KR20200041364A - 산 가스 처리 및 발전을 위한 공정 - Google Patents

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마우라드 유네스
아데쉬 하레일
메이담 무사위
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사우디 아라비안 오일 컴퍼니
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Abstract

사워 가스 스트림으로부터 산 가스를 처리하기 위한 시스템 및 공정이 제공된다. CaCO3를 사용하여 산 가스로부터 황을 포획하고 CaSO4를 생산하는 화학적 루핑 연소 (CLC) 공정이 제공된다. 산 가스 처리 유닛은 산 가스 제거 유닛으로부터 산 가스를 수용하고, 스팀 생산을 위한 열교환기에서 사용하기 위한 공기 스트림 및 CaSO4 및 다양한 가스를 생산할 수 있다. 산 가스 처리 유닛은 연료 반응기, 산화 반응기, 및 하소 반응기를 포함할 수 있다. 다른 산 가스 처리 유닛은 하소 기능 및 산화 반응기를 포함하는 연료 반응기를 포함할 수 있다. 사워 가스 스트림과 산 가스 제거 유닛 사이에 선택성 멤브레인 모듈이 배치되어 산 가스 처리 유닛에 제공된 산 가스 스트림과 혼합된 H2S 및 CO2 투과물을 생산할 수 있다.

Description

산 가스 처리 및 발전을 위한 공정
본 개시는 일반적으로 탄화수소 처리에 관한 것이다. 좀더 구체적으로는, 본 개시의 구현예는 원유 및 천연 가스의 처리 동안 발생된 산 가스의 처리에 관한 것이다.
원유 및 천연 가스와 같은 천연 자원은 연료, 산업 화학물질 (chemicals), 솔벤트 등과 같은 다양한 목적을 위해 사용가능한 탄화수소를 생산하기 위해 처리 (예를 들어, 정제)된다. 황화수소 (H2S)는 원유 및 천연 가스에서 자연적으로 발생하는 바람직하지 않은 화학 화합물이다. 원유 및 천연 가스 처리 동안 발생된 산 가스는 전형적으로 황화수소 및 다른 바람직하지 않은 화합물을 포함한다. 가스 및 액체 탄화수소 스트림으로부터 황화수소, 이산화탄소 (CO2), 카보 닐설파이드 (COS), 이황화탄소 (CS2) 및 머캡탄 (RSH)과 같은 산 가스 성분의 제거는 탄화수소 공정 산업의 많은 부분에서 공정 요구사항이다. 석유 및 가스 산업은 증가된 황 수준을 갖는 천연 가스 및 원유의 처리와 결합된 점점 더 엄격한 환경 고려 사항으로 갖는 도전과제에 직면하고 있다. 이러한 도전과제를 고려하여 효율적이고 비용 효과적인 공정을 개발하는 것은 어려울 수 있다.
H2S 및 CO2는 전통적으로 MEA 및 DEA와 같은 용매 및 흡수 시스템을 사용하여 사워 (sour) 가스 스트림으로부터 제거되어 H2S 및 CO2를 주로 포함하는 산 가스 스트림을 생산한다. 그 다음에, 이 산 가스 스트림은 전형적으로 클라우스 공정에 공급되고, 여기서 약 95% 내지 97%의 H2S 피드 스트림이 회수되어 원소 황으로 전환된다. 그 다음에, 테일 가스 처리 공정이 나머지 H2S를 전환시키고, 대기로의 황 배출을 피하기 위해 일반적으로 사용된다. 클라우스 공장을 빠져 나가기 위해 적절하고 비용 효과적인 테일 가스 처리 공정을 선택하는 것은 정유업체와 천연 가스 공장 소유자가 직면한 과제이다.
탄소 기반 연료 전환을 위한 화학적 루핑 연소 (chemical looping combustion, CLC) 공정은 19세기 후반에서 20 세기 초반까지 거슬러 산업 실무에서 사용되었다. CLC 공정에서와 같이, 연료는 금속 산화물이 금속으로 환원되도록 먼저 환원기 (연료 반응기)에서 금속 산화물과 반응한다. 환원기 (reducer)의 반응 생성물은 CO2와 증기이다. 환원기를 빠져 나가는 금속은 연소기 (공기 반응기)로 들어가고, 여기서 공기와 반응하여 금속 산화물을 재생시킨다. 그 다음에, 금속 산화물은 환원기로 다시 재순환된다. 산화 열은 공기 반응기로부터의 가열되고 사용된 (spent) 공기 및 산화된 금속에 의해 운반된다. 사용된 공기는 유틸리티 스팀으로서 사용될 수 있는 스팀을 생산하거나, 전기 발생을 위해 스팀 터빈을 구동하는데 사용될 수 있다.
상이한 금속이 상이한 연료 (예를 들어, 탄화수소 및 황 종)에 상이하게 반응함에 따라, 특정 연료를 위한 특정 산소 캐리어가 개발되었다. 칼슘-기반 입자는, 칼슘-기반 제품에서 황 화합물의 포획을 허용하고, 황 함유 연료를 연소하는 발전소에서 전형적으로 사용되는 연도 가스 탈황 (flue gas desulfurization, FGD) 시스템의 필요성을 제거하므로, 황 함유 연료에 대해 좋은 후보이다.
본 개시의 구현예는 열 산화기 (oxidizer)를 사용하지 않고 산 가스로부터 황을 효율적이고 경제적으로 회수하기 위한 개선된 시스템 및 공정을 제공한다. 구현예는 탄산칼슘-기반 CLC 공정을 포함하고, 여기서 산 가스 스트림, 예를 들어, 산 가스 제거 유닛 (Acid Gas Removal Unit, AGR)으로부터의 산 가스 스트림은 산화되고, 황은 황산칼슘 (CaSO4) 부산물로서 회수되며, 기존의 열 산화기 및 이어서 TGTU (Tail Gas Treatment Unit, 테일 가스 처리 유닛) (예를 들어, SCOT (Shell Claus Off-gas Treating, 쉘 클라우스 오프-가스 처리) 또는 유사한 공정)을 뒤를 이어 사용하는 대신에, 황 회수 요건을 충족시키고, SOx 배출량을 허용 가능한 환경 수준으로 낮춘다.
유리하게는, 본 개시의 구현예는 황을 포획하기 위하여 열 산화기 및 테일 가스 처리를 사용하지 않는다. 대조적으로, 이러한 종래의 테일 가스 처리는 클라우스 유닛으로부터의 황 성분을 열 산화기에서 SO2로 산화시킨 다음, SCOT-유사 공정에서 SO2를 H2S로 다시 전환시키는 것이 필요하다. 따라서, 본 개시의 구현예는 클라우스 및 SCOT 유닛을 대체할 수 있고, CaSO4 부산물은 시멘트 산업에서 사용될 수 있다.
하나의 구현예에서, 황화수소를 포함하는 산 가스 스트림을 처리하도록 작동가능한 산 가스 처리 유닛을 포함하는 시스템이 제공된다. 산 가스 처리 유닛은 산 가스 스트림 및 산화칼슘을 수용하도록 작동가능한 연료 반응기를 포함하여, 따라서 상기 연료 반응기는 황화수소를 산화칼슘과 반응시켜 황화칼슘, 및 수증기 (water vapor)와 이산화탄소를 포함하는 제1 가스 스트림을 생산하도록 더욱 작동가능하다. 산 가스 처리 유닛은 또한 황화칼슘 및 제1 공기 스트림을 수용하도록 작동가능한 산화 반응기 (oxidizer reactor)를 포함하여, 산화 반응기는 황산칼슘 및 산소-희박 제2 공기 스트림을 생산하도록 추가로 작동가능하며, 상기 산소-희박 공기 스트림은 15 중량% 이하의 산소를 포함한다. 산 가스 처리 유닛은 또한 산소-희박 제2 공기 스트림 및 탄산칼슘을 수용하도록 작동가능한 하소 반응기 (calciner reactor)를 포함한다. 하소 반응기는 산화칼슘 및 제2 가스 스트림을 생산하도록 추가로 작동가능하여, 상기 제2 가스 스트림은 이산화탄소를 포함한다.
몇몇 구현예에서, 시스템은 제1 가스 스트림, 제2 가스 스트림, 및 산소-희박 제2 공기 스트림 중 적어도 하나를 수용하도록 작동가능한 하나 이상의 열교환기를 포함하여, 상기 하나 이상의 열교환기는 제1 가스 스트림, 제2 가스 스트림, 산소-희박 제2 공기 스트림, 또는 이들의 임의의 조합으로부터의 열을 사용하여 스팀을 생산하도록 추가로 작동가능하다. 몇몇 구현예에서, 하나 이상의 열교환기는 제1 가스 스트림, 제2 가스 스트림, 또는 이들의 조합으로부터의 열을 사용하여 제1 공기 스트림을 가열하도록 추가로 작동가능하다. 몇몇 구현예에서, 하나 이상의 열교환기는, 연료 반응기가 산 가스 스트림을 수용하기 전에, 산 가스 스트림을 가열하도록 추가로 작동가능하다. 몇몇 구현예에서, 시스템은 하나 이상의 열교환기로부터 스팀을 수용하고 파워 및 감압된 스팀을 생산하도록 작동가능한 발전 유닛 (power generation unit )을 포함한다. 몇몇 구현예에서, 감압된 스팀은 산 가스 제거 유닛의 재생 컬럼에 제공된다. 몇몇 구현예에서, 시스템은 사워 (sour) 가스 스트림을 수용하고 산 가스 스트림을 생산하도록 작동가능한 산 가스 제거 유닛을 포함하고, 상기 산 가스 제거 유닛은 흡수 컬럼 및 재생 컬럼을 갖는다. 몇몇 구현예에서, 시스템은 산화 반응기로부터 재생 컬럼으로 열을 전달하도록 작동가능한 하나 이상의 열교환기를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 시스템은 산 가스 스트림을 생산하도록 작동 가능한 산 가스 제거 유닛과 사워 가스 스트림 사이에 배치된 선택성 멤브레인 모듈을 포함하고, 상기 선택성 멤브레인은 사워 가스 스트림과 비교하여 증가된 농도의 이산화탄소 및 황화수소를 갖는 투과 스트림, 및 사워 가스 스트림과 비교하여 감소된 농도의 이산화탄소 및 황화수소를 갖는 잔류 스트림을 생산하도록 작동가능하다. 몇몇 구현예에서, 투과 스트림은 연료 반응기에 의해 수용되기 전에 산 가스 스트림과 혼합되고, 산 가스 제거 유닛은 잔류 스트림을 수용하도록 작동가능하다. 몇몇 구현예에서, 산화 반응기는 고속 라이저 반응기를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 하소 반응기는 유동층 반응기를 포함한다.
