방금 글을 하나 받았으니, 여러분이 검토해 주세요

Thread Content

요약 압력변화 흡착을 이용한 수소 추출을 기반으로 합성암모니아를 생산하며, 압력변화 흡착 PSA의 배기가스 회수 방안을 최적화한다. 또한 탈착가스와 코크스 오븐 가스를 혼합하여 가스를 제조하고, PSA를 병렬로 연동시켜 가스를 공급함으로써 두 가지 가스원을 활용해 액체암모니아를 생산하는 것을 목표로 한다.전체 프로세스의 장점과 단점에 대해 분석했습니다. 키워드: 코크스로가스, PSA 탈착가스, 회수, 액체 암모니아

서론: 메탄올 스웰가 수소 추출 장치는 고순도 수소를 생산하는 동시에 대량의 탈착가스를 발생시킵니다. 이 탈착가스는 메탄올 스웰가의 약 30%~35%를 차지하며, 그 구성 성분은 CH4(11.09%), H2(24.11%), CO(8.93%), N2(40.98%), CO2(14.89%)입니다.직접 대기 중으로 배출할 경우 에너지 낭비는 물론 환경 오염도 초래하므로 회수가 필요하다. 1. 기존 설비 분석 1.1 설비 생산능력 분석 합성암모니아 설비의 설계 생산능력은 100kt/a이며, 원료 가스는 단지 내에 있는 2개의 100kt/a 메탄올 설비에서 공급되고, 질소는 메탄올 설비의 공기분리장치에서 공급됩니다.각 메탄올 처리 장치는 시간당 12,000~14,000 Nm3/h의 메탄올 방출 가스를 공급할 수 있으며, 두 대의 장치를 사용하면 시간당 24,000~28,000 Nm3/h의 메탄올 방출 가스를 공급할 수 있습니다. 이를 통해 시간당 15,600~18,200 Nm3/h의 순수 수소를 얻을 수 있습니다. 단지에 새로운 카프로락탐 생산 설비가 건설되면서, PSA는 수소 공급 역할을 맡게 됩니다. 여기에는 원유 정제, 벤젠의 수소화를 통한 시클로헥세인 생산, 그리고 과산화수소 제조에 필요한 수소도 포함됩니다. 하루에 14,000 Nm3/h의 수소가 필요합니다.균형이 맞춰진 후에는 합성암모니아 생산에 사용될 수 있는 수소의 양이 1600~4200 Nm3/h에 불과해집니다. 따라서 합성암모니아 공장만으로는 히닐아미드를 생산하는 데 필요한 양을 충족시킬 수 없으며, 코크스 가스와 PSA 탈착 가스의 혼합가스를 이용해 수소와 질소를 생산할 수 있는 새로운 공장이 필요합니다. 1.2 기존 공정 소개 메탄올 생산 설비에서 나오는 메탄올 방출 가스는 PSA 공정을 거쳐 정제된 후 고순도의 수소가 됩니다. 이 수소는 공기 분리 설비에서 나온 압축된 질소와 합쳐져 메탄화 설비로 들어가 CO와 CO2를 CH4로 전환시킵니다. 그 후 압력이 높아진 상태로 합성 공정으로 보내집니다.그림 1을 참조하십시오. 그림 1. 기존 암모니아 합성 공정의 개략도. 한편, PSA 장치에서 나오는 탈착 가스를 재활용하는 방안은 이를 코크스로의 탄화실로 보내서 연소시키는 것이었으나, 압력 변동이 심하여 연소시키지 못하고 그대로 플레어로 배출하게 되어 자원이 낭비되었다. 2. 개조 후 장치 분석 2.1 개조 후 생산능력 분석 새로 도입된 가스 제조 장치는 현재 순조롭게 가동되고 있으며, 코크스 오븐 가스의 유입량은 17,500 Nm3/h이고, 정제된 가스는 합성 공정으로 약 26,000 Nm3/h의 속도로 공급됩니다. 이를 통해 약 9톤/h의 암모니아가 생산되며, 기존 공정과 연계함으로써 최대 생산량을 달성할 수 있습니다. 2.2 프로세스 설명: 코크스 가스와 PSA 배기가스는 가스 탱크로 들어가며, 코크스 가스/정화된 가스를 혼합한 압축기를 통해 압력이 가해진 후 정제 탈황 공정으로 들어갑니다. 그곳에서 철-몰리브덴을 이용한 수소화 처리와 산화아연 탈황제를 통해 코크스 가스 내의 황분이 제거됩니다.수소와 탄소의 비율에 맞게 공정용 증기를 투입하여 열교환식 전환로에 넣고, 그 다음 공정 요구사항에 따라 고산소 공기를 투입하여 2단계 전환로에서 전환 반응을 완료한다. 고온 변환가스는 열 회수를 통해 원료가스와 공정 응축액을 예열한 뒤, 일산화탄소의 중저온 변환 반응이 진행된다. 일산화탄소의 농도는 지정된 기준 이내로 조절된 후 MEDA 탈탄 공정으로 보내진다. 탈탄 과정에서는 코크스 가스/정화 가스 복합 압축기의 정화 가스 단계를 거쳐 압력이 높아진 다음, 메탄화 공정으로 보내져 PSA에서 나온 수소와 합쳐진다. 그 후 메탄화로와 합성가스 복합 압축기를 거쳐 합성 공정으로 들어간다.