KR20110076103A - Method for producing ammonia and method for producing urea using converter gas - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제철공정에서 다량 발생하는 전로 가스를 이용하여 저가의 암모니아 또는 요소를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 제철 공정가스인 전로 가스에 물을 공급하여 전로 가스 내의 일산화탄소와 공급된 물을 촉매반응시켜 수소와 이산화탄소를 제조하는 수성가스전환단계; 상기 제조된 이산화탄소를 분리 제거하는 이산화탄소 분리단계; 상기 전로 가스에 잔존하는 일산화탄소의 이산화탄소를 상기 수소와 반응시켜 메탄화함으로써 상기 일산화탄소 및 이산화탄소를 제거하는 메탄화 반응 단계; 및 일산화탄소의 수성가스전환반응에서 얻어진 수소와 전로 가스에 포함된 질소를 원료로 150~250atm/300~550℃에서 Fe 함유 화합물의 촉매를 이용하여 Haber-Bosch 공정에 의한 암모니아 제조단계를 포함하는 전로 가스로부터 암모니아를 제조하는 방법 및 이로부터 제조된 이산화탄소 및 암모니아를 반응시켜 요소를 제조하는 방법이 제공된다.The present invention relates to a method for producing a low-cost ammonia or urea using a converter gas generated in a large amount in the steelmaking process, and more particularly, by supplying water to the converter gas, which is a steelmaking process gas, and supplied water with carbon monoxide in the converter gas. Water gas conversion step of producing a hydrogen and carbon dioxide by catalytic reaction; A carbon dioxide separation step of separating and removing the produced carbon dioxide; A methanation step of removing the carbon monoxide and carbon dioxide by reacting the carbon dioxide of carbon monoxide remaining in the converter gas with the hydrogen to methanate; And ammonia production step by Haber-Bosch process using a catalyst of Fe-containing compound at 150-250atm / 300-550 ° C as a raw material using hydrogen obtained in the water gas shift reaction of carbon monoxide and the converter gas. A method for producing ammonia from a gas and a method for producing urea by reacting carbon dioxide and ammonia produced therefrom are provided.
요소, 암모니아, 전로 가스, 이산화탄소, 일산화탄소, 수소, 메탄화 반응 Urea, Ammonia, Converter Gas, Carbon Dioxide, Carbon Monoxide, Hydrogen, Methanation
Description
본 발명은 제철공정에서 다량 발생하는 전로 가스를 이용하여 저가의 암모니아 또는 요소를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing inexpensive ammonia or urea using converter gas generated in a large amount in a steelmaking process.
현재, 일반적인 암모니아 제조 공정은 메탄 등과 같은 천연가스, 프로판 또는 부탄 등의 액화석유가스 또는 석유 나프타를 원료로 사용하여 도 1에 나타낸 바와 같은 공정 순서에 따라 제조된다. 즉, 먼저 탄화수소계 원료에 대하여 탈황공정(H2 + RSH → RH + H2S)을 거친 후 스팀 개질 반응을 통해 수소와 일산화 탄소를 만든다. 이때, 메탄을 이용한 수증기 개질 반응은 다음 반응식 1과 같이 나타난다. At present, a general ammonia production process is produced according to the process sequence as shown in Figure 1 using a natural gas such as methane, liquefied petroleum gas such as propane or butane or petroleum naphtha as a raw material. That is, first, the hydrocarbon-based raw material goes through a desulfurization process (H 2 + RSH → RH + H 2 S), and then hydrogen and carbon monoxide are produced through a steam reforming reaction. At this time, the steam reforming reaction using methane is shown in the following scheme 1.
CH4 + H2O → 3H2 +CO ΔH = +49.3kcal/mol (1)CH 4 + H 2 O → 3H 2 + CO ΔH = +49.3 kcal / mol (1)
다음으로 여기서 만들어진 일산화탄소의 제거 및 수소 증량을 위해 수성가스전환반응(water-gas shift reaction)을 수행하게 되며, 이 반응은 다음 반응식 2와 같다.Next, a water-gas shift reaction is performed to remove carbon monoxide and increase hydrogen, which is shown in Scheme 2 below.
CO + H2O → CO2 + H2 ΔH = -9.8kcal/mol (2)CO + H 2 O → CO 2 + H 2 ΔH = -9.8 kcal / mol (2)
이산화탄소는 에탄올아민 수용액을 이용한 화학 흡수법 또는 고체 흡착제를 이용한 PSA(Pressure Swing Adsorption) 흡착법 등에 의해 분리 제거한다.Carbon dioxide is separated and removed by chemical absorption using ethanolamine aqueous solution or PSA (Pressure Swing Adsorption) adsorption using a solid adsorbent.
