산업용 가스 정화에 있어서 산화아연 탈황제의 응용

산업용 가스 흐름에 포함된 황은 단순히 제품 품질 문제만은 아닙니다. 황화수소는 장비를 부식시키고, 유지보수 작업을 증가시키며, 수소, 암모니아, 메탄올 및 석유화학 제품 생산에 사용되는 하류 촉매를 오염시킬 수 있습니다.

산화아연 탈황기는 공정에서 황화수소(H₂S)를 집중적으로 제거해야 할 때 최종 황 제거 단계로 흔히 설치됩니다. 천연가스, 합성가스, 코크스 오븐 가스, 정유 가스 및 액체 탄화수소 정제 시스템 등 다양한 분야에서 활용됩니다.

혼렐 당사는 상온 및 고온 환경에 적합한 다양한 등급의 산화아연을 공급합니다. 적합한 등급은 가스 조성, 작동 온도, 압력, 공간 유속 및 요구되는 출구 황 함량에 따라 결정됩니다.

산화아연 탈황기는 어떻게 작동하나요?

산화아연은 ​​기체-고체 반응을 통해 황화수소를 제거합니다.$${mathrm{ZnO + H_2S \오른쪽 화살표 ZnS + H_2O}$$

이 반응 과정에서 산화아연은 ​​안정한 황화아연으로 변환됩니다. 이러한 이유로 산화아연은 ​​반응성 흡착제 또는 황 흡착제로 더 정확하게 설명될 수 있지만, 산업계에서는 "산화아연 촉매"라는 용어도 널리 사용됩니다.

이 반응은 황화 열역학적으로 유리한 특성을 가지고 있습니다. 관련 기술 검토 논문이 발표되었습니다. 촉매 reports that ZnO can reduce H₂S to fractions of 1 ppm under suitable conditions. This makes it useful for polishing duties where downstream catalysts have a low tolerance for sulfur. However, real performance depends on temperature, gas composition, pore structure and mass transfer through the pellets. (Source:https://www.mdpi.com/2073-4344/10/5/521)

산화아연은 ​​카르보닐황화물 및 이황화탄소를 포함한 더 간단한 유기황 화합물의 전환 또는 포집에도 도움을 줄 수 있습니다.$$\mathrm{COS + ZnO \오른쪽 화살표 ZnS + CO_2}$$

유기황 제거는 화합물 종류, 온도, 수소 함량 및 상류 공정 설계에 따라 달라집니다. 따라서 보호층의 크기를 결정하기 전에 가스 분석이 필요합니다.

심층 탈황에 산화아연(ZnO)이 사용되는 이유는 무엇일까요?

대량의 황 제거와 최종 정제는 별개의 작업입니다. 고농도 H₂S 함유 가스는 먼저 아민 장치, 철계 매체 또는 다른 1차 처리 단계를 거쳐야 할 수 있습니다. 그런 다음 산화아연층을 사용하여 정제된 가스가 민감한 공정에 도달하기 전에 잔류 황을 포집합니다.

이러한 방식은 다음과 같은 몇 가지 운영상의 이점을 제공합니다.

• 침대 출구에서의 낮은 H₂S 농도
• 촉매 중독 방지
• 더 긴 하류 촉매 순환 주기
• 안정적인 제품 품질
• 계획되지 않은 가동 중단 작업 감소
• 간단한 고정 베드 작동
• 액체 흡수 순환 없음
• 다양한 압력 및 온도 범위와의 호환성

상업적 가치는 명확합니다. 황 방지제를 정해진 일정에 맞춰 교체하는 것이 일반적으로 개질, 메탄올 합성 또는 암모니아 공정 촉매의 조기 비활성화를 처리하는 것보다 사업에 미치는 영향이 적습니다.

주요 산업 용도

천연가스 정화

천연가스에는 H₂S, COS, 메르캅탄 및 기타 황 화합물이 포함될 수 있습니다. 대량의 산성 가스 제거 또는 황 수소화 반응 후, ZnO 보호층을 사용하여 수증기 개질 또는 화학 합성 전에 필요한 최종 정화 작업을 수행할 수 있습니다.

주요 목표는 다음과 같습니다.

• 하류 공정의 황 함량 기준을 충족하십시오.
• 부식 위험을 줄입니다
• 니켈계 개질 촉매를 보호합니다.
• 안정적인 리포머 성능을 유지합니다.

황이 개질 촉매를 오염시킬 수 있기 때문에 ZnO는 메탄 개질 전 전처리 단계로도 사용됩니다.

수소 생산

기존 수소 생산 설비에서는 탄화수소 공급 원료를 스팀 개질기에 투입하기 전에 탈황하는 것이 일반적입니다. 탈황 과정에서 발생하는 황 잔류물은 촉매 활성을 저하시키고, 온도 분포를 교란하며, 촉매 가동 시간을 단축시킬 수 있습니다.

따라서 ZnO 용기는 황 전환과 개질 사이에서 보호층 역할을 합니다. 핵심적인 운전 목표는 단순히 높은 제거율을 달성하는 것이 아니라, 출구에서 황 농도를 지속적으로 낮게 유지하는 것입니다.

