스 혼합물이 압력 순환 흡착(PSA) 유닛에 공급되어 고순도(예: 99% 이상의 순도) H2를 생성한다.
일부 현행 H2 제조 플랜트에서는, 전환 반응기에 의해 생성된 스트림으로부터 CO2를 추출하기 위해 전환 반응기와 H2 PSA 유닛 사이에 아민 유닛을 배치한다. 그러나, 이 방법은 에너지 집약적이다. 게다가, 아민 유닛은 작동하기 어려울 수 있고, 부식, 유체 손실 및 기타 등등 같은 작동상의 문제를 가지고 있는 것으로 알려져 있다.
미국 특허 4,171,206은 SMR 폐가스(off-gas)로부터 높은 CO2 회수율 (99.9+%)로 고순도 CO2 (99.99+%) 및 고순도 H2 (99.99+%)를 제조하는 것에 관한 것이다. 이 특허는 공급 단계 및 재가압 단계 동안에 서로 소통하는 2 열(train)의 흡착 베드를 게재한다. CO2 열의 베드들은 고압의 고순도 CO2에 의한 세정 단계를 이용한다. 이 단계 다음에 동일 베드의 감압 및 배기가 뒤따른다. 감압 가스는 재압축되어 고압 세정에 이용된다. 고압 고순도 세정 단계로부터의 방류물이 공급부로 재순환된다.
미국 특허 4,299,596은 공급 단계 및 병류 감압 단계 동안 통합되는 2 열의 베드를 이용함으로써 고순도의 두 생성물을 제조하는 것에 관한 것이다. 더 강하게 흡착되는 종을 생성하는 열은 재압축된 후 병류 감압 가스로 정화된다. 병류 감압 가스의 일부는 재가압을 위해 재순환될 수 있다. 배기 및 분출(blowdown) 단계는 더 강하게 흡착되는 종의 일부 및 정화 가스의 일부를 생성한다.
미국 특허 4,770,676은 매립지 가스로부터 메탄 및 CO2를 제조하는 것에 관한 것이다. 이것은 열 순환 흡착(TSA) 및 압력 순환 흡착(PSA)이 통합된 것이다. PSA로부터 발생한 폐기물이 TSA를 재생한다.
미국 특허 4,840,647은 주위 압력의 CO2를 10 - 30% 함유하는 공급물 스트림으로부터 ≥95% CO2를 제조하는 것에 관한 것이다. 공정 단계는 공급, 병류 배기, 생성물을 생성하는 향류 배기 및 재가압 단계이다. 병류 배기된 가스는 압력 균등화/재가압에 이용되어 공급물과 혼합된다.
미국 특허 4,857,083은 가스 혼합물로부터 CO2를 제조하는 것을 고려한다. 공급 단계가 끝날 때, 공급 칼럼의 방출 단부가 배기되는 베드의 유입 단부와 연결되어 그 베드 내의 압력을 감소시킨다. 이어서, 배기에 의해 이산화탄소가 생성된다. 그 다음에 압력 상승 단계가 뒤따른다.
미국 특허 4,913,709는 고순도의 두 생성물을 제조하는 것에 관한 것이다. 참고문헌은 공급 단계와 재가압 단계 동안에 통합되는 2 열의 베드를 사용하는 것을 제안한다. 더 강하게 흡착되는 종을 생성하는 열이 배기 단계 동안 얻어진 더 강하게 흡착되는 종에 의해 정화된다. 이 정화는 저압에서 일어나고, 베드가 감압된 후에 수행된다. 정화 단계 동안의 방류물이 재압축되어 공급물로서 재순환된다.
미국 특허 4,915,711은 1 열의 베드를 사용하여 고순도의 두 생성물을 제조하는 것을 게재한다. 이 베드는 배기 단계 동안 얻어진 더 강하게 흡착되는 종에 의해 정화된다. 이 정화는 저압에서 일어나고, 베드가 감압된 후에 수행된다. 정화 단계 및 감압 단계 동안의 방류물이 재압축되어 공급물로서 재순환된다.
미국 특허 5,026,406은 1 열의 베드를 이용함으로써 고순도의 두 생성물을 제조하는 것을 게재한다. 이 베드는 배기 단계 동안에 얻어진 더 강하게 흡착되는 종에 의해 정화된다. 이 정화는 저압에서 일어나고, 베드가 감압된 후 수행된다. 정화 단계 및 감압 단계 동안의 방류물이 재압축되어 공급물로서 재순환된다.
미국 특허 5,051,115는 가스 혼합물로부터 더 강하게 흡착되는 종을 고순도로 제조한다. 고순도의 강하게 흡착되는 종은 병류 정화 단계를 이용한다. 이 정화 스트림 및 생성물이 배기 단계 동안에 얻어진다. 정화 단계로부터의 방류물이 재가압을 위해 재순환된다.
미국 특허 6,245,127은 저압 가스 혼합물로부터 CO2를 일정한 순도로 제조하는 것을 게재한다. 이것은 동시 정화 및 배기 단계를 이용한다. 향류 정화가 덜 강하게 흡착되는 종에 의해 수행된다.
CO2 회수를 위한 경제적으로 유익한 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 추가로, 이러한 방법 및 장치가 종래 기술에 비해 더 효율적이고 사용이 더 용이한 것이 바람직할 것이다.
발명의 요약
일반적으로, 본 발명은 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 스트림(예: 합성가스)으로부터 약 ≥90 mole%의 순도를 갖는 CO2를 회수하기 위한 진공 압력 순환 흡착 (VPSA) 방법 및 장치에 관한 것이다. CO2 VPSA 유닛에 공급되는 공급물은 주위 압력 초과 압력 상태일 수 있다. CO2 VPSA 유닛은 세 스트림, 즉 H2 농축 스트림, H2 결핍 스트림 및 CO2 생성물 스트림을 생성한다.
본 발명에 따라 제조되는 이산화탄소는 요망되는 어떠한 목적에도 이용될 수 있다. 예를 들어, 제한적인 것으로 해석되지 않아야 하지만, 본원에 기술된 바와 같이 제조된 CO2는 식품 등급 품질 생성물(들)을 제조하기 위해 액화에 이용될 수 있거나, 초임계 CO2는 증진된 석유 회수법에 이용될 수 있거나, 또는 단순히 CO2는 규제 요건을 충족시키기 위해서 대기 중에 온실 가스 첨가를 피하기 위해 격리에 이용될 수 있다.
CO2 VPSA 유닛이 SMR/전환 반응기와 H2 PSA 유닛 사이에 설치될 때, CO2를 추출하여 H2 PSA 공급물 스트림 중의 H2 분압을 증가시킴으로써 H2 회수율이 증가할 것으로 예상된다. 회수된 CO2는 추가로 업그레이드될 수 있거나, 격리될 수 있거나, 또는 증진된 석유 회수법(EOR)과 같은 응용에 이용될 수 있다.
