KR20200031819A - 탈취공정과 연계된 고순도 이산탄소 포집 공정 및 장치 - Google Patents

탈취공정과 연계된 고순도 이산탄소 포집 공정 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연소 배연가스 내 존재하는 이산화탄소를 포집하는 과정에서 발생되는 미량 아민을 제거하고, 동시에 고순도 이산화탄소를 포집하는 공정 및 장치에 관한 발명이다.
본 발명은 이산화탄소 포집 공정에서 발생되는 미량아민의 제거 공정을 2단으로 구비함으로써, 미량아민의 제거효율을 향상시킴과 동시에 고순도 이산화탄소를 포집할 수 있는 효과가 있다.

Description

탈취공정과 연계된 고순도 이산탄소 포집 공정 및 장치{PROCESS AND APPARATUS FOR CAPTURING CARBON DIOXIDE RELATED DEODORIZATION PROCESS}
본 발명은 연소 배연가스 내 존재하는 이산화탄소를 포집하는 과정에서 발생되는 미량 아민을 제거하고, 동시에 고순도 이산화탄소를 포집하는 공정 및 장치에 관한 발명이다.
온실가스 중 하나인 이산화탄소는 화석연료를 연소하는 과정 및 화석연료를 이용한 올레핀 생산용 가스화 반응에서 주로 발생할 수 있는 기체로서 지구 온난화의 주범이 되고 있다. 이 때문에 이산화탄소 포집 및 저장기술은 환경보호차원에서 주목받고 있으며, 화석연료가 주목받는 시대에 현실적인 대안으로서 활용되고 있다.
이산화탄소 포집공정에서는 이산화탄소가 물에 용해된 상태인 바이카보네이트 이온과 화학적 결합력이 우수하여 흡수제거가 유리하며, 경제적으로 유리한 아민 화합물이 포함된 수용액을 주로 사용한다. 사용하는 공정은 주로 액상 흡수법으로 흡수탑과 흡수액을 재생하는 재생탑으로 이루어져 있다. 흡수탑에서는 이산화탄소가 90 % 이상 제거된 연소 배연가스와 반응 온도에서 휘발된 아민이 포함된 가스가 배출되고, 탈거탑에서는 99.9 % 이상의 이산화탄소에 자연휘발된 아민이 포함되어 있다. 이러한 수십 ppm의 아민으로 인해 다양한 문제가 야기될 수 있다. 가장 먼저 아민으로 인해 악취가 발생할 수 있고, 흡수탑 상단에서 배출되는 가스 중 아민에 의해 연소 배연가스 중 산화질소와 반응한 일급발암물질 니트로스아민이 배출될 경우 인체에 유해하다. 재생탑에서 배출되는 고순도 이산화탄소를 후단 반응에 화학적 전환, 생물학적 전환, 직접 사용, 압축 저장할 때 미량의 아민은 불순물을 작용하기에 이산화탄소 고순도화 방안이 필요하다.
현재 사용되고 있는 방법은 단순히 활성탄 흡착제만을 사용하는 것으로, 시중의 흡착제를 흡착률이 떨어질 뿐만 아니라 흡착제 자제도 향후 폐기되는 과정이 환경에 유해하여 대량의 일회성 사용으로 어려운 점이 존재한다.
대한민국 공개특허공보 제10-2016-0113391호
본 발명은 이산화탄소 포집 공정의 탈거탑에서 발생되는 미량아민을 제거하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 이산화탄소 포집 공정에서의 아민 제거 공정을 2 공정으로 분리하여, 흡착제에 따른 아민 제거효율을 높이면서 동시에 흡착제의 수명을 향상시키는 것을 본 발명의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 아민 제거 시 발생되는 아민이 포함된 냉각수를 별도로 회수한 후, 이산화탄소 포집 공정 전체에 재이용함과 동시에 이산화탄소 포집 공정에서의 아민 손실을 보완함을 본 발명의 목적으로 한다.
본 발명은 (a) 연소 배가스를 수세탑에서 세정하는 단계; (b) 상기 세정된 연소 배가스를 흡수탑에서 흡수제와의 접촉을 통하여 상기 연소 배가스로부터 이산화탄소(CO2) 기체를 분리하는 단계; (c) 상기 이산화탄소(CO2) 기체가 포함된 흡수제로부터 이산화탄소(CO2) 기체를 분리시키는 단계; 및 (d) 상기 흡수제로부터 분리된 이산화탄소(CO2) 기체 내 아민을 냉각수를 이용하여 아민을 1차 제거하고, 아민이 포함된 냉각수를 회수하여 상기 흡수탑으로 공급하는 단계; 및 (e) 상기 아민을 1차 제거한 이산화탄소(CO2) 기체를 수세 흡착공정을 통하여 아민을 2차 제거하는 단계를 포함하는 탈취공정과 연계된 고순도 이산화탄소(CO2) 포집 공정을 제공하는 것을 본 발명의 일 측면으로 한다.