암모니아 생산

천연가스, 석탄 유래 합성가스 및 기타 암모니아 원료는 개질, 시프트 전환 및 암모니아 합성 전에 정제해야 합니다.

산화아연은 ​​잔류 황(H₂S)을 포집하여 하류 촉매에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있기 때문에 미세 황 제거에 사용됩니다. 안정적인 황 포집 능력은 발전소의 가동 주기를 연장하고 촉매 조기 교체 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다.

메탄올 및 합성가스 정제

구리 기반 메탄올 합성 촉매는 황에 민감합니다. 소량의 황이 촉매에 침투하면 촉매 활성과 생산량에 영향을 미칠 수 있습니다.

A ZnO sulfur guard can be placed in the feed purification train to remove H₂S and help manage COS after suitable upstream conversion. Research on biomass syngas also identifies ZnO guard beds as a practical polishing stage for deep desulfurization. (Sourc:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.energyfuels.9b04276)

주요 업무는 다음과 같습니다.

• 석탄 유래 합성가스 정화
• 바이오매스 합성가스 정제
• 메탄올 공급 정제
• 피셔-트로프쉬 공급 보호
• 수소 함량이 높은 공정 가스 처리

코크스 오븐 가스 및 석탄 가스

코크스 오븐 가스와 석탄 가스에는 H₂S, COS, 타르 흔적, 수분 및 기타 오염 물질이 포함될 수 있습니다. 입자상 물질과 응축성 화합물의 상류 제거는 ZnO 펠릿 기공을 막고 베드 압력 강하를 증가시킬 수 있는 오염물질 제거에 중요합니다.

가스가 적절히 조절되면 산화아연은 ​​화학 합성, 연료 사용 또는 다른 촉매 단계 전에 최종 정제 매체로 사용할 수 있습니다.

석유 정제 및 액체 탄화수소

정제 가스, 경질 탄화수소, 나프타 및 관련 스트림은 개질, 수소화, 중합 또는 기타 촉매 공정 전에 황 제거가 필요할 수 있습니다.

산화아연(ZnO)은 상류 수소탈황 공정에서 생성되는 H₂S를 포집하는 데 사용할 수 있습니다. 조성 및 공정 조건에 따라, 산화황(COS), 황산염(CS₂) 및 기타 단순 황 화합물을 소량 전환하거나 흡수할 수도 있습니다.

바이오가스 및 연료가스

바이오가스에는 부식, 악취를 유발하고 엔진, 연료 전지 또는 개질 장비에 손상을 줄 수 있는 수준의 H₂S가 포함될 수 있습니다.

산화아연(ZnO)은 1차 바이오가스 처리 후 후처리 매체로 사용될 수 있습니다. 상온에 가까운 환경에서 사용하려면 저온 등급의 ZnO를 선택해야 하는데, 이는 일반적인 ZnO 소재가 고온에서 황 이용률이 더 높은 경우가 많기 때문입니다.

온도는 중요합니다

산화아연 베드는 ZnO 함량만으로 선택해서는 안 됩니다. 온도는 반응 속도, 황 흡수율 및 베드 수명에 직접적인 영향을 미칩니다.

서비스 범위	일반적인 고려 사항
0–150°C	정상 또는 저온 작동에 적합한 등급이 필요합니다.
150~300°C	공급 원료 조성에 따라 다양한 가스 정제 작업에 적합합니다.
300~400°C	고온 ZnO 황 보호기의 일반적인 범위
400°C 이상	재료 안정성 및 환원 조건에 대한 보다 면밀한 검토가 필요합니다.

Research shows that high surface area and accessible pore volume can improve sulfur capture. However, very high temperatures may cause pore damage, sintering or ZnO reduction in strongly reducing gas. Above approximately 600°C, elemental zinc formation and volatilisation become a concern. (Source: https://www.mdpi.com/2073-4344/10/5/521)

HONREL 산화아연 탈황제 등급

명예 산화아연 탈황제 이 시리즈는 세 가지 등급으로 구성되어 있습니다.

• HY306-G: 고온 서비스
• HY310-C: 일반 및 저온 서비스
• T305: 표준 고온 서비스

활성 산화아연(ZnO)은 엄선된 성분과 결합하여 연한 노란색 또는 흰색 압출 성형품으로 만들어집니다. 이 제품들은 천연가스, 암모니아, 수소, 석유 정제, 합성가스 및 액체 탄화수소 시스템의 정밀 탈황에 사용됩니다.