그리고 촉매를 이용한 메탄화 반응(methanation)을 통해 소량의 잔여 일산화탄소 및 이산화탄소를 제거한다. 이와 같은 메탄화 반응은 다음의 반응식 3 및 4과 같이 나타낼 수 있다. And a small amount of residual carbon monoxide and carbon dioxide is removed by methanation using a catalyst. Such methanation reaction can be represented by the following schemes 3 and 4.
CO + 3H2 → CH4 + H2O (3)CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O (3)
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O (4)CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O (4)
그리하여 상기 생성된 수소를 공기에서 유입된 질소와 촉매반응을 통하여 암모니아를 제조한다. 이와 같은 암모니아가 얻어지는 반응을 나타내면 반응식 5와 같다.Thus, the produced hydrogen is ammonia produced through a catalytic reaction with nitrogen introduced from the air. The reaction of obtaining such ammonia is shown in Scheme 5.
3H2 + N2 → 2NH3 (5)3H 2 + N 2 → 2NH 3 (5)
상기 반응식 (1) 내지 (5)로부터 알 수 있는 바와 같이 수소와 질소를 얻기 위해 여러 가지 단계를 거쳐야 하며, 이때 많은 에너지를 필요로 한다. 특히 상기 개질 공정은 고가의 장비가 요구되며, 또한, 공기 주입을 통한 수소/질소비를 맞추는 공정이 필요하다. 이로 인해 암모니아 제조단가가 높아지는 원인이 된다.As can be seen from the reaction schemes (1) to (5), various steps must be taken to obtain hydrogen and nitrogen, which requires a lot of energy. In particular, the reforming process requires expensive equipment, and also requires a process of matching hydrogen / nitrogen ratio through air injection. This causes a higher ammonia manufacturing cost.
또한 요소 제조시 탄소원이 석유추출물로서 국제 에너지 가격에 관련되어 있어 생산가격이 불안정하며, 요소의 가격이 에너지 가격에 따라 변화하게 된다.In addition, the production cost is unstable as the carbon source is related to the international energy price as the petroleum extract in the production of urea, and the price of urea changes according to the energy price.
상기한 바와 같이 기존 요소(urea) 제조 공정은 탄화수소류(LNG, 나프타 등)의 개질 반응과 수성가스전환 반응 등을 통하여 수소와 이산화탄소를 제조하고, 이러한 혼합 가스에서 이산화탄소를 분리 후 수소를 질소와 반응시켜 암모니아를 만든 후, 분리 회수된 이산화탄소를 제조된 암모니아와 반응시켜 요소를 제조한다. 그러나, 이와 같은 방법에 의해 암모니아 및 요소를 제조하는 경우에는 탄화수소류의 개질 공정에 필요한 장치비가 높고, 공정에 소요되는 에너지비로 인해 운전비가 높다. As described above, the conventional urea manufacturing process produces hydrogen and carbon dioxide through a reforming reaction of hydrocarbons (LNG, naphtha, etc.) and a water gas shift reaction, and after separating carbon dioxide from the mixed gas, hydrogen and nitrogen are mixed with nitrogen. After reacting to form ammonia, the separated and recovered carbon dioxide is reacted with the prepared ammonia to prepare urea. However, in the case of producing ammonia and urea by this method, the equipment cost required for the hydrocarbon reforming process is high, and the operating cost is high due to the energy cost required for the process.
아래 표 1에 제철공정의 배가스인 전로 가스의 성분을 나타내었다. 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 제철 공정에서 다량으로 발생하는 전로 가스는 약 65%의 고농도 일산화 탄소를 포함하고 있으며, 또한, 전로 가스는 암모니아 제조를 위한 질소를 적당량 포함하고 있다. Table 1 below shows the components of the converter gas which is the exhaust gas of the steelmaking process. As can be seen from Table 1, the converter gas generated in a large amount in the steelmaking process contains about 65% of the high concentration of carbon monoxide, and the converter gas contains an appropriate amount of nitrogen for producing ammonia.