상기 (b) 단계의 상기 흡수제는 액상의 흡수제일 수 있다.
상기 (c) 단계는 이산화탄소(CO2) 기체와 분리된 흡수제를 회수한 후 상기 (b) 단계의 흡수제로 재이용할 수 있다.
상기 (d) 단계로부터 회수된 아민을 포함하는 냉각수를 냉각수 저장부에 저장할 수 있으며, 상기 냉각수 저장부에 저장된 냉각수를 상기 (b) 단계의 흡수탑에 공급할 수 있다.
또한, 본 발명은 연소 배가스를 수세공정하는 수세탑; 상기 수세탑 후단에 배치되고, 상기 연소 배가스 내 이산화탄소(CO2)와 흡착을 통하여 상기 연소 배가스로부터 이산화탄소(CO2)를 분리시키는 흡수제를 상부로부터 공급하는 흡수탑; 상기 흡수탑 후단에 배치되고, 상분리를 통하여 이산화탄소(CO2)가 흡착된 흡수제로부터 이산화탄소(CO2)와 흡수제를 분리시키는 재생탑; 상기 재생탑 후단에 배치되고, 상기 재생탑에서 분리된 이산화탄소(CO2) 기체 중 아민을 제거하는 냉각수가 공급되는 수세 탈취탑; 상기 수세 탈취탑 후단에 배치되고, 상기 수세 탈취탑으로부터 공급받은 이산화탄소(CO2) 기체 중 아민을 제거하는 흡착제를 구비하는 수세 흡착탑; 및 상기 수세 탈취탑으로부터 아민이 포함된 냉각수를 회수하여 저장하고, 상기 흡수탑에 냉각수를 공급하는 냉각수 저장부를 포함하는 탈취공정과 연계된 고순도 이산화탄소(CO2) 포집 장치를 제공하는 것을 본 발명의 다른 측면으로 한다.
본 발명의 탈취공정과 연계된 고순도 이산화탄소(CO2) 포집 장치는 상기 흡수탑과 상기 재생탑 사이에 배치되며, 상기 흡수탑에서 이산화탄소(CO2)와 흡착된 흡수제에 열을 공급하는 열교환기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 탈취공정과 연계된 고순도 이산화탄소(CO2) 포집 장치는 상기 재생탑에서 재생된 흡수제를 회수한 후, 재생된 흡수제에 열을 공급하는 재가열기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 탈취공정과 연계된 고순도 이산화탄소(CO2) 포집 장치는 상기 재생탑과 상기 수세 탈취탑 사이에 배치되며, 상기 재생탑으로부터 분리된 이산화탄소(CO2) 기체 중의 수분을 제거하는 환류탑을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 이산화탄소 포집 공정에서 발생되는 미량아민의 제거 공정을 2단으로 구비함으로써, 미량아민의 제거효율을 향상시킴과 동시에 고순도 이산화탄소를 포집할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 흡착제에 따른 아민 제거공정에 앞서 수세 공정을 통한 아민을 제거함으로써, 흡착제의 수명을 연장시키고 동시에 흡착제에 따른 아민제거 효율을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 아민 제거 시 발생되는 아민이 포함된 냉각수를 별도로 회수한 후, 이산화탄소 포집 공정 전체에 재이용함과 동시에 이산화탄소 포집 공정에서의 아민 손실을 보완하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 탈취공정과 연계된 고순도 이산화탄소(CO2) 포집 공정도 및 장치의 구성도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 탈취공정과 연계된 고순도 이산화탄소(CO2) 포집 공정은 (a) 연소 배가스를 수세탑(110)에서 세정하는 단계; (b) 상기 세정된 연소 배가스를 흡수탑(120)에서 흡수제와의 흡착을 통하여 상기 연소 배가스로부터 이산화탄소(CO2) 기체를 분리하는 단계; (c) 상기 이산화탄소(CO2) 기체와 흡착된 흡수제로부터 이산화탄소(CO2) 기체를 분리시키는 단계; (d) 상기 흡수제로부터 분리된 이산화탄소(CO2) 기체 내 아민을 냉각수를 이용하여 아민을 1차 제거하고, 아민이 포함된 냉각수를 회수하여 상기 흡수탑으로 공급하는 단계; 및 (e) 상기 아민을 1차 제거한 이산화탄소(CO2) 기체를 수세 흡착공정을 통하여 아민을 2차 제거하는 단계를 포함한다.
