중국: 석탄가스에서 미세 황 제거? 

사람들이 중국의 정밀 유황 정화에 대해 이야기할 때 많은 사람들은 즉시 대규모 코크스 공장이나 MEA를 갖춘 표준 스크러버를 떠올립니다. 그러나 현실은 특히 우리나라에서 합성 가스나 에너지 부문에 자주 사용되는 석탄 가스의 경우 훨씬 더 복잡합니다. 가장 흔한 실수는 H2S를 20-30ppm으로 높이는 것으로 충분하며 모든 것이 정상이라고 생각하는 것입니다. 그리고 그들은 왜 다음 단계의 촉매가 빠르게 중독되거나 열교환기의 튜브가 부식되는지 궁금해합니다. 이는 대부분 H2S뿐만 아니라 COS, CS2, 메르캅탄과 같은 불쾌한 유기 황 화합물도 포함합니다. 그것들을 제거하는 것은 완전히 다른 수준의 작업입니다.

얇으면 부서진다: 석탄가스의 특성

석탄가스는 천연가스가 아닙니다. 그 구성은 진짜 "칵테일"입니다. 주요 CO와 H2 외에도 수지, 먼지, 시안화수소, 물론 다양한 형태의 황 등 무엇이든 있을 수 있습니다. 우리가 이야기하면미세 유황 제거, 첫 번째 문제는 사전 청소입니다. 무거운 불순물을 제거하지 않으면 값비싼 제올라이트나 마감막도 금방 망가집니다. 산시(Shanxi)의 한 설치에서 나는 그들이 스크러버 직후에 분자체를 갖춘 흡착기를 설치하려고 시도하는 것을 보았습니다. 3개월이 지나면 수지에서 나온 다방향족 화합물이 위에 침전되면서 흡착제가 덩어리로 변했습니다.

따라서 중국의 접근 방식은 계단식으로 구축되는 경우가 많습니다. 첫째, 대략적인 세척입니다. 예를 들어 습식 효소 탈황 또는 화학적 스크러버를 사용하여 H2S의 대부분을 제거합니다. 그런 다음 COS와 메르캅탄을 동일한 H2S로 변환하기 위해 가열 및 촉매 수소화를 수행합니다. 그리고 나서야 마무리 ​​단계입니다. 이 마지막 단계에서 재미가 시작됩니다.

과거에는 산화아연이 자주 사용되었습니다. 신뢰할 수 있지만 소량 및 저온에서만 가능합니다. 대규모 합성 가스 흐름의 경우 흡착제 교체가 잦기 때문에 비용이 엄청나게 많이 듭니다. 이제 저는 점점 더 다음과 같은 프로세스를 찾고 있습니다.흡착탈황(ADS)특별히 선택된 제올라이트 또는 하이브리드 흡착제. 이를 통해 0.1ppm 미만의 황 함량을 달성할 수 있으며 이는 현대 메탄올 또는 암모니아 합성 공정에 매우 중요합니다.

경험과 갈퀴: 구현 실습에서

몇 년 전, 우리는 쓰촨성의 한 화학 공장 설비 현대화에 참여했습니다. 목표는 새로운 촉매 개질기의 가스 순도를 보장하는 것입니다. 가스화 후 지역 석탄 가스는 안정적인 200ppm H2S와 약 50ppm COS를 함유했습니다. 설포페라이트를 사용한 기존 세척 시스템은 더 이상 작동하지 않았습니다. 우리는 효소 스크러버(작동 비용이 매우 저렴함) + 수소화 반응기 + 변형된 제올라이트를 기반으로 한 미세 흡착기 등의 결합된 계획을 도입하기로 결정했습니다.

가장 큰 골칫거리는 수소화 단계였습니다. 코발트-몰리브덴 촉매는 엄격한 온도 유지와 산소 누출이 없어야 했습니다. 약간의 편차와 COS 전환율이 99%에서 80%로 떨어져 최종 흡착기에 과부하가 발생했습니다. 돌파구를 신속하게 모니터링하려면 반응기 출구에 추가 분석기를 설치해야 했습니다.

그런 다음 전문 기관에 최종 흡착기를 주문했습니다.청두 Yizhi 기술 유한 회사(그런데 그들의 웹사이트는https://www.yzkjhx.ru). 정밀 가스 정화 시스템의 설계 및 공급이 그들의 전문 분야입니다. 그들은 서로 다른 선택성을 지닌 층으로 된 흡착제의 비표준 포장을 제안했습니다. 맨 아래 층은 잔류 H2S를 포착하고 맨 위 층은 미량의 메틸 메르캅탄을 목표로 했습니다. 솔루션은 효과가 있었지만 흡착/재생 주기의 매우 정확한 타이밍이 필요했습니다.

기술적 선택: 효율성뿐 아니라 경제성

중국에서는 기술을 선택할 때석탄가스에서 황 제거비용 문제는 항상 어려운 문제입니다. 초현대적인 멤브레인 모듈이나 PSA 설치를 제공할 수 있지만 많은 플랜트에 대한 Capex가 너무 무겁습니다. 따라서 그들은 종종 타협을 합니다.