[표 1]TABLE 1
따라서, 본 발명은 이러한 전로 가스의 일산화 탄소를 사용하여 수성가스 전환반응을 통해 수소를 제조한 후 이를 암모니아 제조 공정에 이용할 수 있고, 질소 공급원으로서 별도의 질소나 공기를 추가로 투입하는 공정이 필요하지 않을 수 있음에 착안하여 완성된 발명이다. Therefore, the present invention can be used to produce hydrogen through a water gas conversion reaction using the carbon monoxide of the converter gas, and then use it in the ammonia production process, and additional nitrogen or air as a nitrogen source is required for the process of additional input The invention is completed with the focus on not being able to.
이에, 본 발명은 제철 공정에서 다량으로 발생하는 전로 가스를 탄소원으로 사용하여 탄화수소류의 개질 공정을 필요로 하지 않으며, 따라서, 저렴한 비용으로 암모니아 또는 요소를 제조하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention does not require a reforming process of hydrocarbons using a converter gas generated in a large amount in the steelmaking process as a carbon source, and therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing ammonia or urea at low cost.
본 발명은 적어도 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 제철 공정 배가스인 전로 가스 중 일산화탄소를 물과 반응시키고 이산화탄소를 제거한 후 잔류 일산화탄소 및 이산화탄소를 메탄화 반응으로 제거하여 암모니아 제조에 적합한 수소/질소비를 가진 원료물질을 만드는 방법으로, 구체적으로는In order to achieve at least the above object, the present invention provides a hydrogen / nitrogen ratio suitable for ammonia production by reacting carbon monoxide in the converter gas, which is an iron making process exhaust gas, with water, removing carbon dioxide, and removing residual carbon monoxide and carbon dioxide by methanation reaction. To make raw materials with
제1 구현예로서, 제철 공정가스인 전로 가스에 물을 공급하여 전로 가스 내의 일산화탄소와 공급된 물을 촉매반응시켜 수소와 이산화탄소를 제조하는 수성가스전환단계; 상기 제조된 이산화탄소를 분리 제거하는 이산화탄소 분리단계; 상기 전로 가스에 잔존하는 일산화탄소의 이산화탄소를 상기 수소와 반응시켜 메탄화함으로써 상기 일산화탄소 및 이산화탄소를 제거하는 메탄화 반응 단계; 및 일산화탄소의 수성가스전환반응에서 얻어진 수소와 전로 가스에 포함된 질소를 원료로 150~250atm/300~550℃에서 Fe 함유 화합물 촉매를 이용하여 Haber-Bosch공정에 의한 암모니아 제조단계를 포함하는 전로 가스로부터 암모니아를 제조하는 방법,As a first embodiment, an aqueous gas conversion step of producing hydrogen and carbon dioxide by catalyzing carbon monoxide and supplied water in a converter gas by supplying water to a converter gas which is a steelmaking process gas; A carbon dioxide separation step of separating and removing the produced carbon dioxide; A methanation step of removing the carbon monoxide and carbon dioxide by reacting the carbon dioxide of carbon monoxide remaining in the converter gas with the hydrogen to methanate; And ammonia manufacturing step by a Haber-Bosch process using Fe-containing compound catalyst at 150-250atm / 300-550 ° C as a raw material of hydrogen and nitrogen contained in the converter gas obtained from the water gas shift reaction of carbon monoxide. Method for producing ammonia from
제2 구현예로서, 상기 이산화탄소 분리단계는 이산화탄소 내의 불순물을 제 거하여 99.5% 이상의 순도를 갖는 이산화탄소로 정제하는 것인 전로 가스로부터 암모니아를 제조하는 방법,As a second embodiment, the carbon dioxide separation step is a method for producing ammonia from the converter gas is to remove impurities in the carbon dioxide and purified to carbon dioxide having a purity of at least 99.5%,
제3 구현예로서, 상기 수성가스전환단계에서 사용되는 촉매는 Fe 또는 Cu 함유 화합물의 촉매인 전로 가스로부터 암모니아를 제조하는 방법, 및As a third embodiment, the catalyst used in the water gas conversion step is a method for producing ammonia from a converter gas which is a catalyst of Fe or Cu-containing compounds, and
제4 구현예로서, 상기 이산화탄소 분리단계는 에탄올아민 수용액을 이용한 화학 흡수법 또는 고체 흡착제를 이용한 PSA(Pressure Swing Adsorption) 흡착법 등에 의해 이산화탄소를 분리하는 것인 전로 가스로부터 암모니아를 제조하는 방법,As a fourth embodiment, the carbon dioxide separation step is a method for producing ammonia from the converter gas to separate the carbon dioxide by a chemical absorption method using an aqueous ethanolamine solution or a pressure swing adsorption (PSA) adsorption method using a solid adsorbent,
제5 구현예로서, 상기 이산화탄소 분리단계는 에탄올아민 수용액을 이용한 화학 흡수법 또는 고체 흡착제를 이용한 PSA 흡착법 등에 의해 이산화탄소를 분리하는 것인 전로 가스로부터 암모니아를 제조하는 방법이 제공되며, 나아가, As a fifth embodiment, the carbon dioxide separation step is a method for producing ammonia from the converter gas is to separate the carbon dioxide by chemical absorption method using a ethanolamine aqueous solution or PSA adsorption method using a solid adsorbent, and the like,
제6 구현예로서, 상기 방법으로 제조된 암모니아를 상기 이산화탄소 분리단계로부터 얻어진 이산화탄소와 반응시켜 요소를 제조하는 요소 제조방법이 제공된다.As a sixth embodiment, there is provided a method for producing urea by reacting ammonia produced by the method with carbon dioxide obtained from the carbon dioxide separation step to produce urea.