상기 (a) 단계는 이산화탄소(CO2)를 포함하는 연소 배가스를 수세탑(110)에서 세정하는 단계로서, 수세탑(110) 상부에서 수세용액을 공급하여 수세용액이 수세탑(110) 하부로 흐르도록 공급하며, 연소 배가스를 수세탑(110) 하부로부터 공급하여 수세탑(110) 상부로 흐르도록 공급하며, 상기 수세용액과 상기 연소 배가스의 접촉을 통하여 세정공정을 수행한다. 세정공정이 완료된 이산화탄소(CO2)를 포함하는 연소 배가스는 수세탑(110)에서 배출되어 흡수탑(120)으로 공급된다. 수세탑(110)으로 공급되는 연소 배가스의 온도는 80 ℃일 수 있으며, 수세탑(110)에서 세정공정 후 수세탑(110)에서 배출되는 연소 배가스의 온도는 40 ℃일 수 있다.
상기 수세용액은 물 또는 산성용액이거나, 물 및 산성용액의 혼합액일 수 있으며, 상기 산성용액의 pH는 2 내지 6이며, 상기 산성용액은 황산 또는 염산 용액일 수 있다.
상기 (b) 단계는 이산화탄소(CO2)를 포함하는 연소 배가스로부터 이산화탄소(CO2)를 분리하는 단계로서, 연소 배가스 내 존재하는 이산화탄소(CO2)를 제거하기 위하여 흡수탑(120) 상부에서 흡수제를 공급한다. 이때, 상기 흡수제는 액상의 흡수제일 수 있으며, 상기 액상의 흡수제 온도는 40 ℃일 수 있다. 흡수제는 하부로부터 공급되는 연소배가스와 접촉함으로써 연소 배가스 내 포함된 이산화탄소(CO2)를 용해시켜 연소 배가스로부터 이산화탄소(CO2)를 제거한다. 연소 배가스로부터 분리된 이산화탄소(CO2)는 흡수제에 용해되어 흡수제와 함께 흡수탑(120)의 하부를 통하여 외부로 배출되며, 이산화탄소(CO2)가 제거된 연소 배가스는 흡수탑(120) 상부를 통하여 외부로 배출된다.
상기 (b) 단계에서의 흡수탑(120)은 Steel packed 형태일 수 있으며, 흡수탑 내 상부에 데미스터(demister)를 구비할 수 있다. 상기 데미스터(demister)는 수세탑(110)으로부터 공급된 연소 배가스의 흐름(flow)을 방해하여, 흡수제와의 접촉밀도를 향상시킨다.
상기 (b) 단계에서의 흡수제는 연소 배가스 내 이산화탄소(CO2)를 용해하여 흡수탑(120) 하부를 통하여 배출되며, 배출되는 이산화탄소(CO2)가 용해된 흡수제의 온도는 40 ℃이다. 이산화탄소(CO2)가 용해된 흡수제는 펌프(181)을 통하여 재생탑(130)에 공급되며, 제1 열교환기(191)에서의 열교환 과정을 수행한 후, 재생탑(130)에 공급될 수 있다. 제1 열교환기(191)는 흡수탑(120)에서 배출되는 이산화탄소(CO2)가 용해된 흡수제에 열을 공급하는 것으로, 열을 공급함으로써 이산화탄소(CO2)와 흡수제를 분리시킬 수 있다. 흡수제는 액상의 흡수제이므로, 액상에 용해된 이산화탄소(CO2)는 열의 공급에 따른 온도상승으로 기체로 분리된다. 분리된 이산화탄소(CO2) 기체와 흡수제는 재생탑(130)으로 공급되며, 재생탑(130)에 흡수제만을 분리 및 회수된다.
제1 열교환기(191)를 통하여 열을 공급받은 이산화탄소(CO2) 기체와 흡수제의 온도는 90 ℃이상인 것이 바람직하다. 제1 열교환기(191)를 통하여 이산화탄소와 흡착된 흡수제의 열교환은 후술할 재생탑(130)에서 재생되는 흡수제와의 열교환을 통하여 이루어지는 것이며, 재생탑(130)에서 재생된 흡수제는 재가열기(141)에 의하여 100 ℃의 온도를 가지는 것일 수 있다.
상기 (c) 단계는 재생탑(130)에서 이루어지며, 흡수탑(120)에 이용된 흡수제를 재이용하기 위하여 이산화탄소(CO2) 기체와 흡수제를 분리하는 단계이다.
상기 (c) 단계는 재생탑(130)은 제1 열교환기(191)를 통하여 분리된 이산화탄소(CO2) 기체와 흡수제를, 이산화탄소(CO2) 기체를 재생탑(130) 상부를 통하여 배출하며, 흡수제를 재생탑(130) 하부로 배출하여 흡수제를 회수할 수 있다.
재생탑(130)으로부터 회수된 흡수제는 재가열기(131)를 통하여 100 ℃의 온도로 상승 후, 상기 (b) 단계에서의 흡수탑(120)으로 공급될 수 있다. 재가열기(131)는 스팀에 의하여 재생탑(131)으로부터 회수된 흡수제에 열을 공급하며, 상기 스팀은 150 ℃이상의 온도를 구비하는 것이 바람직하다.
