KR100993689B1 - Method for separating and recovering carbon dioxide - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학 흡수법을 이용하여 생산공정에서 배출되는 이산화탄소를 회수하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for recovering carbon dioxide emitted in the production process using a chemical absorption method.

본 발명은 이산화탄소 흡수된 흡수용액을 재생탑에서 재생시키기 전에 예열하는 과정에서 분리되는 이산화탄소와 산소를 재생탑 상단부에서 고온으로 배출되는 분리기체와 혼합하지 않고 별도로 분리 회수함으로써, 고온에서의 흡수용액의 산화 분해에 따른 이산화탄소 흡수능 저하를 감소시킬 수 있는 한편, 별도로 분리 회수하기 위해 냉각하는 과정에서 응축된 흡수용액을 재생탑에서 고온으로 재생된 흡수용액과 열교환시킴으로써, 응축된 흡수용액의 온도를 높이고 재생된 흡수용액의 온도를 낮추어 에너지 효율을 개선시킬 수 있는 등 이와 같이 산소에 의한 이산화탄소 흡수제의 이산화탄소 흡수능 저하를 감소시킴으로써, 전체 이산화탄소 흡수제 소비량을 절감시키는 한편, 배기가스 내의 이산화탄소를 비용 절감적으로, 에너지 효율적으로, 또한 보다 친환경적으로 분리 회수할 수 있는 이산화탄소의 분리 회수 방법을 제공한다. The present invention separates and recovers carbon dioxide and oxygen separated in the preheating process before the carbon dioxide absorbed absorption solution is regenerated in a regeneration tower without mixing with a separator gas discharged at a high temperature from the upper part of the regeneration tower. While it is possible to reduce the deterioration of carbon dioxide absorption due to oxidative decomposition, by heat-exchanging the absorbed solution condensed in the cooling process for separate recovery and recovery with the absorbed solution regenerated at a high temperature in the regeneration tower, the temperature of the condensed absorbent solution is increased and regenerated. By reducing the temperature of the absorbent solution, energy efficiency can be improved by reducing the carbon dioxide absorption capacity of the carbon dioxide absorbent by oxygen, thereby reducing the total carbon dioxide absorbent consumption and reducing the cost of carbon dioxide in the exhaust gas. efficiently, In addition, it provides a separate recovery method of carbon dioxide that can be separated and recovered more environmentally friendly.

이산화탄소, 분리, 회수, 아민계 흡수제, 흡수탑, 재생탑  Carbon dioxide, separation, recovery, amine absorbent, absorption tower, regeneration tower

Description

이산화탄소의 분리 회수 방법{Method for separating and recovering carbon dioxide}Method for separating and recovering carbon dioxide

본 발명은 이산화탄소의 분리 회수 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화학 흡수법을 이용하여 배기가스 내에 이산화탄소와 산소가 함께 존재할 때 이산화탄소를 회수하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for separating and recovering carbon dioxide, and more particularly, to a method for recovering carbon dioxide when carbon dioxide and oxygen are present in exhaust gas by using a chemical absorption method.

최근 지구 온난화 현상에 대한 심각성이 인식되기 시작하면서 세계 각국은 온실 가스에 대한 대책 마련에 부심하고 있다.With the recent recognition of the seriousness of global warming, countries around the world are struggling to come up with measures for greenhouse gases.

특히, 이러한 온난화에 대한 이산화탄소의 기여도는 50%로 다른 온난화 기체들에 비해서 지구 온난화에 미치는 크기 때문에 국제 사회는 각종 국제 협약 등을 통하여 이산화탄소의 배출을 억제하려는 구체적인 움직임을 보이고 있다.Particularly, since the contribution of carbon dioxide to global warming is 50%, which is greater than global warming gases, global society is showing specific movements to suppress carbon dioxide emissions through various international agreements.

우리나라와 같이 화석연료 의존도가 높은 산업구조를 가지고 있는 국가들은 이러한 국제적인 흐름의 영향으로 심각한 경제적인 타격이 예상됨에 따라 이에 대한 대책 마련이 시급한 실정이다.Countries with high industrial dependence on fossil fuels such as Korea are urgently required to take countermeasures due to the severe economic impact expected by these international trends.

이산화탄소를 제거 또는 분리하기 위한 흡수방법은 이산화탄소와 흡수제 간의 화학적 반응의 유무와 탈거시의 방법에 따라 물리적 흡수법과 화학적 흡수법으로 나뉘어지는데, 두가지 방법은 모두 상업적으로 개발되어 실제 공정에 응용되고 있다.Absorption methods for removing or separating carbon dioxide are classified into physical absorption methods and chemical absorption methods according to the presence or absence of a chemical reaction between carbon dioxide and an absorbent, and both methods are commercially developed and applied to actual processes.