제철공정 배가스인 전로 가스를 이용하여 암모니아 원료를 제조함으로써 기존의 메탄과 같은 천연가스, 프로판이나 부탄과 같은 LPG 또는 석유 나프타를 활용한 암모니아제조 공정에 비해 생산단가를 낮출 수 있으며, 또한, 높은 에너지를 요구하는 개질단계를 생략할 수 있어 에너지 소모를 줄일 수 있다.By manufacturing ammonia raw materials using converter gas, which is the exhaust gas of the steelmaking process, production costs can be lowered compared to the ammonia manufacturing process using natural gas such as methane, LPG such as propane or butane or petroleum naphtha, and high energy. The reforming step that requires can be omitted, thereby reducing energy consumption.
그리고, 요소 제조시 필요한 탄소원으로서 전로 가스에 풍부하게 존재하는 이산화탄소를 화학적 고정화 방법에 의해 활용함으로써 대기 중에 방출되는 이산화탄소를 저감시킬 수 있다.In addition, carbon dioxide released into the atmosphere can be reduced by utilizing carbon dioxide, which is abundant in the converter gas, as a carbon source required for the production of urea by a chemical immobilization method.
나아가, 기존 암모니아 제조 원료의 다변화를 통해 생산 원가를 안정화시킬 수 있는 이점이 있다.Furthermore, there is an advantage that can stabilize the production cost through the diversification of the existing ammonia manufacturing raw material.
본 발명에서 사용하고자 하는 제철공정의 배가스인 전로 가스는 상기와 같이 다량의 일산화탄소를 포함하고 있으며, 질소함량도 비교적 높다. The converter gas, which is the exhaust gas of the steelmaking process to be used in the present invention, contains a large amount of carbon monoxide as described above, and has a relatively high nitrogen content.
따라서, 본 발명은 제철공정에서 다량으로 발생하는 배가스인 전로 가스를 수성가스 전환, 이산화탄소 제거, 및 메탄화 반응을 통해 암모니아 제조 원료로 적당한 수소/질소의 반응 당량비가 3인 혼합가스를 제조하는 방법을 제공하고자 한다. 또한 제조된 암모니아와 암모니아 제조공정 중에서 분리 회수된 이산화탄소를 이용하여 요소를 제조하는 방법을 제공한다. Accordingly, the present invention is a method of producing a mixed gas having a reaction equivalent ratio of 3 to a suitable hydrogen / nitrogen as a raw material for ammonia production through the conversion of water gas, carbon dioxide removal, and methanation to the converter gas, which is a large amount of flue gas generated in the steelmaking process. To provide. In addition, the present invention provides a method for producing urea using the ammonia produced and carbon dioxide separated and recovered in the ammonia manufacturing process.