재가열기(131)에 의하여 온도가 상승한 흡수제는 펌프(182)에 의하여 제1 열교환기(191)에 공급되고, 제1 열교환기(131)에서 흡수탑(120)에서 배출된 이산화탄소(CO2)가 흡착된 흡수제와의 열교환을 통해 60 ℃의 온도로 제1 열교환기(191)로부터 배출될 수 있으며, 이후 제2 열교환기(192)에서 냉각수와의 열교환을 통해 40 ℃의 온도로 흡수탑(120)에 공급될 수 있다. 연소 배가스 내 이산화탄소(CO2)의 용해를 위하여 40 ℃로 공급되는 것이 바람직하다.
상기 (c) 단계에서 흡수제로부터 분리된 이산화탄소(CO2)는 기체 형태로 환류탑(140)을 거쳐 수세 탈취탑(150)으로 공급되며, 이후 탈취 공정을 수행한다. 환류탑(140) 전단에 응축기(193)가 구비되어, 흡수제로부터 분리된 이산화탄소(CO2) 기체와 냉각수를 접촉시켜 이산화탄소(CO2) 기체 내 존재하는 수증기를 물로 변환시켜 환류탑(140)에서 응축된 물을 분리시킨다. 응축기(193)을 통해 응축된 물을 환류탑(140)에서 분리시킨 후, 이산화탄소(CO2) 기체를 수세 탈취탑(150)으로 공급되며, 분리된 물은 펌프(183)를 통하여 재생탑(183)에 재이용될 수 있다.
상기 (d) 단계는 수세 탈취탑(150)에서 냉각수를 이산화탄소(CO2) 기체와 접촉시켜 이산화탄소(CO2) 기체 내 존재하는 아민이 냉각수에 용해됨으로써, 이산화탄소(CO2) 기체 내 아민을 제거한다. 아민을 포함하는 냉각수는 별도의 냉각수 저장탱크(170)로 회수되어 냉각수 저장탱크(170)에 저장되며, 냉각수 저장탱크(170)에 저장된 냉각수는 펌프(184)에 의하여 상기 (b) 단계의 흡수탑(120)으로 공급되며, 흡수탑(120)에서의 연소 배가스 내 이산화탄소(CO2)를 분리시키는 공정에 이용할 수 있다.
상기 (d) 단계에서의 수세 탈취탑(150)은 상부에 데미스터(demister)를 구비할 수 있으며, 수세 탈취탑(150) 상부에서 냉각수를 공급하여 수세 탈취탑(150) 하부로 아민을 흡수한 냉각수를 배출한다.
상기 (d) 단계에서의 이산화탄소(CO2) 기체 중 아민을 1차적으로 제거함으로써, 수세 탈취탑(150) 후단에 설치되는 수세 흡착탑(160) 내 흡착제 성능 저하를 방지할 수 있으며, 상기 수세 탈취탑(150)에서의 아민 1차 제거 공정을 통하여 이산화탄소(CO2) 내 존재하는 아민의 농도를 20 ppm 이하로 낮출 수 있다.
한편, 상기 (d) 단계의 수세 탈취 공정을 수행하지 않고, 수세 흡착탑(160)의 흡착제를 이용하여 아민을 제거하는 경우, 높은 농도의 아민이 흡착제에 연속 흡착되어 흡착 포화 현상이 발생하게 되며, 이는 함께 유입되는 수증기와 반응하여 고체 아민염을 발생시킬 수 있다. 고체 아민염은 흡착제의 작용을 저해하여 아민 제저 효과 성능을 저하시킨다. 따라서, 수세 탈취탑(150)에서의 수세 탈취 공정으로 인하여 수세 흡착탑(160)에서의 흡착제의 수명을 증대함과 동시에 아민의 제거 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 (e) 단계는 수세 탈취탑(150)에서 아민은 1차 제거한 이산화탄소(CO2)를 흡착제가 충진된 수세 흡착탑(160)으로 공급되며, 흡착제와의 접촉을 통하여 아민을 2차 제거함으로써, 고순도 이산화탄소(CO2)를 포집할 수 있다. 상기 흡착제는 아민을 제거할 수 있는 분자작용기를 포함하는 것으로, 제올라이트, 활성탄 실리카, 알루미나, 분자체탄소, 실리카라이트 및 활성알루미나로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 조합일 수 있으며, 상기 활성탄은 K, Na를 포함할 수 있다. 수세 흡착탑(160)을 통하여 포집된 고순도 이산화탄소(CO2) 기체 중의 아민 농도는 2 ppm 이하일 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 탈취공정과 연계된 고순도 이산화탄소(CO2) 포집 장치는 연소 배가스를 수세공정하는 수세탑(110); 수세탑(110) 후단에 배치되고, 상기 연소 배가스 내 이산화탄소(CO2)를 용해시켜 상기 연소 배가스로부터 이산화탄소(CO2)를 분리시키는 흡수제를 상부로부터 공급하는 흡수탑(120); 흡수탑(120) 후단에 배치되고, 이산화탄소(CO2)가 용해된 흡수제로부터 이산화탄소(CO2) 기체와 흡수제를 분리시키는 재생탑(130); 재생탑(130) 후단에 배치되고, 재생탑(130)에서 분리된 이산화탄소(CO2) 기체 중 아민을 제거하는 냉각수가 공급되는 수세 탈취탑(150); 수세 탈취탑(150) 후단에 배치되고, 수세 탈취탑(150)으로부터 공급받은 이산화탄소(CO2) 기체 중 아민을 제거하는 흡착제를 구비하는 수세 흡착탑(160); 및 수세 탈취탑(160)으로부터 아민이 포함된 냉각수를 회수하여 저장하고, 흡수탑(120)에 냉각수를 공급하는 냉각수 저장부(170)를 포함한다.