다른 구현예에서, 산 가스 처리 유닛의 연료 반응기에서 산 가스 스트림 및 산화칼슘을 수용하는 단계, 여기서 상기 산 가스 스트림은 황화수소를 포함하며, 및 황화수소를 산화 칼슘과 반응시켜 황화 칼슘, 및 수증기와 이산화탄소를 포함하는 제1 가스 스트림을 생산하도록 연료 반응기를 작동시키는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 산 가스 처리 유닛의 산화 반응기를 작동시켜 황화칼슘 및 제1 공기 스트림을 수용하여 황산 칼슘 및 산소-희박 제2 공기 스트림을 생산하여 산소-희박 공기 스트림이 15 중량% 이하의 산소를 포함하도록 하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은 또한 산소-희박 공기 스트림 및 탄산칼슘을 수용하고, 산화칼슘 및 제2 가스 스트림을 생산하여, 제2 가스 스트림이 이산화탄소를 포함하도록 하소 반응기를 작동시키는 단계를 포함한다.
몇몇 구현예에서, 본 방법은 하나 이상의 열교환기를 작동시켜 제1 가스 스트림, 제2 가스 스트림 및 산소-희박 제2 공기 스트림 중 적어도 하나를 수용하여, 제1 가스 스트림, 제2 가스 스트림, 산소-희박 제2 공기 스트림, 또는 이들의 임의의 조합으로부터의 열을 사용하여 스팀을 생산하는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 본 방법은 산 가스 처리 유닛의 연료 반응기에서 산 가스 스트림 및 산화칼슘을 수용하기 전에 산 가스 스트림을 가열하도록 하나 이상의 열교환기를 작동시키는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 본 방법은 하나 이상의 열교환기로부터 스팀을 수용하고, 파워 및 감압된 스팀을 생산하도록 발전 유닛을 작동시키는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 본 방법은 감압된 스팀을 산 가스 제거 유닛의 재생 컬럼에 제공하는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 산 가스 스트림은 산 가스 제거 유닛으로부터 수용된다. 몇몇 구현예에서, 본 방법은 사워 가스 스트림 및 산 가스 제거 유닛 사이에 배치된 선택성 멤브레인 모듈을 작동시켜, 사워 가스 스트림과 비교하여 증가된 농도의 이산화탄소 및 황화수소를 갖는 투과 스트림, 및 사워 가스 스트림과 비교하여 감소된 농도의 이산화탄소 및 황화수소를 갖는 잔류 스트림을 생산하는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 본 방법은 연료 반응기에 의해 수용되기 전에 투과 스트림을 산 가스 스트림과 혼합하는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 본 방법은, 산 가스 스트림이 탄화수소를 포함하지 않을 때, 제1 가스 스트림으로부터 수증기를 제거하여 CO2 스트림을 생산하는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 본 방법은 제1 가스 스트림이 제1 임계량 미만의 일산화탄소의 양 및 제2 임계량 미만의 수소의 양을 포함할 때, 제1 가스 스트림을 수용하도록 산 가스 처리 유닛의 산화 반응기를 작동시키는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 연료 반응기를 작동시키는 단계는 600 ℃ 내지 900 ℃ 범위의 온도에서 연료 반응기를 작동시키는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 산화 반응기를 작동시키는 단계는 800 ℃ 내지 1100 ℃ 범위의 온도에서 산화 반응기를 작동시키는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 하소 반응기를 작동시키는 단계는 800 ℃ 내지 1000 ℃ 범위의 온도에서 산화 반응기를 작동시키는 단계를 포함한다.
다른 구현예에서, 황화수소를 포함하는 산 가스 스트림을 처리하도록 작동가능한 산 가스 처리 유닛을 포함하는 시스템이 제공된다. 산 가스 처리 유닛은 산 가스 스트림 및 탄산칼슘을 수용하도록 작동가능한 연료 반응기를 포함한다. 연료 반응기는 탄산칼슘으로부터 이산화탄소 및 산화칼슘을 생산하고, 및 황화수소를 산화칼슘과 반응시켜 황화칼슘, 및 수증기와 이산화탄소를 포함하는 제1 가스 스트림을 생산하도록 추가로 작동가능하다. 산 가스 처리 유닛은 황화칼슘 및 제1 공기 스트림을 수용하도록 작동 가능한 산화 반응기를 또한 포함하고, 산화 반응기는 황산칼슘 및 산소-희박 제2 공기 스트림을 생산하도록 추가로 작동가능하며, 상기 산소-희박 공기 스트림은 15 중량% 이하의 산소를 갖는다.
몇몇 구현예에서, 본 시스템은 제1 가스 스트림 및 산소-희박 제2 공기 스트림을 수용하도록 작동가능한 하나 이상의 열교환기를 포함하고, 상기 하나 이상의 열교환기는 제1 가스 스트림, 산소- 희박 제2 공기 스트림, 또는 이들의 조합으로부터의 열을 사용하여 스팀을 생산하도록 추가로 작동가능하다. 몇몇 구현예에서, 하나 이상의 열교환기는 제1 가스 스트림, 산소-희박 제2 공기 스트림, 또는 이들의 조합으로부터의 열을 사용하여 제1 공기 스트림을 가열하도록 추가로 작동가능하다. 몇몇 구현예에서, 하나 이상의 열교환기는, 연료 반응기가 산 가스 스트림을 수용하기 전에, 산 가스 스트림을 가열하도록 추가로 작동가능하다. 몇몇 구현예에서, 시스템은 하나 이상의 열교환기로부터 스팀을 수용하고 파워 감압된 스팀을 생산하도록 작동가능한 발전 유닛을 포함한다. 몇몇 구현예에서, 감압된 스팀은 산 가스 제거 유닛의 재생 컬럼에 제공된다. 몇몇 구현예에서, 시스템은 사워 (sour) 가스 스트림을 수용하고 산 가스 스트림을 생산하도록 작동가능한 산 가스 제거 유닛을 포함하고, 상기 산 가스 제거 유닛은 흡수 컬럼 및 재생 컬럼을 포함한다. 몇몇 구현예에서, 시스템은 산 가스 스트림을 생산하도록 작동가능한 산 가스 제거 유닛과 사워 가스 스트림 사이에 배치된 선택성 멤브레인 모듈을 포함하여, 선택성 멤브레인은 사워 가스 스트림에 비해 증가된 농도의 이산화탄소 및 황화수소를 갖는 투과 스트림, 및 사워 가스 스트림에 비해 감소된 농도의 이산화탄소 및 황화수소를 갖는 잔류 스트림을 생산하도록 작동가능하다. 몇몇 구현예에서, 투과 스트림은 연료 반응기에 의해 수용되기 전에 산 가스 스트림과 혼합되고, 산 가스 제거 유닛은 잔류 스트림을 수용하도록 작동가능하다. 몇몇 구현예에서, 산화 반응기는 고속 라이저 반응기를 포함한다.
다른 구현예에서, 산 가스 처리 유닛의 연료 반응기에서 산 가스 스트림 및 탄산칼슘을 수용하는 단계, 상기 산 가스 스트림은 황화수소를 포함하며, 및 탄산 칼슘으로부터 이산화탄소 및 산화칼슘을 생산하고, 황화수소를 산화칼슘과 반응시켜 황화칼슘, 및 수증기와 이산화탄소를 포함하는 제1 가스 스트림을 생산하도록 연료 반응기를 작동시키는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 본 방법은 또한 산 가스 처리 유닛의 산화 반응기를 작동시켜 황화칼슘 및 제1 공기 스트림을 수용하여 황산칼슘 및 산소-희박 제2 공기 스트림을 생산하는 단계를 포함하고, 상기 산소-희박 공기 스트림은 15 중량% 이하의 산소를 갖는다. 몇몇 구현예에서, 본 방법은 하나 이상의 열교환기를 작동시켜 제1 가스 스트림, 산소-희박 제2 공기 스트림 중 적어도 하나를 수용하여 제1 가스 스트림, 산소-희박 제2 공기 스트림, 또는 이들의 조합으로부터의 열을 사용하여 스팀을 생산하는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 본 방법은, 산 가스 처리 유닛의 연료 반응기에서 산 가스 스트림을 수용하기 전에, 하나 이상의 열교환기를 작동시켜 산 가스 스트림을 가열하는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 본 방법은 발전 유닛을 작동시켜 하나 이상의 열교환기로부터 스팀을 수용하고, 파워 및 감압된 스팀을 생산하는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 본 방법은 감압된 스팀을 산 가스 제거 유닛의 재생 컬럼에 제공하는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 본 방법은 사워 가스 스트림 및 산 가스 제거 유닛 사이에 배치된 선택성 멤브레인 모듈을 작동시켜 사워 가스 스트림 비교하여 증가된 농도의 이산화탄소 및 황화수소를 갖는 투과 스트림, 및 사워 가스 스트림과 비교하여 감소된 농도의 이산화탄소 및 황화수소를 갖는 잔류 스트림을 생산하는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 본 방법은, 연료 반응기에 의해 수용되기 전에, 투과 스트림을 산 가스 스트림과 혼합하는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 본 방법은, 산 가스 스트림이 탄화수소를 포함하지 않을 때, 제1 가스 스트림으로부터 수증기를 제거하여 CO2 스트림을 생산하는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 본 방법은, 제1 가스 스트림이 제1 임계량 미만의 일산화탄소의 양 및 제2 임계량 미만의 수소의 양을 포함할 때, 제1 가스 스트림을 수용하도록 산 가스 처리 유닛의 산화 반응기를 작동시키는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 연료 반응기를 작동시키는 단계는 800 ℃ 내지 900 ℃의 범위의 온도에서 연료 반응기를 작동시키는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 산화 반응기를 작동시키는 단계는 850 ℃ 내지 1100 ℃ 범위의 온도에서 산화 반응기를 작동시키는 단계를 포함한다.
도 1은 사워 가스 스트림으로부터 산 가스를 제거하기 위한 종래의 가스 처리 공정의 개략적인 도표이다.
도 2는 본 개시 내용의 구현예에 따른 사워 가스 스트림에서 산 가스를 처리하기 위한 시스템의 개략적인 도표이다.
도 3은 본 개시의 구현예에 따른 산 가스 스트림을 예열하는 단계를 포함하는 도 2의 시스템의 개략적인 도표이다.
도 4는 본 개시의 구현예에 따른 멤브레인 모듈을 갖는 도 2의 시스템의 개략적인 도표이다.
도 5는 본 개시의 구현예에 따른 산 가스 스트림을 예열하는 단계를 포함하는 도 4의 시스템의 개략적인 도표이다.
도 6은 본 개시의 구현예에 따른 사워 가스 스트림에서 산 가스를 처리하기위한 시스템의 개략적인 도표이다.
도 7은 본 개시의 구현예에 따른 산 가스 스트림을 예열하는 단계를 포함하는 도 6의 시스템의 개략적인 도표이다.
도 8은 본 개시의 구현예에 따른 멤브레인 모듈을 갖는 도 6의 시스템의 개략적인 도표이다.
도 9는 본 개시의 구현예에 따른 산 가스 스트림을 예열하는 단계를 포함하는 도 8의 시스템의 개략적인 도표이다.