본 발명은 베드(들) 중의 CO2 농도를 증가시키기 위해 흡착제를 고압에서 저압으로 감압시키는 것을 이용한다. CO2 농도가 증가된 후, 추가의 압력 감소에 의해 CO2 생성물이 생성된다. 이것은 일부 흡착제의 경우 고압에서 저압으로의 감압이 흡착 베드(들) 중의 CO2 농도를 증가시킨다는 인식 때문에 달성될 수 있다. 따라서, 종래 기술에서 이용되는 세정, 정화 및/또는 재순환 단계의 필요성이 제거될 수 있다. 이에 따라, 이것은 회전 기계의 일부 부분품(예: 세정 컴프레서 (compressor), 정화 컴프레서, 재순환 컴프레서) 및 관련 동력 요건을 제거할 수 있게 하고, 이렇게 함으로써 종래 기술 시스템보다 작동이 더 간단하고 더 효율적일 것으로 예상되는 방법 및 장치를 제공한다. 제안된 방법은 증기를 필요로 하지 않으며, 따라서 CO2 분리 비용을 감소시킬 것으로 예상된다. CO2 회수율을 증가시키고 H2 손실을 감소시키기 위해, 본 발명은 감압 가스를 이용해서 저압 베드의 압력을 상승 또는 증가시킨다. 따라서, 베드 감압은 생성물 중의 CO2 농도를 증가시키고, 유닛 중의 다른 베드들과의 균등화에 의해 이 가스가 폐기되지 않기 때문에 동시에 CO2 회수율을 증가시킨다.
CO2 VPSA 장치가 증기 메탄 개질(SMR)/전환 반응기와 H2 PSA 유닛 사이에 설치되는 바람직한 실시태양에서는, H2 PSA 유닛에 들어가는 공급물 스트림 중의 CO2 양이 감소되고, 이렇게 함으로써 H2 PSA 유닛으로부터의 H2 회수율을 증가시킬 수 있다. 본 발명의 다른 실시태양에서, 공급물 스트림은 부분 산화 반응기 또는 기타 등등에 의해 제공될 수 있다. 이들 실시태양 중 어느 것에서도, CO2 VPSA 유닛에 유입되는 공급물 스트림은 고압(예를 들어, 100 - 500 psia)의 적어도 H2 및 CO2를 함유하는 스트림일 것이다. 위에서 언급한 하드웨어(즉, 회전 기계) 및 상응하는 동력 요건을 제거함으로써, 본 발명은 종래 기술에 비해 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 합성가스 또는 다른 스트림으로부터 CO2를 더 효율적으로 제조할 것으로 예상된다.
본 발명 및 그의 이점에 대한 더 완전한 이해를 위해, 첨부 도면과 결부시킨 다음 상세한 설명을 참고하여야 한다:
도 1은 CO2 VPSA 유닛이 H2 PSA 유닛의 상류에 위치하는 본 발명에 따르는 한 실시태양을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따르는 2 회의 압력 균등화를 갖는 5-베드 방법의 예시적 주기 단계 도표를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따르는 도 2의 5-베드 방법과 함께 이용하기 위한 CO2 VPSA 유닛의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따르는 도 3의 공정 개략도에 개요한 밸브의 작동을 나타 내는 도면이다.
도 5는 2 회의 압력 균등화를 갖는 8 개의 베드를 갖는 본 발명의 대안적 실시태양의 주기 도표를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따르는 3 회의 압력 균등화를 갖는 6-베드 방법의 예시적 주기 단계 도표를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따르는 도 6의 6-베드 방법과 함께 사용하기 위한 CO2 VPSA 유닛의 개략도이다.
도 8은 본 발명에 따르는 도 7의 공정 개략도에 개요한 밸브의 작동을 나타내는 도면이다.
위에서 논의한 바와 같이, 본 발명은 일반적으로 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 스트림(예: 합성가스)으로부터 약 ≥ 90 mole%의 순도를 갖는 CO2를 회수하기 위한 진공 압력 순환 흡착 (VPSA) 방법 및 장치에 관한 것이다. CO2 VPSA에 공급되는 공급물은 주위 압력 초과 압력 상태일 수 있다. CO2 VPSA 유닛은 세 스트림, 즉 H2 농축 스트림, H2 결핍 스트림 및 CO2 생성물 스트림을 생성한다.
본 발명에 따라 제조되는 이산화탄소는 요망되는 어떠한 목적에도 이용될 수 있다. 예를 들어, 제한적인 것으로 해석되지 않아야 하지만, 본원에서 기술된 바와 같이 제조되는 CO2는 식품 등급 품질 생성물(들)을 제조하기 위해 액화에 이용될 수 있거나, 초임계 CO2는 증진된 석유 회수법에 이용될 수 있거나, 또는 단순히 CO2는 규제 요건을 충족시키기 위해서 대기 중에 온실 가스 첨가를 피하기 위해 격리에 이용될 수 있다.
CO2 VPSA 유닛이 SMR/전환 반응기와 H2 PSA 유닛 사이에 설치될 때, CO2를 추출하여 H2 PSA 공급물 스트림 중의 H2 분압을 증가시킴으로써 H2 회수율이 증가할 것으로 예상된다. 회수된 CO2는 추가로 업그레이드될 수 있거나, 격리될 수 있거나, 또는 증진된 석유 회수법(EOR)과 같은 응용에 이용될 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 CO2 VPSA 방법 및 장치는 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 스트림(예: 합성가스)으로부터 약 ≥ 90 mole%의 순도를 갖는 CO2를 제조하는 데 이용될 수 있다. CO2 VPSA에 공급되는 공급물은 주위 압력 초과 압력 상태일 수 있다. CO2 VPSA 유닛은 세 스트림, 즉 H2 농축 스트림, H2 결핍 스트림 및 CO2 생성물 스트림을 생성한다.
본 발명의 바람직한 실시태양에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템 (10)이 H2 PSA 유닛 (28)의 상류에 위치하는 CO2 VPSA 유닛 (30)을 포함한다. 위에서 논의한 바와 같이, 천연 가스 (12) 및 증기 (14)가 증기 메탄 개질 반응기 (16)에서 상기 반응식 (1)에 개요한 바와 같이 개질되어 스트림 (18)을 생성할 수 있다. 이어서, 역시 위에서 언급한 바와 같이, 스트림 (18)이 전환 반응기 (20)에 공급되어 상기 반응식 (2)에 개요한 바와 같이 스트림 (22)를 생성한다. 스트림 (22)는 스트림 (24)를 경유해서 CO2 VPSA 유닛 (30)에 공급될 수 있다. 따라서, 밸브 (26)은 전형적으로는 폐쇄 상태로 있을 것이고, CO2 VPSA 유닛이 이용되지 않을 때는 개방 상태로 있다. 당업계 숙련자는 별법으로 밸브 (26)이 요망되는 공정 능력(즉, CO2 회수율)에 의존해서 부분 개방 상태로 있을 수 있음을 인식할 것이다.
도 1에 나타낸 배열이 본 발명에 따르는 방법 및 장치와 함께 이용될 때, H2 PSA 유닛 (28)로부터 더 높은 H2 회수율 (38)을 달성할 것으로 예상되는 H2 농축 공급물 (32) 및 플랜트에 사용하기 위한 H2 결핍 스트림 (34)(연료 스트림)와 함께 CO2 농축 스트림 (36)(예: ≥90 mole%)이 생성될 수 있다. 수소 PSA 유닛 (28)은 또한 플랜트 (10)에 사용하기 위한 연료 스트림 (40)도 생성할 수 있다.