화학적 흡수법에 의해 이산화탄소를 제거하는 기술은 오래 전부터 개발되어왔는데, 알칸올 아민을 사용하는 공정은 1930년대에 미국에서 특허되어 초기에는 트리 에탄올 아민(TEA, Triethanolamine)로 공업화되었으나, 그후 많은 아민이 개발되어 현재는 모노 에탄올 아민MEA, Monoethanolamine), 디 에탄올 아민(DEA, Diethanolamine) 등이 가장 많이 사용되고 있다.The technique of removing carbon dioxide by chemical absorption has long been developed. Processes using alkanol amines were patented in the United States in the 1930s and were initially industrialized as triethanolamine (TEA), but many amines have since Currently, mono ethanol amines (MEA, Monoethanolamine) and diethanolamine (DEA) are the most used.

화학적 흡수 시스템에서는 이산화탄소를 분리하기 위해 이산화탄소에 대해 흡수성이 뛰어난 아민 용액을 흡수제로 선택하여 흡수탑에서 이산화탄소를 화학적으로 흡수한 후, 온도와 압력을 변화시켜 분리하는 흡수법이 사용된다.In the chemical absorption system, an absorption method using chemically absorbing carbon dioxide in an absorption tower by selecting an amine solution having excellent absorbency to carbon dioxide as an absorbent to separate the carbon dioxide, and then changing the temperature and pressure to separate it.

이산화탄소와 친화력이 강한 화학 흡수제인 아민 용액은 흡수탑 내로 공급되는 배기가스 중에 포함된 이산화탄소를 흡수하게 되고, 이산화탄소를 다량 포함하고 있는 흡수제는 공정 내에서 가열되어 원래의 아민 용액과 이산화탄소로 분리되어 고순도의 이산화탄소는 다른 저장소에 저장되고, 재생된 아민 용액은 열교환기에서 열을 빼앗긴 뒤 다시 흡수탑으로 순환되는 일련의 순환과정을 반복함으로써 이산화탄소가 분리 회수된다.The amine solution, a chemical absorbent with affinity for carbon dioxide, absorbs the carbon dioxide contained in the exhaust gas supplied into the absorption tower, and the absorbent containing a large amount of carbon dioxide is heated in the process to be separated into the original amine solution and carbon dioxide and thus high purity. CO2 is stored in another reservoir, and the regenerated amine solution is separated and recovered by repeating a series of cycles where the heat is removed from the heat exchanger and then circulated back to the absorption tower.

예를 들면, 도 1에 도시한 바와 같이, 이산화탄소를 함유하고 있는 배기가스를 기-액 접촉이 원활히 이루어지도록 넓은 표면적을 갖는 충전물이 충전되어 있는 흡수탑(10)에 공급하고, 흡수탑(10)의 상단에서 살포되는 용액상태의 흡수제와 대기압 하에 접촉시켜 40∼50℃ 전후의 온도범위에서 배기가스 내의 이산화탄소를 흡수용액에 흡수시킨다. For example, as shown in FIG. 1, the exhaust gas containing carbon dioxide is supplied to the absorption tower 10 in which the packing material with a large surface area is filled so that gas-liquid contact may be performed smoothly, and the absorption tower 10 Contact with absorbent in the state of the solution sprayed at the top of the) under atmospheric pressure to absorb the carbon dioxide in the exhaust gas in the absorption solution in the temperature range around 40 ~ 50 ℃.

흡수탑(10)에서 방출되는 흡수용액, 즉 이산화탄소가 흡수된 흡수용액과 재생탑(11)에서 120℃ 전후의 온도범위에서 가열되어 재생된 후 방출되어 열교환기(12b)를 거친 흡수용액을 열교환기(12a)에서 열교환하여 1차로 예열시킨다. Heat-exchanging the absorbing solution emitted from the absorption tower 10, that is, the absorbing solution absorbed carbon dioxide and the regenerated column 11 after being heated and regenerated at a temperature range of about 120 ° C. and then released through the heat exchanger 12b. Heat is exchanged in the group 12a and preheated first.

예열과정에서 온도가 상승함에 따라 이산화탄소 흡수용액에서 유리된 기체를 분리드럼(13a)에서 분리한 후, 재생탑(11)의 상단부에서 배출되는 분리기체와 함께 냉각기(14a)로 보낸다. As the temperature rises during the preheating process, the gas liberated in the carbon dioxide absorbing solution is separated from the separation drum 13a and then sent to the cooler 14a together with the separator gas discharged from the upper end of the regeneration tower 11.

분리드럼(13a)에서 분리된 이산화탄소 흡수용액은 재생탑(11)에서 재생되어 방출된 흡수용액과 열교환기(12b)에서 열교환하여 더 고온으로 2차로 예열시킨 후, 재생탑(11)의 상단부로 유입시킨다. The carbon dioxide absorbing solution separated from the separation drum 13a is heat-reduced in the heat exchanger 12b with the absorbing solution regenerated and discharged in the regeneration tower 11 and then preheated to a higher temperature at a higher temperature. Inflow.