본 개시는 본 개시의 구현예를 예시하는 첨부 도면을 참조하여 더 완전하게 기재될 것이다. 그러나, 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 예시된 구현예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이들 구현예는 본 개시가 철저하고 완전하도록 제공되며, 본 개시의 범위를 당업자에게 완전히 전달할 것이다.
본 개시에서 사용되는 바와 같이, 용어 "유닛"은 하나 이상의 설비 아이템을 지칭할 수 있고, 몇몇 구현예에서, 하나 이상의 서브유닛을 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 설비 아이템은 반응기, 반응기 용기, 히터, 교환기, 파이프, 펌프, 컴프레서, 제어기 및 이들의 다양한 조합을 포함할 수 있다.
본 개시에서 사용되는 바와 같이, 용어 "풍부"는 스트림에서 적어도 약 50%의 몰, 중량, 또는 부피의 화합물 또는 화합물의 부류의 양을 지칭한다. 몇몇 구현예에서, 용어 "풍부"는 스트림에서 적어도 약 70% 몰, 중량, 또는 부피의 화합물 또는 화합물 부류의 양을 지칭할 수 있다.
본 개시에서 사용된 바와 같이, 용어 "희박"은 스트림에서 일반적으로 약 15% 이하의 몰, 중량, 또는 부피의 화합물 또는 화합물 부류의 양을 나타낼 수 있다. 몇몇 구현예에서, 용어 "희박"은 스트림에서 적어도 약 10%의 몰, 중량, 또는 부피의 화합물 또는 화합물 부류의 양을 지칭할 수 있다.
본 개시의 구현예는 산 가스를 처리하고 황 배출을 감소시키면서 파워를 생산하기 위한 화학적 루핑 연소 (chemical looping combustion, CLC) 공정을 갖는 시스템 및 공정을 포함한다. 본 개시에 기재된 바와 같이, 탄산칼슘 (예컨대 석회석에서 발견되는 것)은 산 가스로부터 황을 직접적으로 포획하고, CaSO4 부산물을 생산하는데 사용된다. 이러한 구현예는 유리하게도 산 가스의 경제적이고 효율적인 공정가격설정을 제공하고, 기존의 및 대안적인 기술에 비해 증가된 황 회수를 달성한다. 또한, 본 개시의 구현예는 연소 전에 가스를 스위트닝할 필요가 없는 산 가스를 위한 열 에너지 전환 공정에 연료를 더욱 제공한다. 더욱이, 이러한 구현예는 기존의 및 대안적인 공정에 비해 개선된 작동 유연성을 갖는다. 본 개시의 구현예예는 클라우스 (Claus) 및 테일 가스 처리 공정의 사용을 추가로 제거하고, 단일 공정에서 가스 처리 및 파워 생산 (발전)을 결합함으로써 파워를 생산할 수 있다.
도 1은 사워 가스 스트림에서 산 가스를 처리하기 위한 종래 기술의 가스 처리 공정 (100)을 도시한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 공정 (100)은 흡수 컬럼 (104) 및 재생 컬럼 (106)을 갖는 산 가스 제거 (Acid Gas Removal, AGR) 유닛 (102)을 포함한다. 시스템 (102)은 또한 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이 AGR 유닛 (102)과 함께 작동하는 클라우스 유닛 (108) 및 테일 가스 처리 유닛 (110)을 포함한다.
도 1에 나타낸 바와 같이. 사워 가스 스트림 (112)은 AGR 유닛 (102)의 흡수 컬럼 (104)에 공급된다. 재생 컬럼 (106)으로부터의 희박 로딩된 용매 스트림 (114)은 사워 가스 스트림 (112)으로부터 H2S 및 CO2를 흡수한다. 스위트닝된 가스 스트림은 다른 불순물 또는 귀중한 탄화수소를 제거하기 위해 추가로 처리될 수 있는 판매 가스 스트림 (116)으로서 흡수 컬럼 (104)을 빠져 나간다. 판매 가스 스트림 (116)은 또한 수송을 위한 파이프 라인으로 보내질 수 있고, 산업 목적으로 또는 발전소에서 사용될 수 있다. AGR 유닛 (102)에서 사용된 용매는 사워 가스 피드 스트림 (112) 내의 H2S 및 CO2의 양 및 흡수 컬럼 (104)을 빠져 나가는 판매 가스 스트림 (116)의 원하는 품질에 의존할 수 있다.
H2S 및 CO2 로딩된 용매 스트림 (118)은 흡수 컬럼 (104)을 빠져 나와 재생 컬럼 (106)으로 보내진다. 스팀 스트림 (120)은 재생 컬럼 (106)에 주입되어 용매로부터 H2S 및 CO2를 스트리핑하기 위한 및 용매를 재생하기 위한 열을 제공한다. 희박 로딩된 용매 스트림 (114)은 흡수 컬럼 (104)으로 재순환된다. 대부분 H2S 및 CO2를 포함하는 산 가스 스트림 (122)은 재생 컬럼 (106)을 나와 클라우스 유닛 (CU1) (108)으로 보내진다.
산 가스 스트림 (122)은 산소 존재 하에 클라우스 유닛 (CU1) (108)에서 산화되고, 그 다음에 촉매와 접촉하여 원소 황 스트림 (126)을 생산하는 한편, 나머지 가스는 연도 가스 스트림 (128)을 통해 클라우스 유닛 (CU1) (108)으로부터 벤트된다. 산소는 공기 또는 순수한 산소 스트림 (130)에 의해 클라우스 유닛 (CU1) (108)에 제공될 수 있다. 클라우스 유닛 (CU1) (108)에서 발생하는 반응의 평형이 발열성이므로, 잔류 에너지는 AGR 유닛 (102)의 재생 컬럼 (106)에서 사용된 스팀 스트림 (120)을 생산하는데 사용된다.
테일 가스 스트림 (130)은 클라우스 유닛 (CU1) (108)을 나가, 테일 가스 처리 유닛 (tail gas treatment unit, TGTU1) (110)에 공급된다. 테일 가스 처리 유닛 (TGTU1) (110)은 테일 가스 스트림 (130)의 SOx를 H2S로 전환시킨다. 테일 가스 처리 유닛 (TGTU1) (110)으로부터의 H2S 스트림 (132)은 클라우 유닛 (CU1) (108)으로 피드백되어 황 회수율을 증가시킨다.
도 1에 나타낸 종래 기술의 공정과는 대조적으로. 본 개시의 구현예는 클라우스 유닛의 사용을 피하거나 감소시키고, 산 가스의 처리를 위한 TGTU의 사용을 제거한다. 본 개시의 구현예는, 황 포획 물질이 산화된 형태를 산소 캐리어로서 사용하기 때문에, 환경-친화적인 천연 물질인 CaCO3를 사용한다. 아래에 기재된 시스템 및 공정에 의해 생산된 부산물은 시멘트 산업에서 사용될 수 있다. 또한, 본 개시의 구현예는 SO2의 환원을 위한 열 산화제 및 수소를 필요로하지 않는다. 도 2 내지 4는 이러한 장점 및 이점을 포함하는 황 가스의 처리를 위한 다양한 구현예를 도시한다.
도 2는 본 개시의 구현예에 따른 사워 가스 스트림으로부터 산 가스를 처리하기 위한 시스템 (200)을 도시한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 시스템 (200)은 연료 반응기 (F1) (204), 산화 반응기 (O1) (206) 및 하소 반응기 (208)를 갖는 화학 루핑 연소 공정 (202)을 포함하여, 본 개시에 기재된 기술에 따라 산 가스를 처리한다. 도 2는 상기 논의된 흡수 컬럼 (104) 및 재생 컬럼과 유사한 방식으로 작동하는 흡수 컬럼 (212) 및 재생 컬럼 (214)을 갖는 산 가스 제거 (acid gas removal, AGR) 유닛 (210)을 추가로 나타낸다. 시스템 (200)은 또한 열교환기 (216) (즉, 둘 이상의 스트림 사이에서 열을 전달하도록 구성된 하나 이상의 열교환기) 및 발전 유닛 (218)을 포함한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 사워 가스 스트림 (220)은 AGR 유닛 (210)의 흡수 컬럼 (212)에 공급된다. 재생 컬럼 (214)으로부터의 희박 로딩된 용매 스트림 (222)은 사워 가스 스트림 (200)으로부터 H2S 및 CO2를 흡수한다. 판매 가스 스트림 (224)은 흡수 컬럼 (212)을 빠져 나가서, 다른 불순물 또는 유용한 탄화수소를 제거하도록 처리되거나, 또는 산업 목적 또는 발전을 위한 수송을 위해 파이프 라인으로 보내질 수 있다. 전술한 바와 같이, AGR 유닛 (210)에 사용된 용매는 사워 가스 피드 스트림 (220) 내의 H2S 및 CO2의 양 및 흡수 컬럼 (212)을 빠져 나가는 판매 가스 스트림 (224)의 원하는 품질에 의존할 수 있다. H2S 및 CO2 로딩된 용매 스트림 (226)은 흡수 컬럼 (212)을 나와서 재생 컬럼 (214)으로 보내진다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 스팀은 발전 유닛 (218)으로부터 제공되어 H2S 및 CO2를 스트리핑하고 용매를 재생하기 위한 열을 제공할 수 있고, 희박 로딩된 용매 스트림 (222)은 흡수 컬럼 (204)으로 재순환된다. H2S 및 CO2를 포함하는 산 가스 스트림 (228)은 재생 컬럼 (214)을 나가, 산 가스 처리 유닛 (202)으로 보내진다.
재생 컬럼 (214)을 나가는 산 가스 스트림 (228)은 CLC 공정 (202)의 연료 반응기 (204)에 제공된다. 산 가스 스트림 (228)으로부터의 H2S는 연료 반응기 (204)에서 산화칼슘 (CaO)과 반응하여 황화칼슘 (CaS) 및 수증기 (water vapor)를 생산한다. CaO 스트림 (230)은 하소 반응기 (208)로부터 연료 반응기 (204)로 공급될 수 있다. 고체 CaS는 연료 반응기 (204)에서 적합한 고체/가스 분리 장치를 통해 수증기 및 잔류 가스로부터 분리될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 예를 들어, 고체/기체 분리 장치는 사이클론일 수 있다. 고체 CaS 스트림 (232)은 연료 반응기 (204)를 나가 산화 반응기 (206)에 제공될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 산 가스 스트림 (228)은 탄화수소를 포함할 수 있다. 이러한 구현예에서, 탄화수소는 CO, CO2, 및 H2로 개질되었다. 이들 가스, 잔류 CO2, 및 스팀은 가스 스트림 (236)으로서 연료 반응기 (204)를 나갈 수 있다. 가스 스트림 (236)은, 스트림 (236)이 냉각되고 스팀 (238)을 생산하는데 사용되는, 열교환기 (216)에 제공될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 스팀 (238)은 가열 적용 또는 발전에 사용될 수 있다. 예를 들어, 스팀 (238)은 발전 유닛 (218) 또는 재생 컬럼 (214)에 제공될 수 있다. 냉각된 가스 스트림은 도 2에 나타낸 스트림 (240)으로서 열교환기 (216)를 나가고, 몇몇 구현예에서는, 보일러 또는 가스 터빈에서 벤트되거나, 태워지거나 (flared), 또는 연소될 수 있다.