본 발명의 일 형태에 따른 탈취공정과 연계된 고순도 이산화탄소(CO2) 포집 장치를 이루는 각각의 구성은, 관(pipe)을 통하여 서로 물리적으로 연결될 수 있으며, 상기 관(pipe)을 통하여 연소 배가스, 이산화탄소(CO2) 기체 등의 유체를 각각 구성으로 이송시킬 수 이다.
수세탑(110)은 이산화탄소(CO2)와 아민 등의 불순물 등을 포함하는 연소 배가스를 세정 공정을 수행하며, 수세세정 공정 후, 연소 배가스를 흡수탑(120)으로 공급한다. 수세탑(110) 상부에서 수세용액을 공급하여 수세용액이 수세탑(110) 하부로 흐르도록 공급하며, 연소 배가스를 수세탑(110) 하부로부터 공급하여 수세탑(110) 상부로 흐르도록 공급하며, 상기 수세용액과 상기 연소 배가스의 접촉을 통하여 세정공정을 수행한다. 세정공정이 완료된 이산화탄소(CO2)를 포함하는 연소 배가스는 관을 통하여 수세탑(110)에서 흡수탑(120)으로 공급된다. 수세탑(110)으로 공급되는 연소 배가스의 온도는 80 ℃일 수 있으며, 수세탑(110)에서 세정공정 후 수세탑(110)에서 배출되는 연소 배가스의 온도는 40 ℃일 수 있다.
수세탑(110)에서의 수세용액은 물 또는 산성용액이거나, 물 및 산성용액의 혼합액일 수 있으며, 상기 산성용액의 pH는 2 내지 6이며, 상기 산성용액은 황산 또는 염산 용액일 수 있다.
흡수탑(120)은 흡수제를 이용하여 이산화탄소(CO2)를 포함하는 연소 배가스로부터 이산화탄소(CO2)를 분리한다. 이때, 흡수제는 액상의 흡수제일 수 있으며, 상기 액상의 흡수제 온도는 40 ℃일 수 있다. 흡수제는 흡수탑(120) 상부로부터 공급되며, 흡수제는 하부로부터 공급되는 연소배가스와 접촉하여 연소 배가스 내 포함된 이산화탄소(CO2)를 용해시켜 연소 배가스로부터 이산화탄소(CO2)를 제거한다. 연소 배가스로부터 분리된 이산화탄소(CO2)는 흡수제에 용해되어 흡수제와 함께 흡수탑(120)의 하부를 통하여 외부로 배출되며, 이산화탄소(CO2)가 제거된 연소 배가스는 흡수탑(120) 상부를 통하여 외부로 배출된다.
흡수탑(120)은 Steel packed 형태일 수 있으며, 흡수탑 내 상부에 데미스터(demister)를 구비할 수 있다. 상기 데미스터(demister)는 수세탑(110)으로부터 공급된 연소 배가스의 흐름(flow)을 방해하여, 흡수제와의 접촉빈도를 향상시킨다.
흡수탑(120)은 연소 배가스 내 이산화탄소(CO2)가 용해된 흡수제를 흡수탑(120) 하부를 통하여 배출하며, 배출되는 이산화탄소(CO2)가 용해된 흡수제의 온도는 40 ℃이다.
흡수탑(120)과 재생탑(130)은 관(pipe)으로 연결되며, 흡수탑(120)과 재생탑(130) 사이에 펌프(181)와 제1 열교환기(191)를 구비할 수 있다. 상기 관(pipe)은 흡수탑(120)에서 배출된 이산화탄소(CO2)와 흡착된 흡수제는 재생탑(130)에 공급하며, 펌프(181)에 의하여 재생탑(130)으로의 공급을 원활히 한다.
제1 열교환기(191)는 흡수탑(120)과 재생탑(130) 사이에 배치되며, 보다 상세하게는 흡수탑(120), 펌프(181), 제1 열교환기(191) 및 재생탑(130)의 순서로 배치되고, 이들은 관(pipe)을 통하여 물리적으로 연결될 수 있다.
제1 열교환기(191)는 흡수탑(120)에서 배출되는 이산화탄소(CO2)가 용해된 흡수제에 열을 공급하는 것으로, 열을 공급함으로써 이산화탄소(CO2)와 흡수제를 분리시킬 수 있다. 흡수제는 액상의 흡수제이므로, 액상에 용해된 이산화탄소(CO2)는 열의 공급에 따른 온도상승으로 기체로 분리된다. 분리된 이산화탄소(CO2) 기체와 흡수제는 재생탑(130)으로 공급되며, 재생탑(130)에 흡수제만을 분리 및 회수된다.