상기 재생탑(11)에서는 이산화탄소 흡수용액을 120℃ 전후의 온도범위에서 가열하여 이산화탄소를 유리시킨 후, 재생탑(11)의 상부로 배출하고, 이때 흡수용액은 재생하고 유리된 이산화탄소와 함께 배출된 증기화된 흡수용액은 냉각기(14a)에서 냉각ㆍ응축시키며, 계속해서 분리드럼(13b)에서 분리하여 재생탑(11)으로 환류시키고, 유리된 기체상태의 이산화탄소는 압축시켜 고압상태로 탱크에 저장한다. In the regeneration tower 11, the carbon dioxide absorption solution is heated at a temperature range of about 120 ° C. to free carbon dioxide, and then discharged to the upper portion of the regeneration tower 11, where the absorption solution is regenerated and discharged together with the free carbon dioxide. The vaporized absorption solution is cooled and condensed in the cooler 14a. The vaporized absorption solution is then separated from the separation drum 13b and refluxed to the regeneration tower 11, and the free gaseous carbon dioxide is compressed and stored in a tank at high pressure. do.

열교환기(12a)를 거쳐 재생된 흡수용액은 냉각기(14b)에서 냉각시킨 후, 이산화탄소를 흡수하기 위해 흡수탑(10)에 다시 공급한다. The absorption liquid regenerated through the heat exchanger 12a is cooled in the cooler 14b, and then supplied to the absorption tower 10 to absorb carbon dioxide.

여기서, 미설명 부호 15는 신규 흡수액 저장조이고, 16은 흡수액 가열기를 나타낸다. Here, reference numeral 15 denotes a novel absorbent liquid reservoir, and 16 denotes an absorbent liquid heater.

이와 같은 화학 흡수법의 흡수제로 현재 전세계적으로 대부분 아민계 흡수용액이 널리 사용되고 있는데, 이러한 흡수용액에 사용되는 아민계의 종류로는 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 메틸디에탄올아민, 디이소프로필아민, 디글리콜아민, 피페라진, 2-피페라딘에탄올, 히드록시에틸피페라진, 2-아미노-2메틸-1-프로판올, 2-에틸아미노-에탄올, 2-메틸아미노-에탄올, 2-디에틸아미노-에탄올 외에 수 십여 가지가 존재하며 통상 20∼60 wt%의 농도 범위에서 물과 같은 용매에 혼합되어 사용된다. As an absorbent of the chemical absorption method, most of the amine-based absorbent solutions are widely used in the world at present, and the types of amines used in such absorbent solutions are monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, methyl diethanolamine, Diisopropylamine, diglycolamine, piperazine, 2-piperadinethanol, hydroxyethylpiperazine, 2-amino-2methyl-1-propanol, 2-ethylamino-ethanol, 2-methylamino-ethanol, In addition to 2-diethylamino-ethanol, dozens are present and are usually used in a solvent such as water in a concentration range of 20 to 60 wt%.

이러한 아민계 화합물은 다른 흡수제에 비해 상온ㆍ상압하에서 이산화탄소와의 반응성이 우수하여 대 유량으로 배출되는 배기가스 내에 낮은 농도로 존재하는 이산화탄소를 대기압하에서 40∼50℃ 온도 범위에서 분리하는데 높은 분리 효율을 나타내나, 산소가 존재할 경우 산소와 반응하여 산화 분해(Oxidative Degradation)되면서 이산화탄소 흡수능이 낮아지는 문제점을 가지고 있다. This amine compound has a higher reactivity with carbon dioxide at room temperature and atmospheric pressure than other absorbents, and thus has high separation efficiency in separating carbon dioxide present at a low concentration in exhaust gas discharged at a large flow rate in a temperature range of 40 to 50 ° C. under atmospheric pressure. However, when oxygen is present, there is a problem in that carbon dioxide absorption is lowered by oxidative decomposition by reacting with oxygen.

대부분의 이산화탄소가 포함되어 있는 배기가스 내에는 산소가 함께 존재하기 때문에 아민계 흡수용액을 이산화탄소 흡수제로 사용할 경우, 산소에 의한 산화 분해에 의해 아민계 흡수용액의 이산화탄소 흡수능이 지속적으로 낮아지게 된다.Since oxygen is present in the exhaust gas containing most of the carbon dioxide, when the amine absorption solution is used as the carbon dioxide absorbent, the carbon dioxide absorption ability of the amine absorption solution is continuously lowered by oxidative decomposition by oxygen.

이러한 산화 분해반응은 산소의 농도가 높을수록, 온도가 높을수록 더 잘 일어나기 때문에 사용된 흡수용액을 고온으로 가열하여 이산화탄소를 회수하고 재생하는 과정에서 흡수용액의 이산화탄소 흡수능 저하가 더 심하게 일어난다.The higher the concentration of oxygen, the higher the temperature, the better the oxidative decomposition reaction occurs, so that the absorption of the carbon dioxide absorption of the absorbing solution occurs more severely in the process of recovering and regenerating carbon dioxide by heating the used absorbing solution to a high temperature.

종래의 화학흡수법에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 재생된 흡수용액에 신규 흡수용액을 지속적으로 보충하여 전체 흡수 시스템의 이산화탄소 흡수능을 일정하게 유지하고 있다. In the conventional chemical absorption method, in order to solve this problem, the regenerated absorbent solution is continuously replenished with a new absorbent solution to maintain a constant carbon dioxide absorption capacity of the entire absorption system.