본 발명은 CO2 선택성 흡착제층의 감압이 흡착 베드(들) 중의 CO2 농도를 증가시킨다는 것을 인식한다. 더 구체적으로 말하면, 본 발명은 고압(예: 100 - 500 psia)에서 저압(들)(즉, 주위 압력 및/또는 주위 압력 미만 압력)으로 흡착제의 감압이 베드 중의 CO2 농도를 증가시킨다는 것을 인식하고 이용한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 본 발명에 따르는 CO2 VPSA 유닛에 공급되는 "공급물 스트림"은 약 100 - 500 psia (예: 375 psia)의 압력의 적어도 H2 및 CO2를 함유하는 스트림이다. 여러 번의 감압에 의해 CO2 농도가 증가된 후, 그것은 추가의 압력 감소에 의해 CO2 생성물을 생성하는 데 이용될 수 있다. 일부 흡착제의 경우, 고압에서 저압으로의 감압은 흡착 베드에서 CO2 농도를 증가시킨다. 이 방법의 이 단계를 이용함으로써 종래 기술에서 기술된 수 개의 공정 단계를 제거할 수 있다. 따라서, 회전 기계의 수 개의 부분품(예: 세정 컴프레서, 정화 컴프레서, 재순환 컴프레서) 및 관련 동력 요건이 제거될 수 있고, 따라서 작동을 증진하고 효율을 개선하는 방법 및 시스템을 제공한다. 도 2 - 4에 나타낸 본 발명의 제 1의 예시적 실시태양에서, CO2 VPSA 유닛은 5 개의 베드를 포함하고 9 개의 단계를 이용한다. 그 방법 동안의 어느 주어진 시점에서도, 베드는 다음 카테고리의 단계들 중 하나에 있을 것이다: 공급, 감압, 배기, 압력 균등화 및 재가압. 도 2에 나타낸 9 단계 방법의 변형이 도 5에 나타나 있다. 도 5에 나타낸 실시태양에서는, 5 개의 베드가 아니라 8 개의 베드가 이용된다.
도 6 - 8에 나타낸 본 발명의 제 2의 대안적 예시적 실시태양에서, CO2 VPSA 유닛은 6 개의 베드를 포함하고 11 개의 단계를 이용한다. 그 방법 동안의 어느 주어진 시점에서도, 베드는 다음 카테고리의 단계들 중 하나에 있을 것이다: 공급, 감압, 배기, 압력 균등화 및 재가압.
이들 실시태양 중 어느 실시태양에서도, 각 베드는 바람직하게는 두 층 이상의 흡착제층으로 충전된다. 베드에서 공급 단부쪽의 흡착제층(즉, 물 선택성 흡착제층)의 유형 및 크기는 잔류 수분이 주흡착제층(즉, CO2 선택성 흡착제층)의 성능을 전혀 열화시키지 않도록 하기 위해 공급물 스트림의 수분을 제거하도록 선택된다. 또, 물 선택성 흡착제층은 바람직하게는 불순물(예: 미량의 황 또는 무거운 탄화수소 화합물)이 존재하는 한 이러한 불순물을 공급물 스트림으로부터 제거할 수 있다. 제 2 주흡착제층(즉, CO2 선택성 흡착제층)은 충분한 수분이 제거된 후 공급물 스트림으로부터 CO2를 선택적으로 흡착하는 데 이용된다. 제 1 흡착제층(즉, 물 선택성 흡착제층)의 경우, 활성 알루미나, 실리카겔 또는 제올라이트 분자체 같은 흡착제가 바람직하다.
이들 흡착제는 예시적인 것임을 의도하고, 충분한 수분을 제거할 수 있는 다른 흡착제도 또한 본 발명에 따라 사용하기에 적합하다. 이러한 흡착제(들)의 바람직한 특성은 높은 파쇄 강도 성능, 높은 내마모성, 큰 벌크 밀도, 낮은 입자간 공극, 높은 열용량, 큰 열전도도, 낮은 압력 강하 및 액체 물에서의 안정성을 포함한다.
물 선택성 흡착제층 다음에 있는 주흡착제층(즉, CO2 선택성 흡착제층)은 바람직하게는 다음 특성을 갖는다: 높은 선택도, 높은 작업 성능, 신속한 동력학 및 낮은 흡착열. 이러한 흡착제의 전형적인 예는 NaY, HY, NaX, 실리카겔 및 활성탄을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 주흡착제층(즉, CO2 선택성 층)의 다른 요망되는 물리적 성질은 높은 파쇄 강도, 높은 내마모성, 큰 벌크 밀도, 낮은 입자간 공극, 높은 열용량, 큰 열전도도, 및 공급 단계 및 배기 단계 동안의 낮은 압력 강하를 포함한다.
당업계 숙련자는 흡착제의 특성이 충족되기만 한다면 두 흡착제를 함유하는 복합 혼합층이 본 발명에 이용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 이제, 도 2 - 4를 보면, 5 개의 베드(A1-A5)를 가지고 9 개의 공정 단계를 이용하는 CO2 VPSA 유닛이 도시되어 있다. 본 발명의 이 실시태양은 나타낸 바와 같이 2 회의 압력 균등화를 이용한다. 공정 단계는 다음을 포함한다:
1. 공급 단계
전환 반응기 (20)에 의해 생성된 약 100 - 500 psia(예를 들어, 약 375 psia)의 높은 압력의 적어도 CO2 및 H2 가스를 함유하는 공급물 스트림 (24)(도 1에 나타냄)은 본 발명의 CO2 VPSA 유닛 쪽으로 방향을 바꾼다. CO2 VPSA 유닛(도 1의 유닛 (30))으로부터 나가는 고압 방류물 (32)(즉, H2 농축 스트림)는 H2 PSA 유닛 (28)로 보내지고, 이에 따라서 이 유닛은 고압 고순도 H2 생성물(도 1의 스트림 (38))을 생성한다. 예정된 시간 후에 또는 공급물 (24)에 대해 베드로부터 CO2 돌파 후에, 공급 단계가 종결된다.
2. 병류(CoC) 감압 1 (DP1)
공급 단계를 마친 CO2 VPSA 베드는 이제 높은 공급 압력(예: 100 - 500 psia) 상태에 있고, 공급물과 동일 방향(도 2에 나타냄) 또는 반대 방향(도 2에 나타내지 않음)에서 중압(예: 80 - 400 psia)으로 감압된다.
3. 병류(CoC) 감압 2 (DP2)
이제 어떤 중압(예: 80 - 400 psia) 상태에 있는 CO2 VPSA 베드는 공급물 유동과 동일 방향(도 2에 나타냄) 또는 반대 방향(도 2에 나타내지 않음)에서 더 낮은 압력(예: 60 - 300 psia)으로 추가 감압된다.
4. 병류(CoC) 또는 향류(CcC) 감압 3 (연료)
이제 단계 3(DP2)을 개시할 때보다 낮은 압력 상태인 CO2 VPSA 베드는 공급물 유동 방향과 동일 방향(도 2에 나타냄) 또는 반대 방향(도 2에 나타내지 않음)에서 추가 감압되어 H2 결핍 스트림을 생성한다. 이 스트림(도 1의 스트림 (34))은 스트림 (24) 중의 H2보다 더 적은 H2를 함유한다. H2 결핍 스트림은 임의로 바람직하게는 H2 PSA 유닛 (28)에 의해 생성된 연료 스트림 (40)과 혼합되어 SMR 버너(유닛 (16))에 공급된다. 별법으로, 스트림 (34)는 규제 사항 및 요망되는 용도에 의존해서 소각로로 보내지거나 또는 배출될 수 있다. 이 단계는 예정된 압력 수준 P*에 이르도록 수행된다. 약 375 psia의 공급 압력에 대해, 도 2 - 5에 나타낸 실시태양의 경우에 P*는 약 30 - 130 psia의 범위이다. P*가 감소되기 때문에, 생성물 중의 CO2 순도는 증가하고, 그 공정으로부터의 CO2 회수율은 감소한다(이것은 스트림 (34)로 이용됨). 따라서, CO2 VPSA 방법의 P*는 고객 요구 및 요건에 기초해서 결정되고 설계된다.
5. 분출(BD)
예정된 압력 수준(P*) 상태인 CO2 VPSA 베드가 이제 공급물 유동과 동일 방향(도 2에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 2에 나타냄)에서 주위 압력(예를 들어, 약 20 psia)에 가깝게 감압되어 도 3에 나타낸 CO2 생성물 (36b)를 생성한다. 이 스트림은 CO2 생성물의 일부(도 3의 스트림 (36))를 구성할 수 있다.