연료 반응기 (204)로부터의 고체 CaS 스트림 (232)은 산화 반응기 (206)로 제공되며, 여기서 이것은 황산칼슘 (CaSO4)으로 산화된다. 산화 반응기 (206)는 또한 공기 스트림 (242)을 수용한다. 산화 반응기에서의 산화 반응은 공기 스트림 (242)에 의해 제공된 공기로부터 산소를 스트립하여, 산소-희박 공기 (즉, 15% 이하의 산소를 갖는 공기)가 생산되도록 한다. 산소- 희박 공기는 연료 반응기 (204)에서 적합한 고체/가스 분리 장치를 통해 고체 CaSO4로부터 분리될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 예를 들어, 고체/기체 분리 장치는 사이클론일 수 있다. 분리된 산소-희박 공기는 산소-희박 공기 스트림 (244)으로서 산화 반응기 (206)를 나갈 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 산화 반응기 (206)에서의 산화 반응은 발열성이며, 화학적 루핑 연소 공정 (202)을 평형시키는 것을 돕는다.
CaSO4 스트림 (246)은 산화 반응기 (206)를 나갈 수 있다. 몇몇 구현예에서, CaSO4는 시스템 (200)으로부터 퍼지될 수 있다. 다른 구현예에서, CaSO4의 일부는 시스템 (200)으로부터 퍼지될 수 있고, 한편, CaSO4의 다른 일부는 하소 반응기 (208)에 제공될 수 있다. 이러한 구현예에서, 하소 반응기 (208)로부터 연료 반응기 (204)로 제공되는 스트림 (230)은 CaO와 CaSO4의 혼합물을 포함할 수 있고, 연료 반응기 (204)로부터 나오는 스트림 (232)은 CaS와 CaSO4의 혼합물을 포함할 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 산화 반응기 (206) 및 연료 반응기 (204) 내에 CaSO4의 존재는 CLC 공정 (202)의 반응기들 사이에서 에너지의 전달을 도울수 있고, 열 평형을 제공할 수 있다.
산화 반응기 (206)를 나가는 산소-희박 공기 스트림 (244)은 하소 반응기 (208)에 제공될 수 있다. CaCO3 스트림 (248)은 또한 하소 반응기 (208)에 제공된다. 전술한 바와 같이, 몇몇 구현예에서 산화 반응기 (206)를 나가는 CaSO4 스트림 (246)의 일부는 하소 반응기 (208)에 제공될 수 있다. 산소-희박 공기 스트림 (244)은 하소 반응기 (208)에서 발생하는 하소 반응을 도와 CaCO3를 CaO 및 CO2로 분해할 수 있다. 하소 반응기 (208)에서의 고체 CaO는 산화 반응기 (206)에서 적합한 고체/가스 분리 장치를 통해 가스 유출물로부터 분리될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 예를 들어, 고체/기체 분리 장치는 사이클론일 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 분리된 CaO는 루프를 폐쇄하기 위해 CaO 스트림 (230)을 통해 연료 반응기 (204)에 제공된다.
분리된 가스 유출물은 가스 유출물 스트림 (250)을 통해 하소 반응기 (208)를 나갈 수 있다. 가스 유출물 스트림 (250)은 스팀 (238)의 생산을 보조하기 위해 열교환기 (216)에 제공될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 스팀 (238)은 가열 적용 또는 발전에 사용될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 스팀 (238)은 발전 유닛 (218)에 제공될 수 있다. 발전 유닛 (218)은, 예를 들어, 발전기를 구동하는 스팀 터빈을 포함할 수 있다. 이러한 구현예에서, 슬립 저압 스트림 (252)은 발전 유닛 (218)으로부터 배출되어, 산 가스-로딩된 용매로부터 산 가스를 스트리핑하기 위한 적절한 에너지를 재생 컬럼 (214)에 제공한다. 나머지 스팀은 응축된 스팀 스트림 (254)을 생산하기 위해 응축기에서 응축될 수 있으며, 스팀 (238)을 생산하고 어떤 스팀 손실을 보충하기 위하여 보충수 스트림 (256)에 더하여 열교환기 (216)로 다시 제공될 수 있다. 냉각된 가스 유출물 스트림은 도 2에 나타낸 스트림 (258)으로서 열교환기 (216)를 나간다.
몇몇 구현예에서, 재생 컬럼 (214)의 작동에 사용되는 열은 재생 컬럼 (214)과 산화 반응기 (206) 사이의 열 연결을 통해 산화 반응기 (206)로부터 제공될 수 있다. 예를 들어, 열 연결은 재생 컬럼 (214)과 산화 반응기 (206) 사이에 배치된 하나 이상의 열교환기일 수 있으며, 열교환기는 재생 컬럼 (214)에 열을 전달하기 위한 유체 및 산화 반응기 (206)로부터 열을 제거하기 위한 또다른 유체를 사용하여 유체들이 열교환기에서 열을 교환하게 하거나, 또는 동일한 유체 또는 고체를 사용하여 열을 재생 컬럼 (214)으로 전달하고 산화 반응기 (206)로부터 열을 제거한다. 이러한 구현예에서, 열교환기는 열교환기 번들 (216)과 상이하거나 또는 분리된 것일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 열교환기 (216)는, 산화 반응기 (206)에 제공된 공기 스트림 (242)이 반응기 (206)로 도입되기 전에 가열되도록, 공기 스트림 (260)을 가열하는데 사용될 수 있다.
연료 반응기 (204)는 당 업계에 공지된 임의의 적합한 유형의 고체/가스 반응기일 수 있으며, 몇몇 구현예에서, 버블링층, 유동층 또는 이동층 반응기일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 산화 반응기 (206)는 고속 라이저 유형 반응기일 수 있다. 다른 구현예에서, 산화 반응기 (206)는 당업계에 공지된 임의의 적합한 유형의 고체/기체 반응기이며, 몇몇 구현예에서, 버블링층, 유동층, 또는 이동층 반응기일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 하소 반응기 (208)는 유동층 반응기일 수 있다. 다른 구현예에서, 하소 반응기 (208)는 당업계에 공지된 임의의 적합한 유형의 고체/기체 반응기이며, 몇몇 구현예에서, 버블링층 반응기 또는 이동층 반응기일 수 있다. 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 버블링층, 유동층 또는 이동층 반응기는 사이클론과 같은 적합한 고체/기체 분리 요소를 사용할 수 있으며, 상호 연결된 층(bed)은 고체의 순환을 제공하기 위해 반응기 및 유동화 매체 사이에 가스 누출을 방지하도록 밀봉 루프를 사용할 수 있다.
몇몇 구현예에서, 산 가스 스트림 (228)은 탄화수소를 포함하지 않을 수 있고, H2S, CO2 및 물로 구성될 수 있다. 이러한 구현예에서, 물은 산 가스 스트림 (228)으로부터 스트리핑되어 저장 또는 다른 목적으로 사용될 수 있는 고순도 CO2 스트림을 생산할 수 있다. 이러한 구현예에서, 연료 반응기 (204)를 나가는 스트림 (236)은 CO2만을 포함할 수 있고, 열교환기 (216)를 나가는 냉각된 스트림 (240)은 특정 순도로 CO2를 포획하기 위해 가스 처리 유닛에 공급될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 산 가스 스트림 (228)은 다른 구현예와 비교하여 감소된 양의 탄화수소를 포함할 수 있다. 산 가스 스트림 (228)이 감소된 양의 탄화수소를 갖는 구현예에서, 연료 반응기 (204)를 나가는 스트림 (236)은 연료 반응기 (204)에서 발생하는 탄화수소 개질에 의해 생산된 CO 및 H2의 존재로 인해 약간의 에너지 함량을 보유할 수 있다. 이러한 구현예에서, 스트림 (236)의 에너지 함량이 충분히 낮은 경우, 스트림 (236)은 CO 및 H2의 완전한 연소를 위해 공기 스트림 (242)과 함께 산화 반응기 (206)에 직접 공급될 수 있다. 결과적인 생성물은 스트림 (244)을 통해 산화 반응기 (206)를 나갈 수 있고, 하소 반응기 (208)에 제공될 수 있으며, 스트림 (250)을 통해 하소 반응기 (208)를 나와 열교환기 (216)에 제공될 수 있다. 따라서 이러한 구현예는 연료 반응기 (204)를 나가는 스트림 (236)을 연소시키기 위해 별도의 연소 장치의 사용을 피한다.
몇몇 구현예에서, 사워 가스 피드 (220)로부터의 슬립 스트림은 연료 반응기 (204)에 공급되어, 가스 스트림 (236)은 증가된 에너지 함량을 가질 수 있다. 이러한 구현예에서, 스트림 (236)은 산화 반응기 (206)에, 별도의 연소 챔버 또는 보일러에, 또는 열교환기 (216)에 직접 제공되어 냉각될 수 있다. 스트림 (236)이 열교환기 (216)에 제공되는 구현예에서, 냉각된 스트림 (240)은 압축되고, 조합된 사이클 또는 다생성 (polygeneration) 사이클로 작동되는 가스 터빈에 공급되어, 시스템 (200)의 파워 및 스팀 생산을 보완할 수 있다.
도 3은 본 개시의 다른 구현예에 따라 사워 가스 스트림에서 산 가스를 처리하기 위한 시스템 (300)을 도시한다. 도 3에 나타낸 바와 같이. 시스템 (300)은 시스템 (200)의 구성요소를 포함하지만, 산 가스 스트림을 연료 반응기 (204)에 제공하기 전에 산 가스 스트림 (228)을 예열하는 단계를 추가로 포함한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 산 가스 스트림 (228)을 예열하는 것은, 산 가스 스트림을 연료 반응기 (204)에 직접 공급하는 것과 비교하여, 연료 반응기 (204)의 열 요구사항을 감소시킬 수 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 산 가스 스트림 (228)은, 연료 반응기 (204)에 제공되기 전에, 열교환기 (216)에 제공될 수 있다. 산 가스 스트림 (228)은 열교환기 (216)에서 가열되어 가열된 산 가스 스트림 (302)을 생산할 수 있다. 산 가스 스트림 (228)은, 가스 스트림 (236), 가스 유출물 스트림 (250), 또는 둘 다와 같은, 열교환기 (216)에 제공된 스트림을 사용하여 가열될 수 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이. 가열된 산 가스 스트림 (302)은 연료 반응기 (204)에 제공될 수 있다.