본 발명의 암모니아 제조방법은 배가스 중의 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 사용하는 것이므로, 종래 탄화수소류를 사용하는 경우와는 달리 개질 공정을 필요로 하지 않으며, 전로 배가스에 존재하는 일산화탄소를 물과 촉매 반응시켜 수소와 이산화탄소를 제조하는 수성가스 전환단계를 갖는다. 이와 같은 수성가스전환단계는 종래에 사용되는 수성가스 전환단계와 동일한 것으로서, 전로 배가스 스트림에 수분이 공급되면, 아래 식 (2)와 같이 공급된 수분과 일산화탄소가 반응하여 수소와 이산화탄소를 생성한다.Since the ammonia production method of the present invention uses hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide in the exhaust gas, unlike the case of using conventional hydrocarbons, no reforming process is required, and the carbon monoxide present in the converter exhaust gas is catalytically reacted with water to form hydrogen. And a water gas conversion step for producing carbon dioxide. This water gas conversion step is the same as the water gas conversion step used in the prior art, when water is supplied to the converter exhaust gas stream, the water and carbon monoxide supplied as shown in the following equation (2) reacts to produce hydrogen and carbon dioxide.
CO + H2O → CO2 + H2 ΔH = -9.8kcal/mol (2)CO + H 2 O → CO 2 + H 2 ΔH = -9.8 kcal / mol (2)
상기 공급되는 수분의 함량은 일산화탄소의 함량에 따라 변화시킬 수 있는 것이나, 통상 일산화탄소와 수분의 부피비가 4:1 내지 1:1, 보다 바람직하게는 3.5:1 내지 2:1, 가장 바람직하게는 3:1의 비를 갖도록 수분을 공급할 수 있다. The content of the supplied water can be changed according to the content of carbon monoxide, but the volume ratio of carbon monoxide and water is usually 4: 1 to 1: 1, more preferably 3.5: 1 to 2: 1, most preferably 3 Moisture can be supplied to have a ratio of 1: 1.
이때 사용할 수 있는 반응 촉매로는 Fe 또는 Cu 함유 화합물의 촉매를 들 수 있으며, 보다 구체적으로는, 이에 한정하는 것은 아니지만, Fe함유 화합물의 촉매로는 Fe3O, Cr2O3/Fe3O4, CuO/Cr2O3/Fe3O4를 들 수 있고, Cu계 촉매로는 Cu/ZnO, Cu/ZrO2, Cu/ZnO/Al2O3를 들 수 있다.The reaction catalyst that can be used at this time may include a catalyst of Fe or Cu-containing compounds, more specifically, but not limited to this, Fe 3 O, Cr 2 O 3 / Fe 3 O as a catalyst of the Fe-containing compound And CuO / Cr 2 O 3 / Fe 3 O 4. Cu-based catalysts include Cu / ZnO, Cu / ZrO 2 , and Cu / ZnO / Al 2 O 3 .
다음으로 여기서 만들어진 이산화탄소를 분리 회수하여 저장해 두는 단계를 갖는다. 여기서 회수된 이산화탄소는 추후 생성되는 암모니아와 반응시켜 요소를 제조하는데 사용된다. Next, the carbon dioxide produced here is separated and recovered. The carbon dioxide recovered here is then used to make urea by reaction with the ammonia produced later.
요소를 제조함에 있어서 사용되는 이산화탄소는 아래의 표 2에 기재된 바와 같은 사양을 가질 것이 요구된다. The carbon dioxide used in making the urea is required to have the specifications as described in Table 2 below.
[표 2] TABLE 2
따라서, 생성된 이산화탄소를 분리 회수한 후에 요소 제조에 적합한 이산화 탄소의 사양을 갖도록 정제하여 두는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable to purify the produced carbon dioxide to have a specification of carbon dioxide suitable for urea production after separation and recovery.
먼저, 전로 배가스로부터 수성 가스 전환단계를 거친 후에 존재하는 이산화탄소를 상기 배가스 스트림으로부터 분리 회수한다. 이때 분리 회수하는 방법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법이라면 제한없이 사용할 수 있는 것으로서, 구체적으로는 에탄올 아민 수용액을 이용한 화학흡수법 또는 고체 흡착제를 이용한 PSA(Pressure Swing Adsorption) 흡착법 등을 활용하여 포집할 수 있다. First, the carbon dioxide present after the water gas conversion from the converter flue gas is separated and recovered from the flue gas stream. In this case, the separation and recovery method may be used without limitation as long as it is a method commonly used in the art to which the present invention pertains. Specifically, a chemical absorption method using an ethanol amine aqueous solution or a PSA (Pressure Swing Adsorption) adsorption method using a solid adsorbent may be used. Can be collected using
이와 같이 포집된 이산화탄소에는 전로 배가스에 존재하는 불순물이 포함될 수 있는데, 상기 표 2에 나타낸 바와 같이 수분이나 불활성 가스 등의 불순물은 포함하더라도 요소 제조공정에서 악영향을 미치지 않으므로 소량으로, 구체적으로는 대략 0.5부피% 정도까지는 포함되어 있어도 허용되나, 산성물질, 부식성 물질, 염 발생 물질 등은 요소 제조에 악영향을 미치는바, 이산화탄소 내에 잔류해서는 안 된다. The carbon dioxide thus collected may include impurities present in the converter flue gas. As shown in Table 2 above, even impurities, such as water or an inert gas, do not adversely affect the urea manufacturing process. Although it is allowed to contain up to volume%, acidic, corrosive, salt generating materials, etc. adversely affect the production of urea, and should not remain in carbon dioxide.