6. 배기
주위 압력(예: 약 20 psia)에 가까운 CO2 VPSA 베드가 진공 펌프 (44)를 이용해서 공급물 유동과 동일 방향(도 2에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 2에 나타냄)에서 예정된 낮은 압력(즉, 주위 압력 미만 압력, 예를 들어 약 1 - 12 psia)으로 배기된다. 이 스트림(도 3의 스트림 (36a))은 CO2 생성물(도면의 스트림 (36))의 일부를 구성한다. 임의로, 스트림 (36a)는 탱크 (42)로 보내기 전에 송풍기(나타내지 않음)를 이용해서 추가로 압축될 수 있다.
7. 향류(CcC) 압력 균등화 2(PE2)
단계 7에서 압력 균등화된 베드는 이제 공급물 유동과 동일 방향(도 2에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 2에 나타냄)에서 단계 3(DP2)에서 생성된 가스의 압력 범위(60 - 300 psia)와 압력 균등화된다. 이 단계는 단계 3으로부터 생성된 CO2를 VPSA 시스템 내에 유지시킴으로써 CO2 회수율을 증가시킨다. 이것은 CO2를 폐기물 스트림으로 또는 연료 스트림 (34)로 보내야 하는 필요를 제거함으로써 CO2 손실을 최소화한다.
8. 향류(CcC) 압력 균등화 1(PE1)
단계 7에서 압력 균등화된 베드는 이제 공급물 유동과 동일 방향(도 2에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 2에 나타냄)에서 단계 2(DP1)에서 생성된 가스의 압력 범위(80 - 400 psia)와 압력 균등화된다. 이 단계는 단계 2로부터 생성된 CO2를 VPSA 시스템 내에 유지시킴으로써 CO2 회수율을 증가시킨다. 이것은 CO2를 폐기물 스트림으로 또는 연료 시스템 (34)로 보내야 하는 필요를 제거함으로써 CO2 손실을 최소화한다.
9. 재가압(RP)
압력 균등화된 베드가 공급 가스에 의해 또는 단계 1의 다른 한 베드로부터 발생한 방류물(즉, 공급 방류물)의 일부에 의해 공급 압력(100 - 500 psia)으로 재가압된다. 공급 압력으로 재가압된 후, 이 베드는 이제 단계 1로 다시 갈 준비를 갖춘다. 도 3에 추가로 나타낸 바와 같이, CO2 생성물 (36)은 생성물 탱크 (42)에 의해 스트림 (36a)(단계 6) 및 (36b)(단계 5)로부터의 CO2로 형성된다. 생성물 (36)은 약 90 mole% 이상의 CO2 순도 수준을 가질 것으로 예상된다.
상기 9 단계 방법은 CO2 VPSA 유닛의 1 개 베드 당 1 주기가 수행되는 것이다. 이 실시태양의 9 개의 단계들은 CO2 VPSA 유닛의 다른 베드와 주기적 방식으로 수행됨으로써 단계 1로의 공급물 유입 및 단계 1로부터의 공급물 방류가 연속적으로 일어난다. 게다가, 배기 단계(번호 6)도 연속적으로 일어나도록 설계된다. 이것은 진공 펌프가 연속적으로 작동하도록 하는 것을 보장하고, CO2 VPSA 또는 H2 PSA 유닛에 유입되는 공급에 중단이 없도록 하는 것을 보장한다.
상기 실시태양에서는, 핵심 공정 단계의 연속성을 유지시키기 위해 5 개의 흡착 베드가 바람직하다. 기술한 바와 같이, 이것은 도 2의 주기 도표에 의해 도시된 바와 같은 공정 구성에 의해 달성될 수 있다. 상응하는 개략적 유동 도표가 도 3에 나타나 있다. 상기한 5-베드 방법으로 9 개의 단계를 달성하기 위해서는 도 4에 도시된 방식으로 도 3의 여러 개의 밸브를 작동할 수 있다. 예시 목적으로, 제한적인 것으로 해석되지 않는 한, 전형적 단계 기간은 도 4의 최좌측 난에 기재되어 있다. 당업계 숙련자는 이러한 단계 기간이 단지 예를 들기 위한 것이며 예시 목적으로 제공된 것이라는 점을 인식할 것이다.
공급물 유동이 크면, 도 2 - 4에 나타낸 배열을 변경해서 2 열의 5 개 베드를 이용할 수 있고, 이렇게 함으로써 CO2 VPSA 유닛의 처리 용량을 두 배로 증가시킬 수 있다. 이러한 유동을 위해 2 열의 5 개 베드 배열에 대한 대안적 방법이 도 5에 나타나 있다. 또, 도 5에 나타낸 변화는 상기한 바와 같이 2 회의 압력 균등화를 갖는 9 단계 방법이다. 그러나, 이 실시태양에서는 1 열의 8 개 베드(A1 - A8)가 사용된다. 추가로, 도 5에 나타낸 바와 같이, 2 개의 베드가 연속적으로 공급 단계에 있고, 2 개 이상의 베드가 연속적으로 배기 단계에 있다.
본 발명의 대안적 바람직한 실시태양은 도 6 - 8에 도시되어 있다. 이 실시태양은 더 높은 CO2 회수를 허용한다. 도 6 - 8에 나타낸 배열은 CO2 VPSA 유닛에 1 열의 6 개 베드를 이용한다. 이 실시태양에서는, 11 개의 공정 단계 및 3 회의 압력 균등화가 있다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 도 2 - 4에 나타낸 실시태양과 비교할 때 단계 DP3 및 PE3는 추가 단계이다. 도 6 - 8에 나타낸 실시태양의 공정 주기는 다음과 같다.
1. 공급 단계
전환 반응기 (20)에 의해 생성된 약 100 - 500 psia(예를 들어, 약 375 psia)의 높은 압력의 적어도 CO2 및 H2 가스를 함유하는 공급물 스트림 (24)(도 1에 나타냄)은 본 발명의 CO2 VPSA 유닛 쪽으로 방향을 바꾼다. CO2 VPSA 유닛(도 1의 유닛 (30))으로부터 나가는 고압 방류물 (32)(즉, H2 농축 스트림)는 H2 PSA 유닛 (28)로 보내지고, 이에 따라서 이 유닛은 고압 고순도 H2 생성물(도 1의 스트림 (38))을 생성한다. 예정된 시간 후에 또는 공급물 (24)에 대해 베드로부터 CO2 돌파 후에, 공급 단계가 종결된다.
2. 병류(CoC) 감압 1 (DP1)
공급 단계를 마친 CO2 VPSA 베드는 이제 높은 공급 압력(예: 100 - 500 psia) 상태에 있고, 공급물과 동일 방향(도 6에 나타냄) 또는 반대 방향(도 6에 나타내지 않음)에서 중압(예: 80 - 400 psia)으로 감압된다.
3. 병류(CoC) 감압 2 (DP2)
이제 어떤 중압(예: 80 - 400 psia) 상태에 있는 CO2 VPSA 베드는 공급물 유동과 동일 방향(도 6에 나타냄) 또는 반대 방향(도 6에 나타내지 않음)에서 더 낮은 압력(예: 60 - 300 psia)으로 추가 감압된다.
4. 병류(CoC) 감압 3 (DP3)
이제 어떤 중압(예: 60 - 300 psia) 상태에 있는 CO2 VPSA 베드는 공급물 유동과 동일 방향(도 6에 나타냄) 또는 반대 방향(도 6에 나타내지 않음)에서 더 낮은 압력(예: 50 - 200 psia)으로 추가 감압된다.