제1 열교환기(191)를 통하여 열을 공급받은 이산화탄소(CO2)와 흡착된 흡수제의 온도는 90 ℃이상인 것이 바람직하다. 제1 열교환기(191)를 통하여 이산화탄소와 흡착된 흡수제의 열교환은 후술할 재생탑(130)에서 재생되는 흡수제와의 열교환을 통하여 이루어지는 것이며, 재생탑(130)에서 재생된 흡수제는 재가열기(141)에 의하여 100 ℃의 온도를 가지는 것일 수 있다.
재생탑(130)은 흡수탑(120)에서 이산화탄소(CO2)가 용해된 흡수제를 재이용하기 위하여 이산화탄소(CO2) 기체와 흡수제를 분리한다. 흡수제와 분리된 이산화탄소(CO2)는 기체 형태로서 재생탑(130) 상부를 통해 배출되며, 배출되는 이산화탄소(CO2) 기체는 관을 통하여 수세 탈취탑(150)으로 공급될 수 있다.
재생탑(130)의 이산화탄소(CO2) 기체와 흡수제의 분리효율을 향상시키기 위하여, Steel packed 형태일 수 있으며, 재생탑(130) 내 상부에 데미스터(demister)를 구비할 수 있다. 상기 데미스터(demister)는 이산화탄소(CO2) 기체의 흐름(flow)을 방해하여 흡수제의 분리효율을 향상시킨다.
본 발명의 탈취공정과 연계된 고순도 이산화탄소(CO2) 포집 장치는 재생탑(130)에서 재생된 흡수제를 회수한 후, 재생된 흡수제에 열을 공급하는 재가열기(131)를 더 포함할 수 있다. 재가열기(131)에서 열을 공급받은 흡수제는 흡수탑(120)으로 이송되며, 흡수탑(120)에서 재이용될 수 있다.
재가열기(131)는 재생탑(130)과 관(pipe)을 통하여 물리적으로 서로 연결되며, 재생탑(130)으로부터 회수된 흡수제를 스팀에 의하여 흡수제의 온도를 상승시키며, 재가열기(131)를 통하여 배출되는 흡수제의 온도는 100 ℃일 수 있다. 재가열기(131)에서의 스팀은 150 ℃의 온도로 공급되며, 재생탑(130)으로부터 회수된 흡수제와의 열교환을 통하여 흡수제의 온도를 100 ℃이상으로 상승시킨다.
재가열기(131)는 관(pipe)을 통하여 제1 열교환기(191)와 물리적으로 연결될 수 있으며, 재가열기(131)와 제1 열교환기(191) 사이에 펌프(182)가 배치될 수 있다. 재가열기(131)에서 배출되는 흡수제는 제1 열교환기(191)에서 흡수탑에서 배출된 이산화탄소(CO2)와 흡착된 흡수제와의 열교환을 수행하며, 열교환 후 관(pipe)을 통하여 제2 열교환기(192)에서의 열교환을 수행 후, 흡수탑(120)으로 공급될 수 있다. 제2 열교환기(192)를 통하여 흡수탑(120)으로 공급되는 흡수제는 40 ℃의 온도로 공급되는 것이 바람직하다.
본 발명의 탈취공정과 연계된 고순도 이산화탄소(CO2) 포집 장치는 재생탑(130)과 수세 탈취탑(140) 사이에 배치되며, 재생탑(130)으로부터 분리된 이산화탄소(CO2) 기체 중의 수분을 제거하는 환류탑(140)을 더 포함할 수 있다.
재생탑(130)에서 흡수제로부터 분리된 이산화탄소(CO2)는 기체 형태로 환류탑(140)을 거쳐 수세 탈취탑(150)으로 공급된다. 재생탑(130)과 환류탑(140) 사이에 응축기(193)가 구비될 수 있으며, 응추기(193) 흡수제로부터 분리된 이산화탄소(CO2) 기체와 냉각수를 접촉시켜 이산화탄소(CO2) 기체 내 존재하는 수증기를 물로 변환시킨다.
환류탑(140)은 응축기(193)에서 응축된 물과 이산화탄소(CO2) 기체를 분리시킨 후, 이산화탄소(CO2) 기체를 수세 탈취탑(150)으로 공급한다. 환류탑(140)과 재생탑(130)은 관(pipe)을 통하여 물리적으로 연결되며, 환류탑(140)과 재생탑(130) 사이에 펌프(183)가 구비되며, 이산화탄소(CO2) 기체와 분리된 물은 펌프(183)를 통하여 재생탑(130)으로 공급한다.
수세 탈취탑(150)은 재생탑(130)과 환류탑(140)을 통하여 분리된 이산화탄소(CO2) 기체와 냉각수를 접촉시킨다. 수세 탑취탑(150)에서는 이산화탄소(CO2) 기체 내 존재하는 아민이 냉각수에 용해됨으로써, 이산화탄소(CO2) 기체 내 아민을 제거한다. 아민을 포함하는 냉각수는 별도의 냉각수 저장탱크(170)로 회수되어 냉각수 저장탱크(170)에 저장 및 보관되며, 냉각수 저장탱크(170)에 저장된 냉각수는 펌프(184)에 의하여 흡수탑(120)으로 공급되며, 흡수탑(120)에서의 연소 배가스 내 이산화탄소(CO2)를 분리시키는 공정에 이용할 수 있다.