제품 사양

재산	단위	HY306-G	HY310-C	티305
모습	—	연한 노란색 또는 흰색 줄무늬	연한 노란색 또는 흰색 줄무늬	연한 노란색 또는 흰색 줄무늬
크기	mm	φ3–5 × 5–15	φ3–5 × 5–10	φ3–5 × 5–15
밀도	kg/L	1.0 ± 0.2	1.0 ± 0.2	1.0 ± 0.1
측면 압축 강도	N/cm	60세 이상	60세 이상	40세 이상
마모율	%	≤5.0	≤5.0	≤6.0
획기적인 유황 처리 용량	중량%	20°C 이상 220°C 이하; 30°C 이상 350°C 이하	10°C 이상 및 30°C	20세 이상
산화아연(ZnO) 및 활성 성분	%	≥95	≥90	ZnO ≥95

적용 가능한 공정 조건

상태	단위	HY306-G	HY310-C	티305
압력	MPa	0–6.0	<8.0	0–6.0
작동 온도	°C	150~450	0~150	150~400
선호 온도	°C	300~400개	프로세스 종속적	300~400개
우주 속도	h⁻¹	1,000~3,000	1,000~3,000	1,000~3,000
출구의 H₂S	ppm	<0.1	<0.1	<0.1
산소 함량	%	<0.5	<0.5	<0.5

유입 H₂S 농도가 낮아짐에 따라 권장 공간 유속을 높일 수 있습니다. 최종 적재 및 운전 조건은 전체 공급 가스 분석 결과를 기준으로 확인해야 합니다.

침대 성능을 좌우하는 요소는 무엇일까요?

유입 황 부하량

황화수소(H₂S) 농도가 높을수록 활성 산화아연(ZnO)의 소모 속도가 빨라집니다. 필요한 흡착제의 양은 유입 황 부하량, 가스 유량 및 필요한 작동 시간에 따라 결정됩니다.

공간 속도

과도한 시간당 가스 유속은 접촉 시간을 감소시켜 파과점을 앞당길 수 있습니다. H₂S 유입량이 적으면 더 높은 유속을 허용할 수 있지만, 전체 물질 수지를 여전히 확인해야 합니다.

펠릿 강도

약한 압출물은 로딩 또는 작동 중에 파손될 수 있습니다. 미분은 압력 강하를 증가시키고, 채널링을 유발하며, 유효 베드 활용도를 감소시킵니다. 따라서 측면 압축 강도와 마모율은 화학적 활성과 함께 중요한 요소입니다.

기공 구조

반응은 펠릿 표면에서 시작됩니다. ZnS가 형성됨에 따라 H₂S는 반응층을 통해 확산되어 펠릿 내부의 사용되지 않은 ZnO에 도달해야 합니다.

기공 접근성이 좋지 않으면 용기 출구에서 황이 검출되더라도 ZnO의 일부가 반응하지 않은 채로 남을 수 있습니다. 따라서 ZnO 함량만 나타내는 것보다 황 투과 용량을 측정하는 것이 더 유용합니다.

물, 이산화탄소 및 산소

수증기, 이산화탄소 및 산소는 반응층의 거동을 변화시킬 수 있습니다. 특히 고농도의 CO₂ 흐름은 특정 조건에서 ZnCO₃ 형성이 활성 ZnO에 대한 접근을 차단할 수 있으므로 특별한 주의가 필요합니다.

HONREL은 이러한 등급에 대해 산소 함량이 0.5% 미만이어야 한다고 규정하고 있습니다. 등급 선택 시 공급 원료의 수분 함량, CO₂ 농도 및 증기-가스 비율도 검토해야 합니다.

상류 오염물질

타르, 오일 미스트, 먼지 및 응축성 탄화수소는 베드를 오염시킬 수 있습니다. 상류 공정에서 효과적인 분리 및 온도 제어는 기공 막힘, 차압 상승 및 조기 황 돌파를 방지하는 데 도움이 됩니다.

적절한 학년 선택하기

유용한 문의에는 가스 이름 외에도 더 많은 정보가 포함되어야 합니다. 정확한 선택을 위해 다음 정보를 제공해 주십시오.

• 완전한 가스 조성
• 유입구 H₂S 농도
• COS, CS₂ 및 메르캅탄 수치
• 필수 배출 황
• 가스 유량
• 작동 압력
• 최저 및 최고 온도
• 이산화탄소, 산소 및 수분 함량
• 사용 가능한 선박 크기
• 목표 운영 주기

HY310-C는 일반 및 저온 환경에 적합하게 설계되었습니다. HY306-G 및 T305는 고온 환경에 적합하며, 권장 작동 온도 범위는 300~400°C입니다. 최종 선택은 황 처리 용량, 흡착층 부피, 기계적 강도, 압력 강하 및 계획된 교체 주기를 종합적으로 고려하여 결정해야 합니다.

마지막으로

산화아연 탈황제는 낮은 유황 잔류량과 안정적인 촉매 보호가 중요한 분야에 널리 사용됩니다. 주요 용도는 천연가스 처리, 수소 생산, 암모니아 합성, 메탄올 원료 정제, 석유 정제, 합성가스 정제 및 액체 탄화수소 정화 등입니다.

최적의 결과를 얻으려면 흡착제를 실제 공정에 맞춰야 합니다. 온도, 황 함량, 공간 속도, 가스 조성 및 펠릿 강도는 모두 흡착층 수명과 배출 품질에 영향을 미칩니다.

HONREL의 전체 제품군을 살펴보세요 산업용 촉매 및 정제 재료 또는 방문하세요 제품 센터 다른 화학 처리 솔루션에 대해서는 문의해 주십시오. 등급 선택, 적재량 또는 작동 조건에 대해 상담하려면 당사에 연락하십시오.