현재 이산화탄소 흡수제로 가장 많이 사용되고 있는, 아민계 화합물 중 하나인 모노에탄올아민의 예를 살펴보면, 30wt%의 모노에탄올아민 수용액을 흡수제로 사용하여 연간 10만톤의 이산화탄소를 흡수 분리하는 공정에서 연간 약 230톤의 신규 흡수용액이 사용된 후 폐기되고 있으며, 이러한 신규 이산화탄소 흡수제의 구입, 사용 및 폐기에 소요되는 비용이 전체 이산화탄소 분리 회수 비용의 15% 이상을 차지하고 있는 실정이다. As an example of monoethanolamine, one of the amine compounds, which is currently used as a carbon dioxide absorbent, it is about 230 tons per year in the process of absorbing and separating 100,000 tons of carbon dioxide per year by using a 30 wt% monoethanolamine aqueous solution as an absorbent. The new absorbent solution is discarded after being used, and the cost of purchasing, using and discarding the new carbon dioxide absorbent accounts for more than 15% of the total cost of recovering and separating carbon dioxide.

따라서, 이산화탄소 회수비용을 낮추고 폐기물 발생 저감에 따른 이산화탄소 흡수기술의 친환경성을 증대시키기 위해서는 이산화탄소 흡수제 소비량을 절감시키는 기술 개발이 요구된다. Therefore, in order to lower the carbon dioxide recovery cost and increase the eco-friendliness of the carbon dioxide absorption technology according to the waste generation, it is required to develop a technology for reducing the carbon dioxide absorbent consumption.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 이산화탄소(CO2)가 흡수된 흡수용액을 재생탑에서 재생시키기 전에 예열하는 과정에서 분리되는 CO2와 산소(O2)를 재생탑 상단부에서 고온으로 배출되는 분리기체와 혼합하지 않고 별도로 분리 회수함으로써, 고온에서의 흡수용액의 산화 분해에 따른 CO2 흡수능 저하를 감소시킬 수 있는 CO2의 분리 회수 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention is conceived to solve the problems described above, carbon dioxide (CO 2) is the CO 2 and oxygen (O 2) is separated in the course of pre-heating prior to reproduction on the regeneration column to the absorption absorbent solution regeneration column upper end It is an object of the present invention to provide a method for separating and recovering CO 2 that can reduce the CO 2 absorption capacity decrease due to oxidative decomposition of the absorbent solution at high temperature by not separating and recovering the mixture separately from the separator gas discharged at a high temperature.

또한, 본 발명은 CO2가 흡수된 흡수용액을 재생탑에서 재생시키기 전에 예열하는 과정에서 분리되는 CO2와 O2를 재생탑 상단부에서 고온으로 배출되는 분리기체와 혼합하지 않고, 별도로 분리 회수하기 위해 냉각하는 과정에서 응축된 흡수용액을 재생탑에서 고온으로 재생된 흡수용액과 열교환시킴으로써, 응축된 흡수용액의 온도를 높이고 재생된 흡수용액의 온도를 낮추어 에너지 효율을 개선시킬 수 있는 CO2의 분리 회수 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다. Further, to recover the present invention is not mixed with the separation being discharged at a high temperature for CO 2 and O 2 to be separated in the course of pre-heating prior to reproducing the absorption solution with a CO 2 absorption in the regeneration column in the regeneration column the upper end gas, separately By heat-exchanging the absorbed solution condensed during the cooling process with the absorbed solution regenerated at a high temperature in the regeneration tower, the separation of CO 2 can improve the energy efficiency by increasing the temperature of the condensed absorbent solution and lowering the temperature of the regenerated absorbent solution. Another purpose is to provide a recovery method.