수세 탈취탑(150)은 상부에 데미스터(demister)를 구비할 수 있으며, 수세 탈취탑(150) 상부에서 냉각수를 공급하여 수세 탈취탑(150) 하부로 아민을 흡수한 냉각수를 배출한다.
수세 탈취탑(150)에서 이산화탄소(CO2) 기체 중 아민을 제거함으로써, 후단에 설치되는 수세 흡착탑(160) 내 흡착제 성능 저하를 방지할 수 있으며, 수세 탈취탑(150)에서의 아민 1차 제거 공정을 통하여 이산화탄소(CO2) 내 존재하는 아민의 농도를 20 ppm 이하로 낮출 수 있다.
수세 탈취탑(150)에서의 수세 탈취 공정을 통한 아민을 1차적으로 제거하지 않고, 수세 흡착탑(160)의 흡착제를 이용하여 재생탑(130) 및 환류탑(140)으로부터 제공되는 이산화탄소(CO2) 기체 중의 아민을 제거하는 경우, 높은 농도의 아민이 흡착제에 연속 흡착되어 흡착 포화 현상이 발생하게 되며, 이는 함께 유입되는 수증기와 반응하여 고체 아민염을 발생시킬 수 있다. 고체 아민염은 흡착제의 작용을 저해하여 아민 제저 효과 성능을 저하시킨다. 따라서, 수세 탈취탑(150)에서의 수세 탈취 공정으로 인하여 수세 흡착탑(160)에서의 흡착제의 수명을 증대함과 동시에 아민의 제거 효율을 향상시킬 수 있다.
수세 흡착탑(160)은 수세 탈취탑(150)과 물리적으로 연결된 관(pipe)을 통하여 수세 탈취탑(150)에서 아민이 1차적으로 제거된 이산화탄소(CO2) 기체를 공급받는다. 수세 흡착탑(160)은 아민 흡착율이 높은 흡착제가 충진되어 있으며, 상기 흡착제는 아민을 제거할 수 있는 분자작용기를 포함하는 것으로, 제올라이트, 활성탄 실리카, 알루미나, 분자체탄소, 실리카라이트 및 활성알루미나로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 조합일 수 있으며, 상기 활성탄은 K, Na를 포함할 수 있다.
수세 흡착탑(160)은 내부에 충진된 흡착제를 통하여 수세 탈취탑(150)으로부터 공급받은 이산화탄소(CO2) 기체 내 아민을 2차 제거한 후, 고순도 이산화탄소(CO2)를 포집할 수 있다. 수세 흡착탑(160)을 통하여 포집된 고순도 이산화탄소(CO2) 기체 중의 아민 농도는 2 ppm 이하일 수 있다.
이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. (a) 연소 배가스를 수세탑에서 세정하는 단계;
    (b) 상기 세정된 연소 배가스를 흡수탑에서 흡수제와의 접촉을 통하여 상기 연소 배가스로부터 이산화탄소(CO2) 기체를 분리하는 단계;
    (c) 상기 이산화탄소(CO2) 기체가 포함된 흡수제로부터 이산화탄소(CO2) 기체를 분리시키는 단계; 및
    (d) 상기 흡수제로부터 분리된 이산화탄소(CO2) 기체 내 아민을 냉각수를 이용하여 아민을 1차 제거하고, 아민이 포함된 냉각수를 회수하여 상기 흡수탑으로 공급하는 단계; 및
    (e) 상기 아민을 1차 제거한 이산화탄소(CO2) 기체를 수세 흡착공정을 통하여 아민을 2차 제거하는 단계를 포함하는 탈취공정과 연계된 고순도 이산화탄소(CO2) 포집 공정.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계의 상기 흡수제는 액상의 흡수제인 것을 특징으로 하는 탈취공정과 연계된 고순도 이산화탄소(CO2) 포집 공정.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 이산화탄소(CO2) 기체와 분리된 흡수제를 회수한 후 상기 (b) 단계의 흡수제로 재이용하는 것을 특징으로 하는 탈취공정과 연계된 고순도 이산화탄소(CO2) 포집 공정.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d) 단계로부터 회수된 아민을 포함하는 냉각수를 냉각수 저장부에 저장하는 것을 특징으로 하는 탈취공정과 연계된 고순도 이산화탄소(CO2) 포집 공정.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉각수 저장부에 저장된 냉각수를 상기 (b) 단계의 흡수탑에 공급하는 것을 특징으로 하는 탈취공정과 연계된 고순도 이산화탄소(CO2) 포집 공정.
  6. 연소 배가스를 수세공정하는 수세탑;