도 4는 본 개시의 다른 구현예에 따른 사워 가스 스트림에서 산 가스를 처리하기 위한 시스템 (400)을 도시한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 시스템 (400)은 시스템 (200)의 구성요소를 포함하지만, AGR 유닛 (202)의 상류에 배치된 선택성 멤브레인 모듈 (402)을 추가로 포함한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 사워 가스 스트림 (404)은 선택성 멤브레인 모듈 (402)에 제공된다. 선택성 멤브레인 모듈 (402)은 사워 가스 스트림 (404)으로부터 H2S 및 CO2를 제거하기 위한 H2S 및 CO2 선택성 멤브레인을 가질 수 있다. 감소된 양의 H2S 및 CO2를 갖는 선택성 멤브레인 모듈 (402)로부터의 잔류 ("거부"라고도 함) 스트림 (406)은 산 가스 성분 (예를 들어, 잔류 H2S 및 CO2)의 추가 제거를 위해 AGR 유닛 (210)에 제공된다. 선택성 멤브레인 모듈 (402)로부터의 투과 스트림 (408)은 재생 컬럼 (214)을 나가는 산 가스 스트림 (228)과 병합될 수 있어, 산 가스 처리 유닛 (202)의 연료 반응기 (204)에 제공되는 스트림 (410) ("산 가스 혼합물"로 지칭됨)을 형성할 수 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 선택성 멤브레인 모듈 (402)은 투과 스트림 (408)에서 일부 탄화수소를 슬립시켜, 연료 반응기 (204)를 나가는 가스 스트림 (236)의 에너지 함량의 증가를 결과할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 사워 가스 스트림 (404)의 일부는 스트림 (410)과 혼합되어 연료 반응기 (204)를 나가는 결과적인 가스 스트림 (236)의 에너지 함량을 추가로 증가시킬 수 있다. 이러한 구현예에서, 가스 스트림 (236)은 조합된 사이클 또는 열병합 (cogeneration) 적용으로 가스 터빈에서 연소에 사용될 수 있다.
이해될 수 있는 바와 같이, 선택성 멤브레인 유닛 (402)은 AGR 유닛 (210)에 대한 감소된 로드를 결과할 수 있으며, 따라서 재생 유닛 (214)에서 용매 손실 및 스트림 소비를 감소시킬 수 있다. 몇몇 구현예에서, 선택성 멤브레인 유닛 (402)은 가스 플랜트의 확장을 위해서와 같이, AGR 유닛을 디바틀넥 (debottleneck)하기 위해 기존 시스템에 새로 장착될 수 있다.
도 5는 본 개시의 다른 구현예에 따라 사워 가스 스트림에서 산 가스를 처리하기 위한 시스템 (500)을 도시한다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 시스템 (500)은 시스템 (400)의 구성요소를 포함하지만, 산 가스 혼합 스트림 (410)을 연료 반응기 (204)에 제공하기 전에 산 가스 혼합 스트림 (410)을 예열하는 단계를 추가로 포함한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 산 가스 혼합 스트림 (410)을 예열하는 것은, 산 가스 혼합물을 연료 반응기 (204)에 직접 공급하는 것과 비교하여, 연료 반응기 (204)의 열 요구사항을 감소시킬 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 선택성 멤브레인 모듈 (402)로부터의 투과 스트림 (408)은 재생 컬럼 (214)을 나가는 산 가스 스트림 (228)과 병합되어 산 가스 혼합 스트림 (410)을 형성할 수 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 산 가스 혼합 스트림 (410)은, 연료 반응기 (204)에 제공되기 전에, 열교환기 (216)에 제공될 수 있다. 스트림 (410)은 열교환기 (216)에서 가열되어 가열된 산 가스 혼합 스트림 (502)을 생산할 수 있다. 산 가스 혼합 스트림 (410)은 가스 스트림 (236), 가스 유출물 스트림 (250), 또는 둘 다와 같은, 열교환기 (216)에 제공된 스트림을 사용하여 가열될 수 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 가열된 산 가스 혼합 스트림 (502)은 연료 반응기 (204)에 제공될 수 있다.
도 2 내지 도 5에 기재된 구현예에서, CLC 공정의 각 반응기는 예상되는 반응을 제공하기 위한 온도 범위 내에서 작동될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구현예에서, 연료 반응기는 약 600 ℃ 내지 약 900 ℃의 범위에서 작동될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 연료 반응기 (204)는 약 820 ℃에서 작동될 수 있다. 연료 반응기 (204)는 CaO가 H2S와 선택적으로 반응하는 것을 보장하고 CO2 탄화가 최소화되는 것을 보장하도록 작동될 수 있고, 따라서 오직 CaSO4만이 생산되면서 고체 순환의 사용을 제거할 수 있다. 전술한 바와 같이, 연료 반응기에 제공된 산 가스 스트림에 탄화수소가 존재하지 않을 때, 연료 반응기를 나가는 가스 스트림 (236)은 대부분 스팀 및 CO2를 포함하여, 고순도 CO2 스팀의 생산을 가능하게 한다.
몇몇 구현예에서, 산화 반응기 (206)는 약 800 ℃ 내지 약 1100 ℃ 범위의 온도에서 작동될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 예를 들어, 산화 반응기 (206)는 약 900 ℃에서, 또는 몇몇 구현예에서는, 900 ℃ 초과에서, 또는 하소 반응기 (208)의 작동 온도보다 높은 온도에서 작동하여 하소 반응기 (208)에 열을 제공할 수 있다.
몇몇 구현예에서, 하소 반응기 (208)는 약 800 ℃ 내지 약 1000 ℃ 범위의 온도에서 작동될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 예를 들어, 하소기는 약 900 ℃의 온도에서 작동될 수 있다.
몇몇 구현예에서, CLC 공정의 하소기 및 연료 반응기는 단일 반응기로 조합될 수 있다. 도 6은 본 개시의 또다른 구현예에 따라 사워 가스 스트림에서 산 가스를 처리하기 위한 시스템 (600)을 도시한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 시스템 (600)은 본 개시에 기재된 기술에 따라 산 가스를 처리하는 연료 반응기 (F1) (604) 및 산화 반응기 (O1) (606)를 갖는 화학적 루핑 연소 공정 (CL1) (602)을 포함한다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 하소기 기능은 연료 반응기 (604)에 통합되고 CaCO3는 연료 반응기 (604)에 주입된다. 이러한 구현예에서, 고체는 CLC 공정 (602)에서 재순환되지 않고, 공정 (602)을 통해 한 번 통과된다. CaCO3는 연료 반응기 (604)로 공급되고, 여기서 CaCO3는 CaO로 분해되고, CaO는 황과 반응하여 CaS를 생산한다. 연료 반응기로부터의 CaS는 산화 반응기 (606)로 공급되어 CaSO4를 제공한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 시스템 (600)은 또한 위에서 논의된 흡수 컬럼 (104) 및 재생 컬럼 (106)과 유사한 방식으로 작동하는 흡수 컬럼 (612) 및 재생 컬럼 (614)을 갖는 산 가스 제거 (AGR) 유닛 (610)을 포함한다. 시스템 (600)은 또한 열교환기 (616) (즉, 둘 이상의 스트림 사이에서 열을 전달하도록 구성된 하나 이상의 열교환기) 및 발전 유닛 (P1) (618)을 포함한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 사워 가스 스트림 (620)은 AGR 유닛 (610)의 흡수 컬럼 (612)에 공급되고, 전술한 바와 같이 재생 컬럼 (614)으로부터의 용매 스트림 (622)을 사용하여 처리되어, 재생 컬럼 (614)을 나가는 산 가스 스트림 (624)을 생산한다. 판매 가스 스트림 (625)은 흡수 컬럼 (612)을 나가고, 다른 불순물 또는 유용한 탄화수소를 제거하도록 처리될 수 있거나, 산업 목적 또는 발전을 위한 수송을 위해 파이프 라인으로 보내질 수 있다. 로딩된 용매 스트림 (626)은 흡수 컬럼 (614)을 나가고, 재생 컬럼 (614)으로 보내진다. 전술한 바와 같이, 스팀은 열교환기 (616) 또는 발전 유닛 (618)으로부터 제공되어, H2S 및 CO2를 스트리핑하고 및 용매를 재생하여 희박 로딩된 용매 스트림 (622)을 생성하기 위한, 열을 제공할 수 있다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 재생 컬럼 (614)을 나가는 산 가스 스트림 (624)은 CLC 공정 (602)의 연료 반응기 (604)에 제공된다. CaCO3 스트림 (628)이 또한 연료 반응기 (604)에 제공된다. 산 가스 스트림 (624)으로부터의 H2S는 연료 반응기 (604)에서 CaO와 반응하여 CaS 및 수증기를 생산한다. 스트림 (628)으로부터의 CaCO3는 연료 반응기에서 하소되어 산 가스 스트림 (624)으로부터의 H2S와 반응을 위한 CaO를 생산한다. CaS는 적합한 고체 가스 분리 장치를 통해 연료 반응기 (604)에서 수증기 및 잔류 가스로부터 분리되고, CaS 스트림 (630)을 통해 연료 반응기 (604)를 나간다. CaS 스트림 (630)은 산화 반응기 (606)에 제공된다.
몇몇 구현예에서, 산 가스 스트림 (624)은 탄화수소를 포함할 수 있다. 이러한 구현예에서, 탄화수소는 연료 반응기 (604)에서 CO, CO2, 및 H2로 개질된다. 이들 가스, 잔류 CO2 및 스팀은 가스 스트림 (632)으로서 연료 반응기 (604)를 나갈 수 있다. 가스 스트림 (632)은, 상기 스트림 (632)이 냉각되고 스팀 (634)을 생산하는데 사용되는, 열교환기 (616)에 제공될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 스팀 (634)은 유틸리티 스팀 (예를 들어, 가열 적용)으로서 또는 발전을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 스팀 (634)은 발전 유닛 (618)에 또는 재생 컬럼 (614)에 제공될 수 있다. 냉각된 가스 스트림은 도 6에 나타낸 스트림 (636)으로서 열교환기 (616)를 나가고, 몇몇 구현예에서, 보일러 또는 가스 터빈에서 벤트되거나, 타오르거나, 또는 연소될 수 있다. 다른 구현예에서, 냉각된 가스 스트림 (636)은 스트림으로부터 CO2를 포획하기 위해 가스 처리 유닛에 공급될 수 있다.
연료 반응기 (604)로부터의 고체 CaS 스트림 (630)은 산화 반응기 (606)에 제공되며, 여기서 황산칼슘 (CaSO4)으로 산화된다. 산화 반응기 (606)는 공기 스트림 (638)을 수용하고 산소-희박 공기 (즉, 15% 이하의 산소를 갖는 공기)를 생산한다. 산소-희박 공기는 산화 반응기 (606)에서 적합한 고체/가스 분리 장치를 통해 고체 CaSO4로부터 분리될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 예를 들어, 고체/기체 분리 장치는 사이클론일 수 있다. 분리된 산소-희박 공기는 산소-희박 공기 스트림 (640)으로서 산화 반응기 (606)를 나갈 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 산화 반응기 (606)에서의 산화 반응은 발열성이며, 화학적 루핑 연소 공정 (602)을 평형시키는 것을 돕는다. CaSO4 스트림 (642)은 산화 반응기 (606)를 나갈 수 있고, 시스템 (600)으로부터 퍼지될 수 있다.