5. 병류(CoC) 또는 향류(CcC) 감압 4 (연료)
이제 단계 4(DP3)을 개시할 때보다 낮은 압력 상태인 CO2 VPSA 베드는 공급물 유동 방향과 동일 방향(도 6에 나타냄) 또는 반대 방향(도 6에 나타내지 않음)에서 추가 감압되어 H2 결핍 스트림을 생성한다. 이 스트림(도 1의 스트림 (34))은 스트림 (24) 중의 H2보다 더 적은 H2를 함유한다. H2 결핍 스트림은 임의로 바람직하게는 H2 PSA 유닛 (28)에 의해 생성된 연료 스트림 (40)과 혼합되어 SMR 버너(유닛 (16))에 공급된다. 별법으로, 스트림 (34)는 규제 사항 및 요망되는 용도에 의존해서 소각로로 보내지거나 또는 배출될 수 있다. 이 단계는 예정된 압력 수준 P*에 이르도록 수행된다. 약 375 psia의 공급 압력에 대해, 도 6 - 8에 나타낸 실시태양의 경우에 P*는 약 30 - 130 psia의 범위이다. P*가 감소되기 때문에, 생성물 중의 CO2 순도는 증가하고, 그 공정으로부터의 CO2 회수율은 감소한다(이것은 스트림 (34)로 이용됨). 따라서, CO2 VPSA 방법의 P*는 고객 요구 및 요건에 기초해서 결정되고 설계된다.
6. 분출(BD)
예정된 압력 수준(P*) 상태인 CO2 VPSA 베드가 이제 공급물 유동과 동일 방향(도 6에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 6에 나타냄)에서 주위 압력(예를 들어, 약 20 psia)에 가깝게 감압되어 도 7에 나타낸 CO2 생성물 (36b)를 생성한다. 이 스트림은 CO2 생성물의 일부(도 3의 스트림 (36))를 구성할 수 있다.
7. 배기
주위 압력(예: 약 20 psia)에 가까운 CO2 VPSA 베드가 진공 펌프 (44)를 이용해서 공급물 유동과 동일 방향(도 6에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 6에 나타냄)에서 예정된 낮은 압력(즉, 주위 압력 미만 압력, 예를 들어 약 1 - 12 psia)으로 배기된다. 이 스트림(도 7의 스트림 (36a))은 CO2 생성물(도면의 스트림 (36))의 일부를 구성한다. 임의로, 스트림 (36a)는 탱크 (42)로 보내기 전에 송풍기(나타내지 않음)를 이용해서 추가로 압축될 수 있다.
8. 향류(CcC) 압력 균등화 3(PE3)
배기된 베드는 이제 공급물 유동과 동일 방향(도 6에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 6에 나타냄)에서 단계 4(DP3)에서 생성된 가스의 압력 범위(50 - 200 psia)와 압력 균등화된다. 이 단계는 단계 4로부터 생성된 CO2를 VPSA 시스템 내에 유지시킴으로써 CO2 회수율을 증가시킨다. 이것은 CO2를 폐기물 스트림으로 또는 연료 스트림 (34)로 보내야 하는 필요를 제거함으로써 CO2 손실을 최소화한다.
9. 향류(CcC) 압력 균등화 2(PE2)
단계 8에서 압력 균등화된 베드는 이제 공급물 유동과 동일 방향(도 6에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 6에 나타냄)에서 단계 3(DP2)에서 생성된 가스의 압력 범위(60 - 300 psia)와 압력 균등화된다. 이 단계는 단계 3으로부터 생성된 CO2를 VPSA 시스템 내에 유지시킴으로써 CO2 회수율을 증가시킨다. 이것은 CO2를 폐기물 스트림으로 또는 연료 스트림 (34)로 보내야 하는 필요를 제거함으로써 CO2 손실을 최소화한다.
10. 향류(CcC) 압력 균등화 1(PE1)
단계 9에서 압력 균등화된 베드는 공급물 유동과 동일 방향(도 6에 나타내지 않음) 또는 반대 방향(도 6에 나타냄)에서 단계 2(DP1)에서 생성된 가스의 압력 범위(80 - 400 psia)와 압력 균등화된다. 이 단계는 단계 2로부터 생성된 CO2를 VPSA 시스템 내에 유지시킴으로써 CO2 회수율을 증가시킨다. 이것은 CO2를 폐기물 스트림으로 또는 연료 스트림 (34)로 보내야 하는 필요를 제거함으로써 CO2 손실을 최소화한다.
11. 재가압(RP)
압력 균등화된 베드가 공급 가스에 의해 또는 단계 1의 다른 한 베드로부터 발생한 방류물(즉, 공급 방류물)의 일부에 의해 공급 압력(100 - 500 psia)으로 재가압된다. 공급 압력으로 재가압된 후, 이 베드는 이제 단계 1로 다시 갈 준비를 갖춘다. 도 7에 추가로 나타낸 바와 같이, CO2 생성물 (36)은 생성물 탱크 (42)에 의해 스트림 (36b)(단계 6) 및 (36a)(단계 7)로부터의 CO2로 형성된다. 생성물 (36)은 약 90 mole% 이상의 CO2 순도 수준을 가질 것으로 예상된다.
상기 11 단계 방법은 CO2 VPSA 유닛의 1 개 베드 당 1 주기가 수행되는 것이다. 이 실시태양의 11 개의 단계들은 CO2 VPSA 유닛의 다른 베드와 주기적 방식으로 수행됨으로써 단계 1로의 공급물 유입 및 단계 1로부터의 공급물 방류가 연속적으로 일어난다. 게다가, 배기 단계도 연속적으로 일어난다. 이것은 진공 펌프가 연속적으로 작동하도록 하는 것을 보장하고, CO2 VPSA 또는 H2 PSA 유닛에 유입되는 공급에 중단이 없도록 하는 것을 보장한다.
도 6 - 8에 나타낸 상기 실시태양에서는 핵심 공정 단계의 연속성을 유지시키기 위해 6 개의 흡착 베드가 바람직하다. 상기한 바와 같이, 이것은 도 6의 주기 도표에 의해 도시된 바와 같은 공정 구성에 의해 달성될 수 있다. 상응하는 개략적 유동 도표가 도 7에 나타나 있다. 도 7의 여러 개의 밸브는 상기한 바와 같이 6-베드 방법으로 11 개의 단계를 수행하기 위해 도 8에 도시된 방식으로 작동될 수 있다. 예시 목적이고 제한적인 것으로 해석되지 않는 한, 전형적 단계 기간은 도 8의 최좌측 난에 기재되어 있다. 당업계 숙련자는 이러한 단계 기간이 단지 예를 들기 위한 것에 불과하고 예시 목적으로 제공된 것임을 인식할 것이다.
상기한 도 2의 9 단계 공정 주기를 단일 베드 벤치 규모 유닛으로 시험하였고, 5-베드 시스템을 위해 쉽게 규모 확대할 수 있을 것으로 예상된다. 칼럼의 내경(ID)은 0.68 inch이고, 충전된 베드 높이는 5 feet이었다. 칼럼은 약 0.5 lb의 상업적으로 입수가능한 1/16 인치 NaY 펠렛으로 충전하였다. 공급물은 74 mole% 헬륨(안전상의 이유로 H2를 시뮬레이션함), 16 mole% CO2 및 10 mole% CH4 (CH4 + CO + N2를 시뮬레이션함)를 함유하였다. 공급물은 약 374 psia이었다.