이와 같이, 본 발명은 O2에 의한 CO2 흡수제의 CO2 흡수능 저하를 감소시킴으로써, 전체 CO2 흡수제 소비량을 절감시키는 한편, 배기가스 내의 CO2를 비용 절감적으로, 에너지 효율적으로, 또한 보다 친환경적으로 분리 회수하는 기술을 제공하는 것에 목적이 있다. Thus, the present invention by reducing the CO 2 absorption capacity reduction in the CO 2 absorbent by the O 2, to reduce the total CO 2 absorbent consumption On the other hand, the CO 2 in a cost savings enemy in the exhaust gas, energy-efficient, and more environmentally friendly It is an object of the present invention to provide a technique for separating and recovering water.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 CO2의 분리 회수 방법은 CO2를 함유하고 있는 배기가스를 흡수탑에 공급하여 CO2를 흡수용액에 흡수시키는 제1단계와, 흡수탑에서 방출되는 CO2 흡수용액과 재생탑에서 방출되는 흡수용액을 열교환하여 1차 예열시킨 후, CO2 흡수용액에서 유리된 기체(CO2와 O2)를 분리드럼에서 분리하는 제2단계와, 분리드럼에서 분리된 CO2 흡수용액을 재생탑에서 방출되는 흡수용액과 열교환하여 2차 예열시킨 후, 재생탑의 상단부로 유입시키는 제3단계와, 재생탑에서 CO2 흡수용액을 가열하여 CO2를 유리시킨 후, 흡수용액은 재생하고 유리된 CO2 및 증기화된 흡수용액은 냉각ㆍ응축시킨 다음, 분리드럼에서 분리하여 일부는 재생탑으로 환류시키는 동시에 유리된 기체상태의 CO2는 탱크에 압축저장하는 제4단계를 포함하는 한편, 상기 제2단계에서 유리된 CO2와 O2를 별도 회수하여 냉각기에서 냉각 및 응축시킨 후, 분리드럼에서 응축된 흡수용액과 유리된 CO2 및 O2로 분리하고, 이때의 분리되는 CO2는 재생탑에서 분리되는 CO2와 함께 압축저장하는 제5단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. A first step of the separation method for recovering CO 2 provided by the present invention in order to attain the object is to feed the exhaust gas containing CO 2 in the absorber absorbs CO 2 in the absorbent solution, which is discharged from the absorption tower In the second step of preheating the CO 2 absorption solution and the absorption solution emitted from the regeneration tower by first preheating, separating the gases (CO 2 and O 2 ) liberated from the CO 2 absorption solution from the separation drum, the isolated CO 2 absorbing solution in which to absorb the solution and the heat released from the regeneration column the second pre-heating, heating the third step with, CO 2 absorbing solution from the regeneration column to flow into the upper end portion of the regeneration column in which glass the CO 2 After that, the absorbent solution is regenerated, and the free CO 2 and vaporized absorbent solution are cooled and condensed, separated from the separation drum, and some are refluxed to the regeneration tower, while the free gaseous CO 2 is compressed and stored in the tank. 4th stage On the other hand, the CO 2 and O 2 liberated in the second step is recovered separately and cooled and condensed in a cooler, and then separated into the absorbed solution and free CO 2 and O 2 condensed in the separation drum, The separated CO 2 is characterized in that it further comprises a fifth step of compression and storage with the CO 2 separated in the regeneration tower.

여기서, 상기 제5단계의 경우 분리드럼에서 분리되는 응축된 흡수용액은 재생탑에서 고온으로 재생된 흡수용액과 열교환시켜 응축된 흡수용액의 온도는 높여 흡수탑에서 방출되는 흡수용액과 함께 1차 예열시키고, 재생된 흡수용액의 온도는 낮춰 흡수탑으로 공급하는 제6단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. Here, in the fifth step, the condensed absorbent solution separated from the separation drum is heat-exchanged with the absorbent solution regenerated at a high temperature in the regeneration tower to increase the temperature of the condensed absorbent solution, thereby preheating the primary with the absorbent solution emitted from the absorption tower. It is preferable to further include a sixth step of supplying to the absorption tower by lowering the temperature of the regenerated absorption solution.

본 발명에 따른 CO2의 분리 회수 방법은 다음과 같은 효과를 제공한다. The separation and recovery method of CO 2 according to the present invention provides the following effects.

CO2와 O2가 함께 포함된 배기가스내의 CO2를 비용절감적으로, 에너지 효율적으로 또한 친환경적으로 분리 회수할 수 있다.The CO 2 in the exhaust gas containing the CO 2 and O 2 with a reduced cost, energy-efficient may also be separated and recovered in an environmentally.

O2에 의한 아민계 화합물의 산화분해반응은 O2의 농도가 높을수록, 온도가 높을수록 더 잘 일어나며, 주어진 온도범위에서 흡수용액에 대한 산소의 용해도는 온도가 높을수록 낮아지므로, 상대적으로 낮은 온도 범위에서(예를 들면 50 oC 에서 80 oC 전후) 온도가 상승함에 따라 유리되는 O2를 재생탑 상단부에서 상대적으로 고온으로(예를 들면 100 oC 전후) 배출되는 분리기체와 혼합시키지 않고, 또 미반응 잔여 O2를 고온으로 운전되는 재생탑으로(예를 들면 상단부는 100 oC 전후, 하단부는 120 oC 전후) 유입시키지 않고 별도로 분리, 냉각, 회수함으로써, CO2 흡수용액의 소비량을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 신규 흡수용액의 구입, 사용, 폐기에 소요되는 비용을 절감할 수 있다. Oxidative decomposition reaction of the amine-based compound according to the O 2 is the higher the concentration of O 2, the higher the temperature it better occurs, the solubility of oxygen relative to the absorbent solution at a given temperature range is lowered the higher the temperature, the relatively low In the temperature range (e.g. around 50 o C to around 80 o C), do not mix the liberated O 2 with the discharge gas at a relatively high temperature (e.g. around 100 o C) at the top of the regeneration tower. but, also the regeneration column that is driving the non-reacted residual o 2 at a high temperature (for example, the upper end portion is 100 o C before and after the lower end 120 o C before and after) by not separating, cooling and recovering separately without entering, CO 2 absorbing solution Consumption can be reduced, thereby reducing the cost of purchasing, using and discarding new absorbent solutions.

이와 같이, 화학물질의 사용량과 폐기량을 감소시킴으로써, CO2 흡수기술의 친환경성을 증대시키는 효과도 얻는다. As such, by reducing the amount of chemicals used and the amount of waste, the effect of increasing the environmental friendliness of the CO 2 absorption technology is also obtained.