그림 2를 참조하십시오. 그림 2. 합성암모니아 공장의 현재 공정 2.3 개선 공정 가동 중 발견된 문제점들 1. 공장에서 부생되는 이산화탄소(약 4000Nm3/h)가 그대로 방출되어 자원이 낭비되고 있습니다. 이제는 압력을 가하는 장비를 추가하여 이 이산화탄소를 메탄올 제조에 활용하도록 할 계획입니다. 나머지 이산화탄소는 드라이아이스로 사용될 예정입니다. 현재의 운전 공정 지표 관리 및 열 평형 상황을 고려해 볼 때, 장치에 산소를 추가하는 것은 아직 검증이 필요합니다. 현재 단계에서는 PSA가 공급하는 수소량이 부족할 때만 순수한 산소를 투입하고 있으며, 이는 원래의 설계와 상당히 다릅니다；액체 산소 펌프를 설계할 때 주파수 변환 기능이 추가되지 않아, 액체 산소를 사용할 때 남는 액체 산소가 그대로 버려져 막대한 낭비가 발생합니다. 3. 탈탄소 시스템은 세척 후 오랫동안 가동되지 않았기 때문에, 가동 전에 여러 번 세척을 했음에도 불구하고 원료를 투입한 후에는 시스템 내 용액에 여전히 고체 불순물이 남아 있어, 주기적으로 용액 펌프를 세척해야 합니다；탈탄소 시스템의 일부 냉각기는 판형 열교환기를 사용해 막히기 쉬우므로 자주 청소해야 합니다. 4. 신규 시스템의 가열로는 세 개의 가열로가 하나의 연도를 공유하는 구조인데, 가동 시 안전하지 않을 뿐만 아니라 조작에도 불리하다. 5. 공정 응축액 스티어링 공정과 흐름이 결합되면서, 설비가 초기 가동 시 온도를 높일 때 역방향으로 작동해야 하는 작업량이 많아집니다. 6. 설계는 보수적인 편으로, 일부 장비의 크기가 작으며 촉매의 충전량도 적습니다. 7. 장치의 배치가 합리적이지 않아, 촉매를 점검하거나 교체하는 데 불편함이 있습니다. 8. 일부 샘플링 위치에 단일 샘플링 냉각기를 사용함으로써 분석 결과의 오차가 커집니다. 9. MEDA의 상압 탈착 과정에서는 워터 실을 설치해야 하며, 용액 펌프를 사용해서는 안 됩니다. 10. 가스탱크의 입출구에 있는 워터실은 지면 아래에 위치해 있어 응축수를 배출하는 데 불리하므로, 지면 위에 설치하고 자동 배수 시스템을 도입해야 한다. 3. 이중 가스원을 이용한 합성암모니아 생산의 장단점 3.1 장점 1. PSA 공정에서 얻어지는 탈착가스를 가스탱크에 회수함으로써, 탈착가스가 그대로 대기 중으로 배출되는 환경 문제를 해결할 수 있습니다. 또한, 합성암모니아 제조에 유용한 CH4, H2, CO, N2도 함께 회수되어 합성암모니아 생산 설비의 생산량이 증가합니다. 2. 코크스 가스 전환은 2단계 전환 방식을 사용하여 순산소의 소비량을 줄이고, 메탄가스의 전환 효율을 높였습니다. 3. 공정 응축액 스팀업 장치와 수소 제조 장치를 결합함으로써, 장치의 열을 효과적으로 활용할 수 있습니다. 이를 통해 증기가 부산물로 생성되는 동시에 공정 응축액도 스팀업 처리되어, 암모니아를 함유한 폐수의 배출이 줄어듭니다. 3.2 단점 1. 해기 가스의 압력과 성분이 크게 변동하여, 가스 탱크 내에서 코크스 오븐 가스와 충분히 혼합되지 못합니다. 이로 인해 후속 생산 과정에 영향을 미칩니다. 또한, 코크스 오븐 가스의 공급량이 적은 경우(6000Nm3/h 미만), 해기 가스가 혼합된 후 시스템의 변동성이 커집니다. 2. 흡착가스를 회수함에 따라 가스저장탱크 내 질소 함량이 증가하였고, 이로 인해 코크스오븐가스 압축기의 단독 출력이 부족해져 설비의 전력 소모가 증가하였다. 3. PSA 공정에서 방출된 가스가 가스탱크로 들어가는 제어 방식이 적절하지 않으며, PSA의 시퀀스에 따라 프로그램 가능한 밸브를 사용하여 제어해야 하므로 수소와 질소의 비율을 안정적으로 유지할 수 있다. 4. 요약 이 합성암모니아 생산 설비는 국내 최초로 메탄올 배가스를 이용해 수소를 생산하고, 해제된 가스와 코크스 오븐 가스를 혼합하여 수소로 전환시켜 두 가지 가스원을 활용해 합성암모니아를 생산하는 시설입니다.현재 설비의 운영 상황을 보면, 새로 도입된 수소 생산 설비가 기존의 합성암모니아 설비와 원활하게 연동되고 있습니다. 코크스 가스와 메탄올 방출 가스가 안정적으로 공급된다면, 하루에 300톤의 액체 암모니아를 생산할 수 있으며, 이를 통해 생산량 확대와 배출 감소라는 목표를 달성할 수 있습니다.또한 장치에 존재하는 문제들을 정리하여, 향후 장치의 대대적인 수리 및 기술 개선을 위한 기반을 마련합니다.