따라서, 상기 포집된 이산화탄소를 순도 99.5% 이상이 되도록 정제하는 것이 바람직하다. 상기 이산화탄소를 정제하는 방법은 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 정제방법을 적용할 수 있다.Therefore, it is preferable to purify the collected carbon dioxide to have a purity of 99.5% or more. The method for purifying the carbon dioxide may be applied to a purification method commonly used in the art.
이에 의해 이산화탄소가 제거된 전로 배가스로부터 잔여 일산화탄소 및 이산화탄소를 제거하는 단계를 갖는다. 이와 같은 일산화탄소 및 이산화탄소의 제거에는 메탄화 반응을 적용할 수 있다. 상기 본 발명의 메탄화 반응에는 종래와는 달리 촉매를 사용하지 않더라도 메탄을 형성할 수 있다.Thereby removing the remaining carbon monoxide and carbon dioxide from the converter off-gas from which carbon dioxide has been removed. Methanation reaction can be applied to the removal of carbon monoxide and carbon dioxide. The methanation reaction of the present invention can form methane even without using a catalyst unlike the prior art.
CO + 3H2 → CH4 + H2O (3)CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O (3)
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O (4)CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O (4)
이와 같은 메탄화 반응단계에 의해 전로 가스 내에 존재하던 일산화탄소 및 이산화탄소를 대부분 제거할 수 있다.By this methanation step, most of the carbon monoxide and carbon dioxide present in the converter gas can be removed.
그리하여 상기 수성가스 전환단계에서 생성된 수소와 전로 배가스 내에 존재하고 있던 질소가 촉매반응을 통하여 반응하여 암모니아를 제조한다. 이와 같은 암모니아가 얻어지는 반응을 나타내면 반응식 5와 같다. Thus, hydrogen generated in the water gas conversion step and nitrogen present in the converter flue gas react through a catalytic reaction to produce ammonia. The reaction of obtaining such ammonia is shown in Scheme 5.
3H2 + N2 → 2NH3 (5)3H 2 + N 2 → 2NH 3 (5)
이러한 반응은 암모니아 제조에서 통상적으로 사용되는 방법으로 행해질 수 있다. 예를 들면, 종래부터 상용되고 있는 Haber-Bosch 공정을 이용하여 암모니아를 제조할 수 있으며, 이때, 압력 및 온도는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 150-250atm 및 300-550℃를 들 수 있다. 질소와 수소는 수소/질소의 부피비로 3의 값을 갖는 경우에 가장 효율적으로 암모니아를 합성할 수 있다.This reaction can be carried out by the methods commonly used in the production of ammonia. For example, ammonia may be produced using a conventionally used Haber-Bosch process, and at this time, the pressure and temperature are not particularly limited, but 150-250 atm and 300-550 ° C. may be mentioned. Nitrogen and hydrogen can synthesize ammonia most efficiently when they have a value of 3 in the volume ratio of hydrogen / nitrogen.
상기 암모니아 제조에는 암모니아 제조에 통상적으로 사용되는 촉매를 사용할 수 있으며, 예를 들면, Fe계 촉매를 들 수 있다. For the ammonia production, a catalyst commonly used in the production of ammonia can be used, and examples thereof include an Fe-based catalyst.
나아가, 상기 합성된 암모니아를 상기 정제된 이산화탄소와 반응시켜 요소를 제조하는 공정을 포함한다. 이와 같은 요소 제조는 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 사용하여 행할 수 있다. Furthermore, the step of reacting the synthesized ammonia with the purified carbon dioxide to produce a urea. Such component manufacture can be performed using methods commonly used in the art.