또한, 별도로 분리 회수하는 과정에서 냉각ㆍ응축된 흡수용액을 재생탑에서 고온으로 재생된 흡수용액과 열교환시킴으로써, 응축된 흡수용액의 온도를 높이고 재생된 흡수용액의 온도를 낮추어 에너지 효율을 개선시킬 수 있고, 따라서 추가적인 에너지 비용을 절감할 수 있다. In addition, by separately exchanging the cooled and condensed absorbent solution with the absorbent solution regenerated at a high temperature in the regeneration tower, the energy efficiency can be improved by increasing the temperature of the condensed absorbent solution and lowering the temperature of the regenerated absorbent solution. Therefore, additional energy costs can be saved.

상기와 같은 이유로 본 발명은 대기 중으로 배출되는 CO2를 비용절감적으로, 에너지효율적으로, 친환경적으로 회수할 수 있도록 하며, 궁극적으로는 전 지구적인 온난화 방지 노력에 기여할 수 있다. For the above reason, the present invention enables to recover CO 2 discharged to the atmosphere cost-effectively, energy-efficiently, environmentally friendly, and ultimately contribute to global warming prevention efforts.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, CO2 와 O2가 함께 포함된 배기가스에서 CO2를 효과적으로 분리 회수하기 위하여 종래의 화학흡수법을 잠깐 살펴보면 다음과 같다. First, in order to effectively separate and recover CO 2 from the exhaust gas containing CO 2 and O 2 , a brief look at the conventional chemical absorption method is as follows.

종래의 화학흡수법에 의해 CO2를 분리 회수할 경우 흡수탑에서 기-액 접촉에 의해 배기가스 내의 CO2가 흡수용액에 흡수될 때, 배기가스 내에 함께 존재하는 O2도 소량 흡수용액에 용존된다.If the number of the CO 2 by the conventional chemical absorption method separate group in the absorber - when the CO 2 in the exhaust gas by the liquid contact and absorption in the absorption solution, the presence O 2 is also dissolved in a small amount absorbing solution with the exhaust gas do.

이때, 흡수용액에 흡수된 O2의 양은 CO2 흡수량의 1% 미만이지만 흡수-재생을 반복하는 과정에서 지속적으로 새로운 O2가 흡수용액에 용존되므로, 흡수용액의 CO2 흡수능 저하는 계속적으로 일어나게 되고, 결국 전체 CO2 흡수 시스템의 성능 저하에 심각한 영향을 미치게 된다. At this time, the amount of O 2 absorbed in the absorbent solution is less than 1% of the amount of CO 2 absorbed, but since the new O 2 is continuously dissolved in the absorbent solution during the repeated absorption-regeneration process, the CO 2 absorption capacity of the absorbent solution continues to occur. This, in turn, has a significant impact on the performance degradation of the overall CO 2 absorption system.

도 1에 도시한 바와 같이, 흡수탑(10)에서 방출된 사용된 흡수용액은 50℃ 전후의 열교환기(12a)에서 1차로 예열되는데, 이렇게 80℃ 전후의 예열과정에서 온도가 상승함에 따라 흡수용액에서 용해되어 있던 CO2가 유리되기 시작하며, 이때 O2도 함께 유리되어 나온다.As shown in FIG. 1, the used absorbing solution discharged from the absorption tower 10 is preheated primarily in the heat exchanger 12a around 50 ° C., and thus absorbed as the temperature increases during the preheating process around 80 ° C. The dissolved CO 2 in the solution begins to liberate, with O 2 also liberated.

유리된 기체를 분리드럼(13a)에서 분리한 후, 재생탑(11)의 상단부에서 100℃ 전후의 고온으로 배출되는 분리기체와 함께 냉각기(14a)로 보내어진다.After the liberated gas is separated from the separation drum 13a, the gas is sent to the cooler 14a together with the separator gas discharged at a high temperature around 100 ° C at the upper end of the regeneration tower 11.

분리기체가 냉각기(14a)를 거치며 50℃ 전후로 냉각될 때, 분리기체 내에 포함되어 있던 기화된 흡수용액이 응축된 후, 분리드럼(13b)에서 분리되어 재생탑으로 환류된다. When the separator gas is cooled to about 50 ° C. through the cooler 14a, the vaporized absorption solution contained in the separator is condensed, and then separated from the separation drum 13b and returned to the regeneration tower.

이때, 분리드럼(13b)에서 기체 내에 포함되어 있던 O2가 응축된 흡수용액에 용존되어 고온의 재생탑으로(예를 들면, 상단부는 100℃ 전후, 하단부는 120℃ 전후) 유입된다. At this time, O 2 contained in the gas in the separation drum 13b is dissolved in the condensed absorption solution and flows into the high temperature regeneration tower (for example, the upper end is about 100 ° C. and the lower part is about 120 ° C.).