이 공정은 그것이 주기적 정상 상태에 이를 때까지 주기적 방식으로 실시하였다. 베드는 약 20 psia로 감압시켰다. 그 다음에 약 4 psia가 되도록 배기하였다. 감압 및 배기 가스의 양 및 농도를 측정하였다. 단계 4가 끝날 때의 압력 (P*)을 약 40 psia로 선택함으로써, 단계 5 및 6으로부터 생성된 전체 CO2는 약 93% CO2 순도 및 약 75% 회수율로 약 1 mmole/lb이었다.
6-베드 배열에 관하여 상기한 바와 같이 11 단계 방법(도 6에 나타낸 바와 같은 3 회의 압력 균등화를 포함함)으로 동일한 단일 베드 유닛을 작동함으로써, CO2 회수율이 약 77%(약 93% 순도)로 증가하였다. 이러한 결과는 6-베드 시스템을 위해 쉽게 규모 확대할 수 있을 것으로 예상된다.
본 발명은 더 많은 양의 CO2를 생성하도록 개질될 수 있을 것으로 예상된다. 예를 들어, 단일의 진공 열 또는 단일의 용기에 의해 다룰 수 있는 것보다 더 높은 공급물 유동 속도를 생성할 필요가 있을 수 있거나 또는 요망될 수 있다(유동화 또는 수송 제한 때문). 이러한 상황에서, 9 개의 공정 단계는 공정 내내 1 개 초과의 베드에는 공급되고/되거나 공정 내내 1 개 초과의 베드에서는 배기가 일어나도록 배열될 수 있다. 위에서 논의한 바와 같이, 이러한 배열의 예는 2 회의 압력 균등화를 갖는 방법에 관해 도 5에 나타나 있다.
상기 방법들은 100 psia 초과, 더 바람직하게는 300 psia 초과(예: 375 psia)의 공급 압력에서 작동할 수 있다. 이 공급 가스 중의 이산화탄소는 바람직하게는 10 mole% 초과, 가장 바람직하게는 15 mole% 초과(예: 15 - 25 mole%)이다. 공급 온도는 약 40 - 200 ℉, 더 바람직하게는 약 60 - 150 ℉, 가장 바람직하게는 약 100 ℉일 수 있다.
본 발명의 대안적 실시태양에서는, 감압 가스 같은 중간 가스 스트림의 일부를 저장하기 위해 공정 주기의 흡착 베드 중의 일부 대신에 저장 탱크를 추가할 수 있다. 이들 저장 탱크의 목적은 CO2 VPSA 유닛 안으로 및 밖으로의 유동을 연속적으로 유지시키는 것이다.
따라서, 본 발명은 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 스트림(예: 합성가스)으로 부터 약 ≥ 90 mole%의 순도를 갖는 CO2를 회수하기 위한 진공 압력 순환 흡착(VPSA) 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시태양에 따르면, 일정한 공급물이 있고 일정한 생성물이 생성되며, 불필요한 탱크(들)를 제거하도록 회전 기계가 연속적으로 움직인다. 그러나, 흡착 베드의 수를 제한해야 할 이유(예: 흡착제 비용이 높음)가 있다면, 위에서 설명한 바와 같이 흡착 용기 대신에 저장 탱크가 이용될 수 있다. 어떤 주어진 공정 주기의 모든 베드가 동일 주기를 거치는 한, 이들 요인을 고려해서 베드 수를 최소화해야 한다.
CO2 VPSA 유닛으로 유입되는 공급물은 주위 압력 초과 압력 상태일 수 있고, 상기한 바와 같이 CO2 생성물이 두 스트림에서 생성될 수 있다. CO2 VPSA 유닛이 H2 PSA 유닛의 상류에 설치될 때, CO2를 추출하여 H2 PSA 공급물 스트림 중의 H2 분압을 증가시킴으로써 H2 회수율이 증가할 것으로 예상된다. 회수된 CO2는 제조된 대로 이용될 수 있거나, 또는 동일자로 출원된 공동 소유의 샤(Shah) 등의 미국 특허 출원 11/395,137(발명의 명칭: "Carbon Dioxide Production Method")에 나타낸 바와 같이 추가로 업그레이드될 수 있고, 이 문헌의 전체 내용은 본원에 참고로 인용한다. 이어서, 회수된 CO2는 이용될 수 있거나, 격리될 수 있거나, 또는 증진된 석유 회수법(EOR)과 같은 응용에 이용될 수 있다.
당업계 숙련자는 본 발명이 CO2 VPSA 유닛이 SMR/전환 반응기의 하류, H2 PSA 유닛의 상류에 배치되는 실시태양에 제한되지 않는다는 것을 인식할 것이다. 또, 본 발명은 예를 들어 위에서 정의한 어떠한 공급 스트림과도 함께 부분 산화 반응기를 이용해서 이용될 수 있다. 또, 몇몇 경우에서는 압력 균등화 단계가 제거될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 이것은 스트림 (34)에 더 많은 H2 및/또는 CO2가 존재할 수 있기 때문에 H2 및/또는 CO2 회수율을 감소시킬 수 있다.
당업계 숙련자는 상기한 특정 실시태양들이 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위해 다른 구조를 개질 또는 설계하기 위한 기반으로서 이용될 수 있다는 것을 인식하여야 한다. 또, 당업계 숙련자는 이러한 균등한 구조가 첨부된 특허 청구 범위에 나타낸 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어나지 않는다는 것을 알아야 한다.
Claims (24)
- 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 다성분 가스 혼합물을 예정된 시간 동안 제 1 압력 범위 내의 제 1 압력에서 하나 이상의 흡착 베드에 공급하여 H2 농축 스트림을 생성하고,상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 1 감압 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 반대 방향에서 제 1 압력 범위로부터 제 2 압력 범위 내의 제 2 압력으로 감압시키고,상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 2 감압 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 반대 방향에서 제 2 압력 범위로부터 제 2 압력 범위보다 낮은 제 3 압력 범위 내의 제 3 압력으로 감압시키고,상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 3 감압 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 공급물 유동과 반대 방향에서 제 3 압력 범위로부터 예정된 압력 범위(P*)로 감압시켜서 H2 결핍 스트림을 생성하고,상기 하나 이상의 흡착 베드를 분출(BD) 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 공급물 유동과 반대 방향에서 P* 압력 범위로부터 주위 압력에 가까운 압력으로 감압시켜서 CO2 생성물의 적어도 제 1 부분을 생성하고,상기 하나 이상의 흡착 베드를 공급물 유동과 반대 방향 또는 동일 방향에서 주위 압력에 가까운 압력으로부터 주위 압력 미만 압력으로 배기시켜서 CO2 생성물의 적어도 제 2 부분을 생성하고,상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 1 압력 균등화 단계에서 공급물 유동과 반대 방향 또는 동일 방향에서 압력 균등화시키고,상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 2 압력 균등화 단계에서 공급물 유동과 반대 방향 또는 동일 방향에서 추가로 압력 균등화시키고,상기 하나 이상의 흡착 베드를 재가압(RP) 단계에서 제 1 압력 범위로 재가압시키는것을 포함하며, 주기적으로 반복되는, 하나 이상의 CO2 선택성 흡착제를 함유하는 하나 이상의 흡착 베드를 함유하는 진공 압력 순환 흡착(VPSA) 유닛에서 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 다성분 가스 혼합물로부터 CO2를 회수하기 위한 진공 압력 순환 흡착(VPSA) 방법.
- 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 흡착 베드가 5 개의 베드를 포함하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 흡착 베드가 8 개의 베드를 포함하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 압력 범위가 100 - 500 psia인 방법.
- 제 1 항에 있어서, 제 2 압력 범위가 80 - 400 psia인 방법.