산소-희박 공기 스트림 (640)은 유틸리티 또는 발전 목적을 위한 스팀 (632)의 생산을 보조하기 위해 열교환기 (616)에 제공될 수 있다. 냉각된 산소-희박 공기 스트림은 스트림 (644)으로서 열교환기 (616)를 나간다. 몇몇 구현예에서, 스팀 (632)은 유틸리티 스팀으로서 (예를 들어, 가열 적용을 위해) 또는 발전을 위해 사용될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 스팀 (634)은 발전 유닛 (618)에 제공될 수 있다. 발전 유닛 (618)은, 예를 들어, 발전기를 구동하는 스팀 터빈을 포함한다. 이러한 구현예에서, 슬립 저압 스트림 (646)은 산 가스-로딩된 용매로부터 산 가스를 스트리핑하기 위한 적절한 에너지를 재생 컬럼 (614)에 제공하기 위해 배출된다. 잔류 스팀은 응축된 스팀 스트림 (648)을 생산하기 위해 응축기에서 응축될 수 있고, 필요한 스팀을 생산하고 스팀 손실을 보충하기 위해 보충수 스트림 (650)에 더하여 열교환기 (616)에 제공될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 재생 컬럼 (614)의 작동에 사용되는 열은 재생 컬럼 (614)과 산화 반응기 (606) 사이의 열 연결을 통해 산화 반응기 (606)로부터 제공될 수 있다. 예를 들어, 열 연결은 재생 컬럼 (614)과 산화 반응기 (606) 사이에 배치된 하나 이상의 열교환기일 수 있으며, 열교환기는 재생 컬럼 (614)에 열을 전달하기 위한 유체 및 산화 반응기 (606)로부터 열을 제거하기 위한 또다른 유체를 사용하여 유체들이 열교환기에서 열을 교환하게 하거나, 또는 동일한 유체 또는 고체를 사용하여 열을 재생 컬럼 (614)으로 전달하고 산화 반응기 (606)로부터 열을 제거한다. 몇몇 구현예에서, 열교환기 (616)는, 산화 반응기 (606)에 제공된 공기 스트림 (638)이 반응기 (606)로 도입되기 전에 가열되도록, 공기 스트림 (652)을 가열하는데 사용될 수 있다.
연료 반응기 (604)는 당업계에 공지된 임의의 적합한 유형의 고체/가스 반응기일 수 있으며, 몇몇 구현예에서, 버블링층, 유동층 또는 이동층 반응기일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 산화 반응기 (606)는 고속 라이저 유형 반응기일 수 있다. 다른 구현예에서, 산화 반응기 (206)는 당업계에 공지된 임의의 적합한 유형의 고체/기체 반응기이며, 몇몇 구현예에서, 버블링층, 유동층, 또는 이동층 반응기일 수 있다. 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 버블링층, 유동층, 또는 이동층 반응기는 사이클론과 같은 적합한 고체/기체 분리 요소를 사용할 수 있으며, 상호 연결된 층(bed)은 고체의 순환을 제공하기 위해 반응기 및 유동화 매체 사이에 가스 누출을 방지하도록 밀봉 루프를 사용할 수 있다.
도 7은 본 개시의 다른 구현예에 따라 사워 가스 스트림에서 산 가스를 처리하기 위한 시스템 (700)을 도시한다. 도 7에 나타낸 바와 같이. 시스템 (700)은 시스템 (600)의 구성요소를 포함하지만, 산 가스 스트림을 연료 반응기 (604)에 제공하기 전에 산 가스 스트림 (624)을 예열하는 단계를 추가로 포함한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 산 가스 스트림 (624)을 예열하는 것은, 산 가스 스트림을 연료 반응기 (604)에 직접 공급하는 것과 비교하여, 연료 반응기 (604)의 열 요구사항을 감소시킬 수 있다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 산 가스 스트림 (624)은, 연료 반응기 (604)에 제공되기 전에, 열교환기 (616)에 제공될 수 있다. 산 가스 스트림 (624)은 열교환기 (616)에서 가열되어 가열된 산 가스 스트림 (602)을 생산할 수 있다. 산 가스 스트림 (624)은, 가스 스트림 (632), 가스 유출물 스트림 (640), 또는 둘 다와 같은, 열교환기 (616)에 제공된 스트림을 사용하여 가열될 수 있다. 도 7에 나타낸 바와 같이. 가열된 산 가스 스트림 (602)은 연료 반응기 (604)에 제공될 수 있다.
도 8은 본 개시의 다른 구현예에 따른 사워 가스 스트림에서 산 가스를 처리하기 위한 시스템 (800)을 도시한다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 시스템 (800)은 시스템 (600)의 구성요소를 포함하지만, AGR 유닛 (610)의 상류에 배치된 선택성 멤브레인 모듈 (802)을 추가로 포함한다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 사워 가스 스트림 (804)은 선택성 멤브레인 모듈 (802)에 제공된다. 선택성 멤브레인 모듈 (802)은 전술한 선택성 멤브레인 모듈 (302)과 유사한 방식으로 작동할 수 있다. 선택성 멤브레인 모듈 (802)은 사워 가스 스트림 (804)으로부터 H2S 및 CO2를 제거하기 위한 H2S 및 CO2 선택성 멤브레인을 가질 수 있다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 감소된 양의 H2S 및 CO2를 갖는 선택성 멤브레인 모듈 (802)로부터의 잔류 스트림 (806)은 산 가스 성분 (예를 들어, 잔류 H2S 및 CO2)의 추가 제거를 위해 AGR 유닛 (610)에 제공된다. 선택성 멤브레인 모듈 (802)로부터의 투과 스트림 (808)은 재생 컬럼 (614)을 나가는 산 가스 스트림 (624)과 병합될 수 있어, 연료 반응기 (604)에 제공되는 스트림 (810) ("산 가스 혼합물"로 지칭됨)을 형성할 수 있다.
도 8에 나타낸 구현예에서, 선택성 멤브레인 모듈 (802)은 투과 스트림 (808)에서 일부 탄화수소를 슬립시켜, 연료 반응기 (604)를 나가는 합성 가스 스트림 (632)의 에너지 함량의 증가를 결과할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 사워 가스 스트림 (804)의 일부는 스트림 (810)과 혼합되어 연료 반응기 (604)를 나가는 결과적인 합성 가스 스트림 (632)의 에너지 함량을 추가로 증가시킬 수 있어서, 합성 가스 스트림 (632)은 조합된 사이클 또는 열병합 (cogeneration) 적용으로 가스 터빈에서 연소에 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 선택성 멤브레인 유닛 (602)은 AGR 유닛 (610)에 감소된 로드를 결과할 수 있으며, 따라서 재생 유닛 (614)에서 용매 손실 및 스트림 소비를 감소시킬 수 있다. 몇몇 구현예에서, 선택성 멤브레인 유닛 (402)은 가스 플랜트의 확장을 위해서와 같이, AGR 유닛을 디바틀넥 (debottleneck)하기 위해 기존 시스템에 새로 장착될 수 있다.
시스템 (800)이 발전을 하도록 구성된 몇몇 구현예에서, 상이한 멤브레인 구성 또는 사워 가스 피드 (804)로부터의 슬립 스트림은 연료 반응기 (604)로의 스트림 (810)과 혼합되어, 합성 가스 스트림 (632)은 증가된 에너지 함량을 갖는다. 이러한 구현예에서, 스트림 (632)은 산화 반응기 (606)에, 별도의 연소 챔버 또는 보일러에, 또는 열교환기 (616)에 직접 제공되어 냉각될 수 있다. 스트림 (632)이 열교환기 (616)에 제공되는 구현예에서, 냉각된 스트림 (636)은 압축되고, 조합된 사이클 또는 다생성 (polygeneration) 사이클로 작동되는 가스 터빈에 공급되어, 파워 및 스트림 생산을 보완할 수 있다.
몇몇 구현예에서, 산 가스 혼합 스트림 (810)은 다른 구현예에 비해 감소된 양의 탄화수소를 가질 수 있다. 이러한 구현예에서, 연료 반응기 (604)를 나가는 스트림 (632)은, 연료 반응기 (604)에서 발생하는 탄화수소 개질에 의해 생산된 CO 및 H2의 존재로 인해, 일부 에너지 함량을 보유할 수 있다. 이러한 구현예에서, 스트림 (632)의 에너지 함량이 충분히 낮은 경우, 스트림 (632)은 CO 및 H2의 완전한 연소를 위해 공기 스트림 (638)과 함께 산화 반응기 (606)에 직접 공급될 수 있다. 결과적인 생성물은 스트림 (640)을 통해 산화 반응기 (606)를 나가, 열교환기 (616)에 제공될 수 있다. 따라서 이러한 구현예는 연료 반응기 (606)를 나가는 스트림 (632)을 연소시키기 위해 별도의 연소 장치의 사용을 피한다.
도 9는 본 개시의 다른 구현예에 따라 사워 가스 스트림에서 산 가스를 처리하기 위한 시스템 (900)을 도시한다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 시스템 (900)은 시스템 (800)의 구성요소를 포함하지만, 산 가스 혼합 스트림 (810)을 연료 반응기 (604)에 제공하기 전에 산 가스 혼합 스트림 (810)을 예열하는 단계를 추가로 포함한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 산 가스 혼합 스트림 (610)을 예열하는 것은, 산 가스 혼합물을 연료 반응기 (604)에 직접 공급하는 것과 비교하여, 연료 반응기 (604)의 열 요구사항을 감소시킬 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 선택성 멤브레인 모듈 (802)로부터의 투과 스트림 (808)은 재생 컬럼 (614)을 나가는 산 가스 스트림 (624)과 병합되어 산 가스 혼합 스트림 (810)을 형성할 수 있다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 산 가스 혼합 스트림 (810)은, 연료 반응기 (604)에 제공되기 전에, 열교환기 (616)에 제공될 수 있다. 스트림 (810)은 열교환기 (616)에서 가열되어, 가열된 산 가스 혼합 스트림 (902)을 생산할 수 있다. 산 가스 혼합 스트림 (810)은 가스 스트림 (632), 가스 유출물 스트림 (640), 또는 둘 다와 같은, 열교환기 (616)에 제공된 스트림을 사용하여 가열될 수 있다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 가열된 산 가스 혼합 스트림 (902)은 연료 반응기 (604)에 제공될 수 있다.
도 6 내지 도 9에 기재된 구현예에서, CLC 공정 (602)의 각 반응기는 예상되는 반응을 제공하기 위한 온도 범위 내에서 작동될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구현예에서, 하소기 기능이 결합된 연료 반응기 (604)는 약 800 ℃ 내지 약 1000 ℃의 범위에서 작동될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 연료 반응기 (604)는 약 900 ℃에서 작동될 수 있다. 연료 반응기 (604)는 CaO와 H2S의 선택성 반응을 제공하고, CaCO3의 분해를 제공하기에 충분한 온도에서 작동될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 산화 반응기 (606)는 약 850 ℃ 내지 약 1100 ℃ 범위의 온도에서 작동될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 산화 반응기 (606)는 약 950 ℃의 온도에서 작동될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 산화 반응기 (606)는 연료 반응기 (604)의 작동 온도보다 적어도 50 ℃ 이상의 온도에서 (예를 들어, 연료 반응기 (604)가 약 900 ℃에서 작동되는 경우 약 950 ℃에서) 작동될 수 있다.
