이산화탄소 공급하에서 셰일 가스로부터 BTX와 수소를 생산하는 통합 공정
Integrated Process for Producing BTX and Hydrogen from Shale Gas with Feeding of Carbon Dioxide
특허 요약
본 발명은 이산화탄소 공급하에서 셰일 가스로부터 벤젠, 톨루엔 및/또는 자일렌과 수소를 생산하는 통합 공정에 관한 것이다. 본 발명의 구현예에 따른 방향족 화합물 및 수소의 통합 생산 공정은, 극저온 증류를 통해 셰일 가스로부터 메탄을 분리할 필요 없이, 고 부가가치의 방향족 화합물과 수소를 효율적으로 연속 생산할 수 있다.
청구항
번호청구항
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제1항에 있어서, 단계 (1)의 촉매가 HZSM-5 지지체에 Mo이 10 중량%의 함량으로 함침된 촉매인, 방향족 화합물 및 수소의 통합 생산 공정.

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(1) 메탄, 에탄 및 프로판 중 적어도 하나를 포함하는 탄화수소 공급물을 이산화탄소의 공급하에서 촉매의 존재하에 공방향족화(coaromatization)시켜 벤젠, 톨루엔 및 자일렌 중 적어도 하나의 방향족 화합물, 메탄, 수소 및 일산화탄소를 포함하는 방향족-함유 생성물을 제조하는 단계; (2) 방향족-함유 생성물로부터 (a) 수소, (b) 방향족 화합물 및 (c) 메탄과 일산화탄소를 포함하는 제1 메탄-함유 혼합물을 각각 분리하는 단계; (3) 제1 메탄-함유 혼합물을 수성가스 전환(water-gas shift)시켜 메탄, 수소 및 이산화탄소를 포함하는 제2 메탄-함유 혼합물을 제조하는 단계를 포함하는, 방향족 화합물 및 수소의 통합 생산 공정.

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제1항에 있어서, 탄화수소 공급물이 셰일 가스인, 방향족 화합물 및 수소의 통합 생산 공정.

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제1항에 있어서, 탄화수소 공급물 중의 메탄의 함량이 56~98 몰%인, 방향족 화합물 및 수소의 통합 생산 공정.

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제1항에 있어서, 단계 (1) 전에 탄화수소 공급물로부터 산성 가스를 제거하는 단계를 더 포함하는 방향족 화합물 및 수소의 통합 생산 공정.

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제1항에 있어서, 단계 (1)의 촉매가 Ga, Zn 및 Mo로부터 선택되는 금속 성분을 3~20 중량%의 함량으로 포함하는, 방향족 화합물 및 수소의 통합 생산 공정.

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제5항에 있어서, 단계 (1)의 촉매가 Mo을 포함하는, 방향족 화합물 및 수소의 통합 생산 공정.

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제1항에 있어서, 단계 (1)의 촉매가 HZSM-5, ZSM-5, ZSM-11, ZSM-12, ZSM-23 및 MCM-22로부터 선택되는 지지체를 포함하는, 방향족 화합물 및 수소의 통합 생산 공정.

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제7항에 있어서, 단계 (1)의 촉매가 HZSM-5 지지체를 포함하는, 방향족 화합물 및 수소의 통합 생산 공정.

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제1항에 있어서, 단계 (1)에서 탄화수소 공급물의 공방향족화 반응이 병렬로 배치된 적어도 2개의 반응기를 구비한 멀티-베드 반응기에서 수행되는, 방향족 화합물 및 수소의 통합 생산 공정.

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제10항에 있어서, 각각의 반응기가 촉매가 구비된 고정 베드를 포함하는, 방향족 화합물 및 수소의 통합 생산 공정.

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제1항에 있어서, 단계 (1)에서 탄화수소 공급물의 공방향족화 반응이 700800℃의 온도 및 115 bar의 압력에서 수행되고, 촉매 재생 전까지 반응기가 320시간 동안 운전되며, 촉매의 재생이 500550℃의 온도 및 1 bar의 압력에서 3~18시간 동안 수행되는, 방향족 화합물 및 수소의 통합 생산 공정.

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제1항에 있어서, 방향족-함유 생성물 중의 수소의 함량이 17.3~36.0 부피%인, 방향족 화합물 및 수소의 통합 생산 공정.

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제1항에 있어서, 단계 (2)에서 방향족-함유 생성물로부터 수소를 분리하는 단계를 포함하고, 방향족-함유 생성물로부터 수소의 분리가 분리막을 이용하여 수행되는, 방향족 화합물 및 수소의 통합 생산 공정.

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제14항에 있어서, 단계 (2)에서 수소가 제거된 방향족-함유 생성물로부터 방향족 화합물 및 메탄과 일산화탄소를 포함하는 제1 메탄-함유 혼합물을 분리하는 단계를 포함하고, 수소가 제거된 방향족-함유 생성물로부터 방향족 화합물 및 메탄과 일산화탄소를 포함하는 제1 메탄-함유 혼합물의 분리가 적어도 2개의 컬럼을 이용한 증류를 통하여 수행되는, 방향족 화합물 및 수소의 통합 생산 공정.

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제1항에 있어서, 제2 메탄-함유 혼합물 중의 수소의 함량이 24~55 부피%인, 방향족 화합물 및 수소의 통합 생산 공정.

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제1항에 있어서, 단계 (3)에서 제2 메탄-함유 혼합물로부터 수소를 분리하는 단계를 추가로 포함하고, 제2 메탄-함유 혼합물로부터 수소의 분리가 분리막을 이용하여 수행되는, 방향족 화합물 및 수소의 통합 생산 공정.

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제17항에 있어서, 단계 (3)에서 수소가 제거된 제2 메탄-함유 혼합물로부터 메탄, 에탄 및 에틸렌을 포함하는 탄화수소 혼합물과 이산화탄소, 일산화탄소 및 물을 포함하는 잔여 성분을 분리하는 단계를 추가로 포함하고, 수소가 제거된 제2 메탄-함유 혼합물로부터 탄화수소 혼합물과 잔여 성분의 분리가 탄소 포획 및 저장(carbon capture and storage) 공정을 이용하여 수행되는, 방향족 화합물 및 수소의 통합 생산 공정.