- 제 1 항에 있어서, 제 3 압력 범위가 60 - 300 psia인 방법.
- 제 1 항에 있어서, 주위 압력 미만 압력의 압력 범위가 1 - 12 psia인 방법.
- 제 1 항에 있어서, H2 농축 스트림이 H2 압력 순환 흡착(PSA) 유닛에 공급되는 방법.
- 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 다성분 가스 혼합물을 예정된 시간 동안 제 1 압력 범위 내의 제 1 압력에서 하나 이상의 흡착 베드에 공급하여 H2 농축 스트림을 생성하고,상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 1 감압 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 반대 방향에서 제 1 압력 범위로부터 제 2 압력 범위 내의 제 2 압력으로 감압시키고,상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 2 감압 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 반대 방향에서 제 2 압력 범위로부터 제 2 압력 범위보다 낮은 제 3 압력 범위 내의 제 3 압력으로 감압시키고,상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 3 감압 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 반대 방향에서 제 3 압력 범위로부터 제 3 압력 범위보다 낮은 제 4 압력 범위 내의 제 4 압력으로 감압시키고,상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 4 감압 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 공급물 유동과 반대 방향에서 제 4 압력 범위로부터 예정된 압력 범위(P*)로 감압시켜서 H2 결핍 스트림을 생성하고,상기 하나 이상의 흡착 베드를 분출(BD) 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 공급물 유동과 반대 방향에서 P* 압력 범위로부터 주위 압력에 가까운 압력으로 감압시켜서 CO2 생성물의 적어도 제 1 부분을 생성하고,상기 하나 이상의 흡착 베드를 공급물 유동과 동일 방향 또는 반대 방향에서 주위 압력에 가까운 압력으로부터 주위 압력 미만 압력으로 배기시켜서 CO2 생성물의 적어도 제 2 부분을 생성하고,상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 1 압력 균등화 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 반대 방향에서 압력 균등화시키고,상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 2 압력 균등화 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 반대 방향에서 추가로 압력 균등화시키고,상기 하나 이상의 흡착 베드를 제 3 압력 균등화 단계에서 공급물 유동과 동일 방향 또는 반대 방향에서 추가로 압력 균등화시키고,상기 하나 이상의 흡착 베드를 재가압(RP) 단계에서 제 1 압력 범위로 재가압시키는것을 포함하며, 주기적으로 반복되는, 하나 이상의 CO2 선택성 흡착제를 함유하는 하나 이상의 흡착 베드를 함유하는 진공 압력 순환 흡착(VPSA) 유닛에서 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 다성분 가스 혼합물로부터 CO2를 회수하기 위한 진공 압력 순환 흡착(VPSA) 방법.
- 제 9 항에 있어서, 하나 이상의 흡착 베드가 6 개의 베드를 포함하는 방법.
- 제 9 항에 있어서, 제 1 압력 범위가 100 - 500 psia인 방법.
- 제 9 항에 있어서, 제 2 압력 범위가 80 - 400 psia인 방법.
- 제 9 항에 있어서, 제 3 압력 범위가 60 - 300 psia인 방법.
- 제 9 항에 있어서, 제 4 압력 범위가 50 - 200 psia인 방법.
- 제 9 항에 있어서, 주위 압력 또는 주위 압력 미만 압력의 압력 범위가 1 - 12 psia인 방법.
- 제 9 항에 있어서, H2 농축 스트림이 H2 압력 순환 흡착(PSA) 유닛에 공급되 는 방법.
- 공급 단계, 감압 단계, 배기 단계, 압력 균등화 단계 및 재가압 단계를 포함하고, 공급 단계 및 배기 단계가 연속적으로 일어나고, 주기적 방식으로 주기적 정상 상태에서 수행되며, H2 농축 스트림, H2 결핍 스트림 및 최종 CO2 생성물이 두 CO2 생성물 스트림으로부터 생성되고, 최종 CO2 생성물이 약 ≥90 mole% CO2의 순도를 갖는 것인, 각 베드가 하나 이상의 CO2 선택성 흡착제를 함유하는 둘 이상의 흡착 베드를 함유하는 진공 압력 순환 흡착(VPSA) 유닛에서 적어도 CO2 및 H2를 함유하는 다성분 가스 혼합물로부터 CO2를 회수하기 위한 진공 압력 순환 흡착(VPSA) 방법.
- 제 17 항에 있어서, 흡착 베드의 수가 5 개의 베드를 포함하는 방법.
- 제 17 항에 있어서, 흡착 베드의 수가 8 개의 베드를 포함하는 방법.
- 제 17 항에 있어서, 흡착 베드의 수가 6 개의 베드를 포함하는 방법.
- 제 17 항에 있어서, 각 베드가 물 선택성 흡착제 및 CO2 선택성 흡착제를 함 유하는 방법.
- 제 21 항에 있어서, 물 선택성 흡착제가 활성 알루미나, 실리카겔, 제올라이트 분자체 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는 방법.
- 제 21 항에 있어서, CO2 선택성 흡착제가 NaY, HY, NaX, 실리카겔, 활성탄 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는 방법.
- 제 17 항에 있어서, H2 농축 스트림이 H2 압력 순환 흡착(PSA) 유닛에 공급되는 방법.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US11/395,138 US7550030B2 (en) | 2006-04-03 | 2006-04-03 | Process and apparatus to recover high purity carbon dioxide |
US11/395,138 | 2006-04-03 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20090006156A true KR20090006156A (ko) | 2009-01-14 |
Family
ID=38283324
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020087026814A KR20090006156A (ko) | 2006-04-03 | 2007-03-28 | 고순도 이산화탄소를 회수하기 위한 진공 압력 순환 방법 |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7550030B2 (ko) |
EP (1) | EP2007503B1 (ko) |
KR (1) | KR20090006156A (ko) |
CN (1) | CN101460232B (ko) |
BR (1) | BRPI0709806A2 (ko) |
CA (1) | CA2647913A1 (ko) |
ES (1) | ES2534467T3 (ko) |
MX (1) | MX2008012827A (ko) |
WO (1) | WO2007126944A1 (ko) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20230003893A (ko) | 2021-06-30 | 2023-01-06 | 김창규 | 화장품 충진용 길이조절 노즐 |
KR20230031558A (ko) | 2021-08-27 | 2023-03-07 | 한국에너지기술연구원 | 수소 및 이산화탄소의 분리회수 시스템 |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7618478B2 (en) * | 2006-04-03 | 2009-11-17 | Praxair Technology, Inc. | Process and apparatus to recover medium purity carbon dioxide |
US7763100B2 (en) * | 2006-07-06 | 2010-07-27 | Praxair Technology, Inc. | Vacuum pressure swing adsorption process and enhanced oxygen recovery |
US7740688B2 (en) * | 2006-09-26 | 2010-06-22 | Praxair Technology, Inc. | Process and apparatus for carbon dioxide recovery |
US7819932B2 (en) * | 2008-04-10 | 2010-10-26 | Carbon Blue-Energy, LLC | Method and system for generating hydrogen-enriched fuel gas for emissions reduction and carbon dioxide for sequestration |
US8535417B2 (en) * | 2008-07-29 | 2013-09-17 | Praxair Technology, Inc. | Recovery of carbon dioxide from flue gas |
US7927573B2 (en) * | 2008-09-26 | 2011-04-19 | Praxair Technology, Inc. | Multi-stage process for purifying carbon dioxide and producing acid |
US8394174B2 (en) * | 2009-05-18 | 2013-03-12 | American Air Liquide, Inc. | Processes for the recovery of high purity hydrogen and high purity carbon dioxide |
US8479833B2 (en) * | 2009-10-19 | 2013-07-09 | Greatpoint Energy, Inc. | Integrated enhanced oil recovery process |
CN101862574B (zh) * | 2010-06-21 | 2012-10-24 | 北京北大先锋科技有限公司 | 一种真空变压吸附*** |
US8752390B2 (en) | 2010-07-13 | 2014-06-17 | Air Products And Chemicals, Inc. | Method and apparatus for producing power and hydrogen |
US20120279391A1 (en) * | 2011-05-03 | 2012-11-08 | Ravi Kumar | Adsorption process to recover carbon dioxide from flue gas |
US8709136B2 (en) | 2012-04-03 | 2014-04-29 | Air Products And Chemicals, Inc. | Adsorption process |