예를 들어, 가스 터빈 장치에서 연소되는 가스의 경우 황을 10-15ppm으로 높이는 것으로 충분할 수 있으며 여기서는 LO-CAT 유형의 액체 산화 공정이 잘 수행됩니다. 이는 상대적으로 운영 비용이 저렴하지만 생성된 황을 처리해야 합니다.

그러나 10분의 1 또는 100분의 1ppm이 필요한 화학 합성의 경우 고체 흡착제를 사용할 수 없습니다. 최근 몇 년간 상승된 압력에서 높은 동적 용량을 갖는 흡착제의 개발이 추세입니다. 이는 흡착제의 크기를 줄이는 것을 가능하게 합니다. 나는 Huaxi Technology(언급된 Chengdu Yizhi Technology의 모회사)의 프로토타입을 보았습니다. 이것은 산화철과 촉진제가 포함된 활성탄을 기반으로 한 복합 재료입니다. 선언된 용량은 인상적이지만 많은 재생 주기 후에 문제는 항상 안정성입니다.

그런데 중생은 다른 문제입니다. 대부분의 경우 뜨거운 불활성 가스 또는 진공을 사용하여 수행됩니다. 그러나 가스에 무거운 탄화수소가 포함된 경우 가열되면 흡착제에서 중합되어 회복 불가능하게 활성을 감소시킬 수 있습니다. 그들은 특정 가스의 구성에 대해 개별적으로 탈착 조건을 선택함으로써 이 문제로 끊임없이 어려움을 겪고 있습니다.

눈에 띄지 않는 합병증 및 세부 사항

이론적으로는 모든 것이 원활하지만 실제로는 많은 뉘앙스가 있습니다. 그 중 하나는 원료 가스 조성의 변동입니다. 석탄에는 다양한 종류가 있습니다. 가스화 모드는 "부유"할 수 있습니다. 현재 가스에는 150ppm의 황이 포함되어 있지만 내일은 300ppm이 될 것입니다. 정화 시스템은 이러한 급증에 견딜 수 있어야 합니다. 이것이 바로 현재 프로젝트에 종종 "버퍼" 버퍼가 즉시 포함되는 이유입니다. 흡착기의 용기 또는 백업 라인.

또 다른 점은 통제입니다. 샘플링을 자주 수행하는 기존 가스 크로마토그래프는 좋지만 지연이 있습니다. H2S 및 COS ​​내용을 실시간으로 표시하는 온라인 레이저 분석기가 점차 도입되고 있습니다. 가격이 비싸지만 다음 단계에서 유황 누출과 값비싼 촉매의 중독을 방지하여 수백만 달러를 절약할 수 있습니다.

물론 영상도요. 기술정밀한 청소운영자는 단순히 버튼을 누르는 것이 아니라 프로세스를 이해해야 합니다. 한 설치에서 작업자가 재생을 위한 증기를 절약하기 위해 예열 주기를 단축한 사례를 기억합니다. 그 결과 유황이 완전히 탈착되지 않았고, 흡착재의 용량이 빠르게 상실되었으며, 교체를 위해 예정에 없던 가동 중단이 이뤄져야 했습니다. 훈련과 명확한 규정은 관료주의가 아니라 필수입니다.

전망: 업계가 향하는 방향

이제 중국의 주요 노력은 완전히 새로운 방법을 창안하는 것이 아니라 기존 방법을 최적화하고 혼합하는 데 목표를 두고 있습니다. 목표는 청소 과정에 드는 에너지 비용을 줄이고 신뢰성을 높이는 것입니다.

유망한 분야 중 하나는 프로세스 통합입니다. 예를 들어, 하나의 하드웨어 설계에서 황 제거 단계와 이산화탄소 제거 단계를 결합합니다. 나는 H2S와 CO2를 모두 선택적으로 결합하는 하나의 시약을 사용하고 이후에 별도로 분리하는 파일럿 플랜트를 본 적이 있습니다. 이것이 산업적 규모로 발전할 수 있다면 획기적인 발전이 될 것입니다.

또 다른 방향은 "스마트" 제어 시스템입니다. 여러 센서와 예측 모델의 데이터를 기반으로 알고리즘은 최적의 흡착 및 재생 모드를 선택하고 흡착제의 잔류 수명을 예측할 수 있습니다. 이것은 더 이상 공상과학 소설이 아닙니다. 이러한 시스템은 대기업에서 테스트되기 시작했습니다.

원래 질문으로 돌아가서: 예,석탄가스에서 유황을 미세하게 제거중국에서는 이것이 어렵지만 해결 가능한 과제입니다. 핵심은 가스 구성의 전체 그림을 이해하고 "약한 연결"이 없는 캐스케이드 기술을 선택하는 것입니다. 그리고 운영 세부 사항에 주의를 기울입니다. 이것은 "박스형 솔루션"을 구입할 수 있는 영역이 아닙니다. 그리고 잊어버리세요. 정규직으로 화학, 공학, 경제학이 균형을 이루고 있습니다. 그리고 화학 단지의 새로운 프로젝트 수로 판단하면 이 작업은 진행 중이며 매우 성공적입니다.