O2에 의한 아민계 화합물의 산화 분해반응은 O2의 농도가 높을수록, 온도가 높을수록 더 잘 일어나며, 주어진 온도범위에서 흡수용액에 대한 O2의 용해도는 온도가 높을수록 낮아지므로, 종래의 화합 흡수법은 열교환기(12a)에서 온도가 상승하면서(예를 들면, 50℃ 전후에서 80℃ 전후로) 유리된 O2를 분리드럼(13a)에서 분 리시킨 후, 재생탑(11)에서 고온의 조건에서 이미 잔여 O2(예를 들면, 80℃ 전후에서 120℃ 전후 사이로 온도가 상승하면서 유리되는 O2)와 반응을 마친 증기화된 흡수용액과 100℃ 전후의 고온에서 접촉시킴으로써, 아민계 화합물의 산화 분해가 더 잘 일어나는 것을 알 수 있다. Oxidative decomposition reaction of the amine-based compound according to the O 2 is the higher the concentration of O 2, takes place better the higher the temperature, the solubility of O 2 for an absorbent solution at a given temperature range is lowered the higher the temperature, the conventional The compound absorption method separates the free O 2 from the separation drum 13a while the temperature rises in the heat exchanger 12a (for example, from about 50 ° C to about 80 ° C), and then the high temperature in the regeneration tower 11. The amine system is brought into contact with the vaporized absorbent solution which has already reacted with the remaining O 2 (for example, O 2 which is liberated while increasing the temperature between about 80 ° C. and about 120 ° C.) at a temperature of about 100 ° C. It can be seen that the oxidative degradation of the compounds occurs better.

또한, 주어진 온도범위에서 흡수용액에 대한 O2의 용해도는 온도가 낮을수록 높아지는데, 종래의 화학흡수법은 분리드럼(13a)에서 분리된 O2 중 재생탑(11)에서 배출되는 증기화된 흡수용액과 미반응한 O2가 냉각기(14a)에서 냉각ㆍ응축된, 상대적으로 낮은 온도의(예를 들면, 50℃ 전후) 흡수용액과 접촉하여 쉽게 흡수용액에 용존되고, 분리드럼(13b)에서 다시 재생탑(11)으로 유입되어 고온에서(예를 들면, 상단부는 100℃ 전후, 하단부는 120℃ 전후) O2와 아민계 화합물을 반응시킴으로 흡수용액의 CO2 흡수능 저하를 증대시키는 것을 알 수 있다. In addition, the solubility of O 2 in the absorbent solution in a given temperature range is increased as the temperature is lower, the conventional chemical absorption method is vaporized from the regeneration tower 11 of the O 2 separated from the separation drum (13a) O 2 unreacted with the absorbing solution is easily dissolved in the absorbing solution by contact with the relatively low temperature (eg, around 50 ° C) absorbing solution cooled and condensed in the cooler 14a, and the separation drum 13b. In the regeneration tower 11 and reacting with O 2 and an amine compound at high temperature (for example, around 100 ° C. at the upper end and at about 120 ° C. at the lower end) to increase the CO 2 absorption capacity of the absorption solution. Can be.

위와 같은 사항을 바탕으로 하여 본 발명의 이산화탄소 분리 회수 방법을 구현할 수 있다. Based on the above matters can implement the carbon dioxide separation recovery method of the present invention.

본 발명은 아래의 두가지 CO2 분리 회수 방법을 제공한다. The present invention provides the following two CO 2 separation recovery method.

첫번째 CO2와 O2가 함께 포함된 배기가스에서 CO2를 분리 회수하는 방법으로서, CO2가 흡수된 흡수용액을 재생탑에서 재생시키기 전에 예열하는 과정에서 분리되는 CO2와 O2를 재생탑 상단부에서 고온으로 배출되는 분리기체와 혼합하지 않고, 별도로 분리 회수하여 고온에서의 흡수용액의 산화 분해에 따른 CO2 흡수능 저하를 감소시키는 방법을 제공한다. The first method of separating and recovering CO 2 from the exhaust gas containing CO 2 and O 2 is to recover CO 2 and O 2 which are separated during the preheating process before the absorption solution absorbed by CO 2 is regenerated in the regeneration tower. The present invention provides a method of reducing the CO 2 absorption capacity due to oxidative decomposition of an absorbent solution at high temperature without mixing with the separator gas discharged at a high temperature from the upper end.

두번째 CO2와 O2가 함께 포함된 배기가스에서 CO2를 분리 회수하는 방법으로서, CO2가 흡수된 아민계 흡수용액을 재생탑에서 재생시키기 전에 예열하는 과정에서 분리되는 CO2와 O2를 재생탑 상단부에서 고온으로 배출되는 분리기체와 혼합하지 않고, 별도로 분리 회수하기 위해 냉각하는 과정에서 응축된 흡수용액을 재생탑에서 고온으로 재생된 흡수용액과 열교환시켜 응축된 흡수용액의 온도를 높이고 재생된 흡수용액의 온도를 낮추어 에너지 효율을 개선시키는 방법을 제공한다. A method for separation and recovery of CO 2 in the second CO 2 and O 2 is the exhaust gas included with, the CO 2 and O 2 to be separated in the course of pre-heating before the CO 2 to regenerate the absorbed amine-based absorption solution from the regeneration column Instead of mixing with the separator gas discharged at high temperature from the upper part of the regeneration tower, the condensed absorbent solution is exchanged with the absorbed solution regenerated at high temperature in the regeneration tower to increase the temperature of the condensed absorbent solution. It provides a method of improving the energy efficiency by lowering the temperature of the absorbed solution.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 도 2에서 설명하지만, 본 발명이 이 실시 형태에 제한되어야 하는 것은 아니며, 도 2는 주요 설비만을 도시한 것으로 부속 설비는 생략하였다.Hereinafter, although the specific embodiment of this invention is described in FIG. 2, this invention is not limited to this embodiment, FIG. 2 has shown only main equipment, and attached equipment was abbreviate | omitted.