EP2823872A3 (en) | 2014-09-11 | 2015-05-06 | Air Products And Chemicals, Inc. | Pressure swing adsorption process |
US9381460B2 (en) | 2014-09-11 | 2016-07-05 | Air Products And Chemicals, Inc. | Pressure swing adsorption process |
FR3069787B1 (fr) * | 2017-08-03 | 2019-08-09 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Procede de production continue d'un flux gazeux d'hydrogene |
US11701612B2 (en) * | 2018-06-14 | 2023-07-18 | Sysadvance—Sistemas De Engenharia S.A. | Multi-stage PSA process to remove contaminant gases from raw methane streams |
US10780387B1 (en) * | 2020-06-05 | 2020-09-22 | ARC Technologies Corp. | System and method for gas quality and efficiency of a pressure swing adsorption gas separation unit |
US20230233986A1 (en) * | 2022-01-21 | 2023-07-27 | Air Products And Chemicals, Inc. | Flue Gas Decarbonization |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US486989A (en) * | 1892-11-29 | stoelting | ||
DE2604305A1 (de) * | 1976-02-04 | 1977-08-11 | Linde Ag | Verfahren zum zerlegen von gasgemischen |
US4171206A (en) * | 1978-08-21 | 1979-10-16 | Air Products And Chemicals, Inc. | Separation of multicomponent gas mixtures |
US4711645A (en) | 1986-02-10 | 1987-12-08 | Air Products And Chemicals, Inc. | Removal of water and carbon dioxide from atmospheric air |
US4770676A (en) * | 1986-05-16 | 1988-09-13 | Air Products And Chemicals, Inc. | Recovery of methane from land fill gas |
US5051115A (en) * | 1986-05-21 | 1991-09-24 | Linde Aktiengesellschaft | Pressure swing adsorption process |
US4869894A (en) * | 1987-04-15 | 1989-09-26 | Air Products And Chemicals, Inc. | Hydrogen generation and recovery |
US4813980A (en) | 1987-10-16 | 1989-03-21 | Air Products And Chemicals, Inc. | Recovery of nitrogen, hydrogen and carbon dioxide from hydrocarbon reformate |
US4846851A (en) * | 1987-10-27 | 1989-07-11 | Air Products And Chemicals, Inc. | Purification of ammonia syngas |
US4913709A (en) * | 1989-02-17 | 1990-04-03 | Ravi Kumar | Adsorption process for recovering two high purity gas products from multicomponent gas mixtures |
US4914218A (en) * | 1989-02-17 | 1990-04-03 | Ravi Kumar | Adsorptive process for separating multicomponent gas mixtures |
US4915711A (en) * | 1989-05-18 | 1990-04-10 | Air Products And Chemicals, Inc. | Adsorptive process for producing two gas streams from a gas mixture |
US5792239A (en) * | 1994-10-21 | 1998-08-11 | Nitrotec Corporation | Separation of gases by pressure swing adsorption |
CN1075394C (zh) * | 1997-05-29 | 2001-11-28 | 伍仁兴 | 脱除变换气中二氧化碳的变压吸附方法 |
US6245127B1 (en) * | 1999-05-27 | 2001-06-12 | Praxair Technology, Inc. | Pressure swing adsorption process and apparatus |
US6340382B1 (en) * | 1999-08-13 | 2002-01-22 | Mohamed Safdar Allie Baksh | Pressure swing adsorption process for the production of hydrogen |
CN1283344C (zh) | 2001-07-31 | 2006-11-08 | 成都天立化工科技有限公司 | 尿素生产中氢氮气高回收率两段变压吸附脱碳工艺方法 |
CN100490939C (zh) * | 2001-07-31 | 2009-05-27 | 成都天立化工科技有限公司 | 采用变压吸附技术从变换气中脱除二氧化碳的方法 |
US7871457B2 (en) | 2006-04-03 | 2011-01-18 | Praxair Technology, Inc. | Carbon dioxide production method |
-
2006
- 2006-04-03 US US11/395,138 patent/US7550030B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2007
- 2007-03-28 BR BRPI0709806-5A patent/BRPI0709806A2/pt not_active Application Discontinuation
- 2007-03-28 CN CN2007800205885A patent/CN101460232B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2007-03-28 WO PCT/US2007/007756 patent/WO2007126944A1/en active Application Filing
- 2007-03-28 MX MX2008012827A patent/MX2008012827A/es active IP Right Grant
- 2007-03-28 ES ES07754299.1T patent/ES2534467T3/es active Active
- 2007-03-28 EP EP07754299.1A patent/EP2007503B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-03-28 CA CA002647913A patent/CA2647913A1/en not_active Abandoned
- 2007-03-28 KR KR1020087026814A patent/KR20090006156A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20230003893A (ko) | 2021-06-30 | 2023-01-06 | 김창규 | 화장품 충진용 길이조절 노즐 |
KR20230031558A (ko) | 2021-08-27 | 2023-03-07 | 한국에너지기술연구원 | 수소 및 이산화탄소의 분리회수 시스템 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101460232A (zh) | 2009-06-17 |
US7550030B2 (en) | 2009-06-23 |
MX2008012827A (es) | 2009-03-06 |
WO2007126944A1 (en) | 2007-11-08 |
CN101460232B (zh) | 2012-01-11 |
EP2007503B1 (en) | 2015-03-04 |
EP2007503A1 (en) | 2008-12-31 |
US20070227352A1 (en) | 2007-10-04 |
BRPI0709806A2 (pt) | 2011-07-26 |
ES2534467T3 (es) | 2015-04-23 |
CA2647913A1 (en) | 2007-11-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR20090006156A (ko) | 고순도 이산화탄소를 회수하기 위한 진공 압력 순환 방법 | |
US7740688B2 (en) | Process and apparatus for carbon dioxide recovery | |
KR20090006152A (ko) | 중순도 이산화탄소 회수 방법 | |
US20110223100A1 (en) | Production of hydrogen from a reforming gas and simultaneous capture of co2 co-product | |
AU2007318658A1 (en) | Hydrogen gas separation method and separation apparatus | |
CN108236829B (zh) | 从含co2原料气中分离高纯度co2的方法及装置 | |
US20140069275A1 (en) | Low energy cyclic psa process | |
AU2021377152B2 (en) | A process and plant for producing ultrahigh-purity hydrogen from low-grade hydrogen gas | |
CN216038664U (zh) | 一种基于串联变压吸附分离技术的氩气提纯装置 | |
AU2016201267B2 (en) | A plant and process for simutaneous recovering multiple gas products from petrochemical offgas | |
WO2013191696A1 (en) | Adsorption process to recover carbon dioxide from flue gas | |
KR102439733B1 (ko) | 중수소와 질소의 혼합가스로부터 중수소의 분리 및 정제방법 | |
US20120279391A1 (en) | Adsorption process to recover carbon dioxide from flue gas |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E601 | Decision to refuse application |