실시예
하기 실시예는 본 개시의 구현예를 증명하기 위해 포함된다. 하기 실시예에 개시된 기술 및 조성물은 본 개시의 실시에서 잘 기능하는 것으로 밝혀진 기술 및 조성물을 나타내며, 따라서 그의 실시를 위한 모드를 구성하는 것으로 간주될 수 있음을 당업자는 인식해야 한다. 그러나, 당업자는 본 개시에 비추어 개시된 특정 구현예에서 많은 변경이 이루어질 수 있고, 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 여전히 유사한 결과를 얻을 수 있음을 인식해야 한다.
산 가스 스트림의 예열이 없는, 도 2 및 도 6에 기재된 구현예는 미국 매사추세츠 베드포드에 위치한 Aspen Technology, Inc.에서 제조한 Aspen Plus®를 사용하여 시뮬레이션되었다. 표 1은 입력 스트림의 질량 유량 (킬로그램/초 (kg/s)), 출력 스트림의 조성 (질량 백만분율 (ppm) 또는 %질량), 반응기 작동 온도, 반응기 열 출력 (메가와트 (MW)), 각 구현예에 대한 황 회수율을 포함한다.
단위 도 4에 나타낸 구성 (2개의 반응기) 도 2에 나타낸 구성 (3개의 반응기)
시나리오 S 회수 (%) % 99.57% 99.85%
CaL S 회수 (고체 형태 CaSO4+CaS) % 99.57% 99.85%
CaCO3 보충 kg/s 18.8 18.7
연료 반응기 고체 피드 kg/s 18.8 10.5
산화 반응기 고체 피드 kg/s 13.5 13.5
하소기 고체 피드 kg/s NA 18.7
산화 반응기에 대한 공기 흐름 kg/s 51.3 57.1
연료 반응기 온도 °C 900.0 820.0
산화 반응기 온도 °C 950.0 900.0
하소기 온도 °C NA 904.0
연료 반응기 열 출력 MW -53.1 -3.2
산화 반응기 열 출력 MW 130.7 129.9
하소기 열 출력 MW NA -47.3
알짜 열 MW 77.6 79.3
연료 반응기 가스 H2S 함량 ppm 691.0 618.3
연료 반응기 가스 SO2 함량 ppm 498.8 13.0
연료 반응기 가스 COS 함량 ppm 84.7 33.3
연료 반응기 가스 CO2 함량 % 65.9 51.8
산화 반응기 가스 H2S 함량 ppm 0.0 0.0
산화 반응기 가스 SO2 함량 ppm 2.8 0.3
산화 반응기 가스 COS 함량 ppm 0.0 0.0
산화 반응기 가스 CO2 함량 % 0.0 0.0
산화 반응기 가스 N2 함량 % 99.9 99.9
하소기 CO2 % NA 10.4
표 1 : 도 2 및 도 4 구현예에 대한 시뮬레이션 결과
표 1에 나타낸 바와 같이, 양쪽 구성 모두 클라우스 유닛 또는 TGTU를 사용하지 않고 적어도 99.5%의 황 회수를 결과하였다.
범위는 본 개시에서 약 하나의 특정 값부터, 약 다른 특정 값까지, 또는 둘 다로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때, 다른 구현예는 상기 범위 내의 모든 조합과 함께 하나의 특정 값부터, 다른 특정 값까지, 또는 둘 다인 것으로 이해되어야 한다.
본 개시의 다양한 관점의 추가 수정 및 대안 구현예는 이 설명을 고려하여 당업자에게 명백 할 것이다. 따라서, 이 설명은 단지 예시적인 것으로 해석되어야 하고, 당업자에게 본 개시에서 설명된 구현예를 수행하는 일반적인 방식을 교시하기 위한 것이다. 본 개시에서 나타내고 설명된 형태는 구현예의 예로서 취해지는 것으로 이해되어야 한다. 구셩요소 및 재료는 본 개시에서 예시되고 설명된 것들로 대체될 수 있고, 부품 및 공정은 반전되거나 생략될수 있으며, 특정 특징은 독립적으로 이용될 수 있고, 모든 것이 이 설명의 이점을 얻은 후 당업자에게 명백할 것이다. 다음의 청구 범위에 기재된 바와 같이 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 개시에 기재된 구성요소에서 변경이 이루어질 수 있다. 본 개시에서 기재된 사용된 제목들은 단지 조직적 목적을 위한 것이며, 본 설명의 범위를 제한하기 위해 사용되는 것은 아니다.

Claims (46)

  1. 시스템으로서,
    황화수소를 포함하는 산 가스 스트림을 처리하도록 작동가능한 산 가스 처리 유닛을 포함하고, 상기 산 가스 처리 유닛은:
    산 가스 스트림 및 산화칼슘을 수용하도록 작동가능한 연료 반응기로서, 황화수소를 산화칼슘과 반응시켜 황화칼슘, 및 수증기와 이산화탄소를 포함하는 제1 가스 스트림을 생산하도록 추가로 작동가능한 연료 반응기;
    상기 황화칼슘 및 제1 공기 스트림를 수용하도록 작동가능한 산화 반응기로서, 황화칼슘 및 산소-희박 제2 공기 스트림을 생산하도록 추가로 작동가능한 산화 반응기, 상기 산소-희박 공기 스트림은 15 중량% 이하의 산소를 포함하며; 및
    상기 산소-희박 제2 공기 스트림 및 탄산칼슘을 수용하도록 작동가능한 하소 반응기로서, 산화칼슘 및 제2 가스 스트림을 생산하도록 추가로 작동가능한 하소 반응기, 상기 제2 가스 스트림은 이산화탄소를 포함함:을 포함하는 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 가스 스트림, 상기 제2 가스 스트림, 및 상기 산소-희박 제2 공기 스트림 중 적어도 하나를 수용하도록 작동가능한 하나 이상의 열교환기를 포함하고, 상기 하나 이상의 열교환기는 상기 제1 가스 스트림, 상기 제2 가스 스트림, 상기 산소-희박 제2 공기 스트림, 또는 이들의 임의의 조합으로부터의 열을 사용하여 스팀을 생산하도록 추가로 작동가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 하나 이상의 열교환기는 상기 제1 가스 스트림, 상기 제2 가스 스트림, 또는 이들의 조합으로부터의 열을 사용하여 제1 공기 스트림을 가열하도록 추가로 작동가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 하나 이상의 열교환기는, 상기 연료 반응기가 산 가스 스트림을 수용하기 전에, 산 가스 스트림을 가열하도록 추가로 작동가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 하나 이상의 열교환기로부터 스팀을 수용하고 파워 및 감압된 스팀을 생산하도록 작동가능한 발전 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 감압된 스팀은 산 가스 제거 유닛의 재생 컬럼에 제공되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    사워 가스 스트림을 수용하고 및 상기 산 가스 스트림을 생산하도록 작동가능한 산 가스 제거 유닛을 포함하고, 상기 산 가스 제거 유닛은 흡수 컬럼 및 재생 컬럼을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 산화 반응기로부터 상기 재생 컬럼으로 열을 전달하도록 작동가능한 하나 이상의 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    산 가스 스트림을 생산하도록 작동가능한 산 가스 제거 유닛과 사워 가스 스트림 사이에 배치된 선택성 (selective) 멤브레인 모듈을 포함하고, 상기 선택성 멤브레인은 사워 가스 스트림과 비교하여 증가된 농도의 이산화탄소 및 황화수소를 갖는 투과 스트림, 및 사워 가스 스트림과 비교하여 감소된 농도의 이산화탄소 및 황화수소를 갖는 잔류 스트림을 생산하도록 작동가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 투과 스트림은 연료 반응기에 의해 수용되기 전에 산 가스 스트림과 혼합되고, 상기 산 가스 제거 유닛은 상기 잔류 스트림을 수용하도록 작동가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 반응기는 고속 라이저 반응기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하소 반응기는 유동층 반응기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 방법으로서,
    산 가스 처리 유닛의 연료 반응기에서 산 가스 스트림 및 산화칼슘을 수용하는 단계, 상기 산 가스 스트림은 황화수소를 포함함;
    상기 황화수소를 산화칼슘과 반응시켜 수증기와 이산화탄소를 포함하는 제1 가스 스트림 및 황화칼슘을 생산하도록 연료 반응기를 작동시키는 단계;
    산 가스 처리 유닛의 산화 반응기를 작동시켜 황화칼슘 및 제1 공기 스트림을 수용하여 황산칼슘 및 산소-희박 제2 공기 스트림을 생산하는 단계, 상기 산소-희박 공기 스트림은 15 중량% 이하의 산소를 포함함; 및
    하소 반응기를 작동시켜 산소-희박 공기 스트림 및 탄산칼슘을 수용하고, 산화칼슘 및 제2 가스 스트림을 생산하는 단계, 상기 제2 가스 스트림은 이산화탄소를 포함함;을 포함하는 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    제1 가스 스트림, 제2 가스 스트림, 산소-희박 제2 공기 스트림, 또는 이들의 임의의 조합으로부터의 열을 사용하여 스팀을 생산하기 위하여, 제1 가스 스트림, 제2 가스 스트림, 및 산소-희박 제2 공기 스트림 중 적어도 하나를 수용하도록 하나 이상의 열교환기를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    산 가스 처리 유닛의 연료 반응기에서 산 가스 스트림 및 산화칼슘을 수용하기 전에, 상기 하나 이상의 열교환기를 작동시켜 산 가스 스트림을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    하나 이상의 열교환기로부터 스팀을 수용하고 파워 및 감압된 스팀을 생산하도록 발전 유닛을 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    감압된 스팀을 산 가스 제거 유닛의 재생 컬럼에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 청구항 13 내지 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산 가스 스트림은 산 가스 제거 유닛으로부터 수용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 청구항 13 내지 18 중 어느 한 항에 있어서,
    사워 가스 스트림과 산 가스 제거 유닛 사이에 배치된 선택성 멤브레인 모듈을 작동시켜 사워 가스 스트림과 비교하여 증가된 농도의 이산화탄소 및 황화수소를 갖는 투과 스트림, 및 사워 가스 스트림과 비교하여 감소된 농도의 이산화탄소 및 황화수소를 갖는 잔류 스트림을 생산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    연료 반응기에 의해 수용되기 전에, 투과 스트림을 산 가스 스트림과 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 청구항 13 내지 20 중 어느 한 항에 있어서,
    산 가스 스트림이 탄화수소를 포함하지 않을 때, 제1 가스 스트림으로부터 수증기를 제거하여 CO2 스트림을 생산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 청구항 13 내지 21 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 가스 스트림이 제1 임계량 미만의 일산화탄소의 양 및 제2 임계량 미만의 수소의 양을 포함할 때, 제1 가스 스트림을 수용하도록 산 가스 처리 유닛의 산화 반응기를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 청구항 13 내지 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 반응기를 작동시키는 단계는 600 ℃ 내지 900 ℃ 범위의 온도에서 연료 반응기를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 청구항 13 내지 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 반응기를 작동시키는 단계는 800 ℃ 내지 1100 ℃ 범위의 온도에서 산화 반응기를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 청구항 13 내지 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하소 반응기를 작동시키는 단계는 800 ℃ 내지 1000 ℃ 범위의 온도에서 산화 반응기를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 시스템으로서,
    황화수소를 포함하는 산 가스 스트림을 처리하도록 작동가능한 산 가스 처리 유닛을 포함하고, 상기 산 가스 처리 유닛은:
    산 가스 스트림 및 탄산칼슘을 수용하도록 작동가능한 연료 반응기, 상기 연료 반응기는:
    탄산칼슘으로부터 이산화탄소 및 산화칼슘을 생산하고; 및
    황화수소를 산화칼슘과 반응시켜 수증기와 이산화탄소를 포함하는 제1 가스 스트림 및 황화칼슘을 생산하도록 추가로 작동가능함; 및