    상기 수세탑 후단에 배치되고, 상기 연소 배가스 내 이산화탄소(CO2)와 흡착을 통하여 상기 연소 배가스로부터 이산화탄소(CO2)를 분리시키는 흡수제를 상부로부터 공급하는 흡수탑;
    상기 흡수탑 후단에 배치되고, 상분리를 통하여 이산화탄소(CO2)가 흡착된 흡수제로부터 이산화탄소(CO2)와 흡수제를 분리시키는 재생탑;
    상기 재생탑 후단에 배치되고, 상기 재생탑에서 분리된 이산화탄소(CO2) 기체 중 아민을 제거하는 냉각수가 공급되는 수세 탈취탑;
    상기 수세 탈취탑 후단에 배치되고, 상기 수세 탈취탑으로부터 공급받은 이산화탄소(CO2) 기체 중 아민을 제거하는 흡착제를 구비하는 수세 흡착탑; 및
    상기 수세 탈취탑으로부터 아민이 포함된 냉각수를 회수하여 저장하고, 상기 흡수탑에 냉각수를 공급하는 냉각수 저장부를 포함하는 탈취공정과 연계된 고순도 이산화탄소(CO2) 포집 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 흡수탑과 상기 재생탑 사이에 배치되며,
    상기 흡수탑에서 이산화탄소(CO2)와 흡착된 흡수제에 열을 공급하는 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탈취공정과 연계된 고순도 이산화탄소(CO2) 포집 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 재생탑에서 재생된 흡수제를 회수한 후, 재생된 흡수제에 열을 공급하는 재가열기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탈취공정과 연계된 고순도 이산화탄소(CO2) 포집 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 재생탑과 상기 수세 탈취탑 사이에 배치되며, 상기 재생탑으로부터 분리된 이산화탄소(CO2) 기체 중의 수분을 제거하는 환류탑을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탈취공정과 연계된 고순도 이산화탄소(CO2) 포집 장치.
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Patent event date: 20201022

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Patent event date: 20200309

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Patent event date: 20191118

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Patent event code: PE06011S01I

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AMND Amendment
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Patent event date: 20201022

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Comment text: Amendment to Specification, etc.

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Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX07012R01I

Patent event date: 20201022

Comment text: Decision to Refuse Application

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Patent event date: 20200514

Comment text: Amendment to Specification, etc.

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Comment text: Amendment to Specification, etc.

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