실시예Example
실시예Example 1 One
10% Cr2O3가 되도록 Cr 및 Fe 니트레이트를 공침시킨 후 400℃ 수소 함유 혼합가스로 소성하여 HTS(High temperature shift)용 Fe3O4/Cr2O3를 제조하였다. Cr and Fe nitrate were co-precipitated to 10% Cr 2 O 3 and then calcined with a mixed gas containing 400 ° C. to prepare Fe 3 O 4 / Cr 2 O 3 for HTS (High temperature shift).
Cu/Zn 비가 0.8이 되도록 Cu 및 Zn의 금속 니트레이트와 소듐 카보네이트의 수용액을 이용하여 공침시킨 후, 30wt% CuO, 55wt% ZnO, 그리고 15wt% Al2O3 가 되도록 Al2O3에 함침시켜 LTS(low Temperature Shift)용 Cu-Zn/Al2O3 촉매를 제조하였다.Coprecipitation was carried out using an aqueous solution of Cu and Zn metal nitrate and sodium carbonate so that the Cu / Zn ratio was 0.8, and then impregnated in Al 2 O 3 to 30 wt% CuO, 55 wt% ZnO, and 15 wt% Al 2 O 3. Cu-Zn / Al 2 O 3 catalyst for low temperature shift (LTS) was prepared.
제조된 촉매는 고정층 반응기를 이용하여 공간속도 1,000/hr에서 350℃에서 철-크롬 촉매를 HTS 반응시키고, 225℃에서 Cu-Zn/Al2O3 촉매를 LTS 반응시켜 수성가스전환 반응을 실시하였다. 반응가스 조건은 LDG 모사 가스로서, 부피%로서, 17.8% CO2, 64.4% CO, 2% H2 및 15.8% N2에 H2O를 CO/H2O=3으로 주입하였다. 수성가스전환 활성 결과를 표 3에 나타내었다.The prepared catalyst was subjected to the HTS reaction of the iron-chromium catalyst at 350 ° C. and the LTS reaction of the Cu-Zn / Al 2 O 3 catalyst at 225 ° C. using a fixed bed reactor at a space velocity of 1,000 / hr. . The reaction gas conditions were LDG simulated gas, in which volume%, H 2 O was injected into CO.H 2 O = 3 into 17.8% CO 2 , 64.4% CO, 2% H 2 and 15.8% N 2 . Water gas conversion activity results are shown in Table 3.
나아가, 상기 수성 가스 전환된 배기가스로부터 활성탄 흡착제를 이용해서 CO2를 제거하였다. CO2 제거 후의 상기 가스의 조성을 표 3에 나타내었다.Furthermore, CO 2 was removed from the water gas-converted exhaust gas using an activated carbon adsorbent. Table 3 shows the composition of the gas after CO 2 removal.
[표 3] [Table 3]
표 3은 수성가스전환 촉매반응 후 건조 가스의 조성을 나타내었으며, H2/N2 의 부피비가 암모니아를 합성하기 적합한 원료 조성인 ~3임을 확인할 수 있었다. 따라서, 이와 같은 비를 갖도록 조절하기 위해 종래 필요로 되는 별도의 질소 공급단계가 불필요하게 되어 공정 단순화를 도모할 수 있다.Table 3 shows the composition of the dry gas after the water gas conversion catalyst reaction, it can be confirmed that the volume ratio of H 2 / N 2 is ~ 3 which is a suitable raw material composition for synthesizing ammonia. Therefore, in order to adjust to have such a ratio, a separate nitrogen supply step, which is conventionally required, is unnecessary, and the process can be simplified.
또한 원료가스를 이용하여 일반적으로 상용되는 방법인 Haber-Bosch법을 이용하여 암모니아를 제조할 수 있으며, 본 공정에서 얻어진 고농도 이산화탄소(>50%)를 쉽게 분리할 수 있다. In addition, ammonia can be prepared using the Haber-Bosch method, which is a commonly used method using source gas, and high concentration carbon dioxide (> 50%) obtained in this process can be easily separated.
본 공정에서 분리된 이산화탄소와 제조된 암모니아를 이용하여 요소를 제조할 수 있음을 확인할 수 있다. It can be seen that urea can be prepared using the separated carbon dioxide and ammonia prepared in this process.
도 1은 종래의 기술에 따른 암모니아 제조 공정의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of ammonia manufacturing process according to the prior art.
도 2는 본 발명에 따른 암모니아 및 요소 제조 공정 개념도이다.2 is a conceptual diagram of ammonia and urea manufacturing process according to the present invention.
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