    황화칼슘 및 제1 공기 스트림을 수용하도록 작동가능한 산화 반응기를 포함하며, 상기 산화 반응기는 황산칼슘 및 산소-희박 제2 공기 스트림을 생산하도록 추가로 작동가능하고, 상기 산소-희박 공기 스트림은 15 중량% 이하의 산소를 포함하는, 시스템.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 제1 가스 스트림 및 상기 산소-희박 제2 공기 스트림을 수용하도록 작동가능한 하나 이상의 열교환기를 포함하고, 상기 하나 이상의 열교환기는 제1 가스 스트림, 산소-희박 제2 공기 스트림, 또는 이들의 조합으로부터 열을 열을 사용하여 스팀을 생산하도록 추가로 작동가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  28. 청구항 27에 있어서,
    상기 하나 이상의 열교환기는 제1 가스 스트림, 산소-희박 제2 공기 스트림, 또는 이들의 조합으로부터의 열을 사용하여 제1 공기 스트림을 가열하도록 추가로 작동가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  29. 청구항 27에 있어서,
    상기 하나 이상의 열교환기는, 연료 반응기가 산 가스 스트림을 수용하기 전에, 산 가스 스트림을 가열하도록 추가로 작동가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  30. 청구항 27에 있어서,
    상기 하나 이상의 열교환기로부터 스팀을 수용하고 파워 및 감압된 스팀을 생산하도록 작동가능한 발전 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  31. 청구항 30에 있어서,
    상기 감압된 스팀은 산 가스 제거 유닛의 재생 컬럼에 제공되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  32. 청구항 26 내지 31 중 어느 한 항에 있어서,
    사워 가스 스트림을 수용하고 상기 산 가스 스트림을 생산하도록 작동가능한 산 가스 제거 유닛을 포함하고, 상기 산 가스 제거 유닛은 흡수 컬럼 및 재생 컬럼을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  33. 청구항 26 내지 32 중 어느 한 항에 있어서,
    산 가스 스트림을 생산하도록 작동가능한 산 가스 제거 유닛과 사워 가스 스트림 사이에 배치된 선택성 멤브레인 모듈을 포함하고, 상기 선택성 멤브레인은 사워 가스 스트림과 비교하여 증가된 농도의 이산화탄소와 황화수소를 갖는 투과 스트림, 및 사워 가스 스트림과 비교하여 감소된 농도의 이산화탄소와 황화수소를 갖는 잔류 스트림을 생산하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  34. 청구항 33에 있어서,
    상기 투과 스트림은 연료 반응기에 의해 수용되기 전에 산 가스 스트림과 혼합되고, 산 가스 제거 유닛은 잔류 스트림을 수용하도록 작동가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  35. 청구항 26 내지 34 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 반응기는 고속 라이저 반응기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  36. 방법으로서:
    산 가스 처리 유닛의 연료 반응기에서 산 가스 스트림 및 탄산칼슘을 수용하는 단계, 상기 산 가스 스트림은 황화수소를 포함함;
    상기 탄산 칼슘으로부터 이산화탄소 및 산화칼슘을 생산하고, 상기 황화수소를 산화칼슘과 반응시켜 황화칼슘, 및 수증기와 이산화탄소를 포함하는 제1 가스 스트림을 생산하도록 연료 반응기를 작동시키는 단계; 및
    상기 황화칼슘 및 제1 공기 스트림을 수용하여 황산칼슘 및 산소-희박 제2 공기 스트림을 생산하도록 산 가스 처리 유닛의 산화 반응기를 작동시키는 단계를 포함하며, 상기 산소-희박 공기 스트림은 15 중량% 이하의 산소를 포함하는 방법.
  37. 청구항 36에 있어서,
    상기 제1 가스 스트림 및 상기 산소-희박 제2 공기 스트림 중 적어도 하나를 수용하여, 상기 제1 가스 스트림, 상기 산소 희박 제2 공기 스트림, 또는 이들의 조합으로부터의 열을 사용하여 스팀을 생산하도록 하나 이상의 열교환기를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 청구항 37에 있어서,
    상기 산 가스 처리 유닛의 연료 반응기에서 산 가스 스트림을 수용하기 전에 산 가스 스트림을 가열하도록 하나 이상의 열교환기를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 청구항 37에 있어서,
    하나 이상의 열교환기로부터 스팀을 수용하고, 파워 및 감압된 스팀을 생산하도록 발전 유닛을 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 청구항 39에 있어서,
    상기 감압된 스팀을 산 가스 제거 유닛의 재생 컬럼에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 청구항 36 내지 40 중 어느 한 항에 있어서,
    사워 가스 스트림과 비교하여 증가된 농도의 이산화탄소 및 황화수소를 갖는 투과 스트림, 및 사워 가스 스트림과 비교하여 감소된 농도의 이산화탄소 및 황화수소를 갖는 잔류 스트림을 생산하기 위해 사워 가스 스트림과 산 가스 제거 유닛 사이에 배치된 선택성 멤브레인 모듈을 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 청구항 41에 있어서,
    상기 연료 반응기에 의해 수용되기 전에 투과 스트림을 산 가스 스트림과 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  43. 청구항 36 내지 42 중 어느 한 항에 있어서,
    산 가스 스트림이 탄화수소를 포함하지 않을 때, 제1 가스 스트림으로부터 수증기를 제거하여 CO2 스트림을 생산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 청구항 36 내지 43 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 가스 스트림이 제1 임계량 미만의 일산화탄소의 양 및 제2 임계량 미만의 수소의 양을 포함할 때, 제1 가스 스트림을 수용하도록 산 가스 처리 유닛의 산화 반응기를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 청구항 36 내지 44 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 반응기를 작동시키는 단계는 800 ℃ 내지 900 ℃ 범위의 온도에서 연료 반응기를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 청구항 36 내지 45 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 반응기를 작동시키는 단계는 850 ℃ 내지 1100 ℃ 범위의 온도에서 산화 반응기를 작동시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10239763B1 (en) * 2017-12-05 2019-03-26 Saudi Arabian Oil Company System for tail gas treatment of sulfur recovery units
US10550733B2 (en) * 2018-06-26 2020-02-04 Saudi Arabian Oil Company Supercritical CO2 cycle coupled to chemical looping arrangement
EP4376984A4 (en) * 2021-03-02 2025-08-27 Univ Columbia SYSTEMS AND METHODS FOR IMPROVING WEATHERPROOFING AND CALCINATION TO REMOVE CO2 FROM THE AIR

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4769045A (en) 1986-04-10 1988-09-06 The United States Department Of Energy Method for the desulfurization of hot product gases from coal gasifier
US5145658A (en) * 1990-11-28 1992-09-08 Eickmeyer & Associates, Inc. Reclaiming of heat of reaction energy from an alkaline scrubbing solution used in acid gas removal processes and apparatus therefor
JP3354712B2 (ja) 1994-06-13 2002-12-09 三菱重工業株式会社 ＣａＳの酸化装置及びその運転方法
JP2003190763A (ja) * 2001-12-28 2003-07-08 Ebara Corp 被処理物の処理システム及び処理方法
US7618558B2 (en) 2005-04-15 2009-11-17 Haldor Topsoe A/S Process for cleaning gases from gasification units
CA2860684C (en) * 2006-09-25 2015-12-01 The Ohio State University High purity, high pressure hydrogen production with in-situ co2 and sulfur capture in a single stage reactor
CN102112205B (zh) 2008-05-15 2014-09-17 Calix有限公司 用于处理烟道气的系统和方法
WO2010014938A2 (en) * 2008-07-31 2010-02-04 Alstom Technology Ltd. System for hot solids combustion and gasification
IT1393168B1 (it) * 2008-09-08 2012-04-11 Senneca Impianto e processo per combustione di tipo "looping" di solidi carboniosi
TWI567184B (zh) * 2008-09-26 2017-01-21 美國州立俄亥俄大學 製備陶瓷複合粒子之方法
EP2352698A4 (en) * 2008-10-13 2012-06-06 Univ Ohio State Res Found CALCIUM LOOPING PROCESS FOR THE PREPARATION OF HIGH-PURITY HYDROGEN WITH DEPOSITION OF CARBON DIOXIDE, SULFUR AND HALIDS
EP2385873B1 (en) 2008-11-19 2018-05-16 The Ohio State University Research Foundation Carbonation calcination reaction process for co2 capture using a highly regenerable sorbent
CN102665871B (zh) 2009-10-24 2015-08-12 Calix有限公司 用于处理输入燃料气体和蒸汽以制造二氧化碳和输出燃料气体的系统和方法
WO2013098329A1 (en) 2011-12-27 2013-07-04 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method for producing sulphuric acid
EP2610216A1 (en) 2011-12-27 2013-07-03 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Chemical-looping combustion of sour gas
WO2013098328A1 (en) 2011-12-27 2013-07-04 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Improved method for recovery of elemental sulphur
US9481837B2 (en) 2013-03-15 2016-11-01 The Babcock & Wilcox Company Chemical looping processes for partial oxidation of carbonaceous fuels
EP2808073B1 (en) * 2013-05-31 2020-07-15 Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (CSIC) System for CO2 capture from a combustion flue gas using a CaO/CaCO3 chemical loop
US9550680B2 (en) * 2013-06-21 2017-01-24 General Electric Technology Gmbh Chemical looping integration with a carbon dioxide gas purification unit
US9810146B2 (en) 2014-07-17 2017-11-07 Saudi Arabian Oil Company Calcium sulfate looping cycles for sour gas combustion and electricity production
US9951689B2 (en) * 2014-07-17 2018-04-24 Saudi Arabian Oil Company Integrated calcium looping combined cycle for sour gas applications

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