도 2에 도시된 바와 같이, CO2와 O2를 함께 함유하고 있는 배기가스를 흡수탑(10)에 공급하고, 기-액 접촉시켜 배기가스 내의 CO2를 흡수용액에 흡수시키는데, 이때 배기가스 내에 함께 존재하던 O2도 소량 흡수용액에 용해된다.As shown in FIG. 2, the exhaust gas containing both CO 2 and O 2 is supplied to the absorption tower 10, and gas-liquid contact is performed to absorb CO 2 in the exhaust gas into the absorption solution. O 2 coexisted in the solution is also dissolved in a small amount of the absorbing solution.

이때, 흡수용액에 흡수된 O2의 양은 CO2 흡수량의 1% 미만으로 배기가스 내의 O2 농도, 흡수용액의 종류 및 농도, 흡수탑의 반응 온도 등의 조건에 따라 달라진다. At this time, the amount of O 2 absorbed in the absorption solution is less than 1% of the CO 2 absorption amount, and depends on conditions such as the concentration of O 2 in the exhaust gas, the type and concentration of the absorption solution, and the reaction temperature of the absorption tower.

흡수탑(10)에서 방출된 50℃ 전후의 흡수용액은 재생탑(11)에서 120℃ 전후의 온도범위에서 가열되어 재생된 후 방출되어 열교환기(12b)를 거친 흡수용액과 열교환기(12a)에서 열교환하여 1차로 예열된다. Absorption solution at about 50 ° C emitted from the absorption tower 10 is heated and regenerated at a temperature range of about 120 ° C in the regeneration tower 11 to be discharged, and is then absorbed through the heat exchanger 12b and the heat exchanger 12a. Preheated primarily by heat exchange at

이렇게 예열과정에서 80℃ 전후로 온도가 상승함에 따라 흡수용액에서 용해되어 있던 CO2가 조금씩 유리되며, 이때 O2도 함께 유리되어 나온다.As the temperature rises around 80 ° C. during the preheating process, CO 2 dissolved in the absorbing solution is gradually released, and O 2 is released together.

이때, 배기가스 내의 O2 농도, 흡수용액의 종류 및 농도, 흡수탑의 반응 온도 등의 조건에 따라 다르지만 흡수탑에서 용해된 O2의 25∼45%가 흡수용액에서 유리된다.At this time, depending on conditions such as the concentration of O 2 in the exhaust gas, the type and concentration of the absorption solution, the reaction temperature of the absorption tower, and the like, 25 to 45% of the O 2 dissolved in the absorption tower is liberated in the absorption solution.

유리된 CO2와 O2는 분리드럼(13a)에서 분리되는데, 이때 상대적으로 높은 온도로 인해(예를 들면, 80℃ 전후) 분리드럼(13a)의 기-액 경계면에서 흡수용액의 증발이 일어나게 된다. The free CO 2 and O 2 are separated in the separation drum 13a, whereby the relatively high temperature (e.g. around 80 ° C) causes evaporation of the absorbent solution at the gas-liquid interface of the separation drum 13a. do.

이때의 증발된 흡수용액을 회수하기 위해 분리기체를 분리드럼(13a)의 상측과 연결되어 있는 냉각기(14c)에서 냉각ㆍ응축시킨 후, 냉각기(14c)측과 연결되어 있는 별도의 분리드럼(13c)으로 보낸다.In order to recover the evaporated absorption solution at this time, the separator gas is cooled and condensed in the cooler 14c connected to the upper side of the separating drum 13a, and then connected to the cooler 14c side. To a separate separation drum (13c).

계속해서, 분리드럼(13c)에서 응축된 흡수용액을 분리하여 열교환기(12c)로 보내고, 유리된 CO2와 O2는 분리드럼(13c)에서 분리하여 이때의 CO2는 재생탑(11)에서 분리되는 CO2와 함께 압축ㆍ저장시킨다.Subsequently, the absorbing solution condensed in the separation drum 13c is separated and sent to the heat exchanger 12c, and the free CO 2 and O 2 are separated from the separation drum 13c, and CO 2 at this time is the regeneration tower 11. Compress and store with CO 2 separated from

상기 열교환기(12c)에서 상대적으로 저온으로(예를 들면, 40℃ 전후) 응축된 흡수용액은 열교환기(12b)와 열교환기(12a)를 거친 상대적으로 고온(예를 들면, 58℃ 전후)의 재생된 흡수용액과 열교환하여 온도가 51℃ 전후로 상승하고, 계속해서 흡수탑(10)에서 방출된 사용된 50℃ 전후의 흡수용액과 함께 열교환기(12a)로 반송된다.Absorption solution condensed at a relatively low temperature (eg, about 40 ° C) in the heat exchanger 12c is relatively high temperature (eg, about 58 ° C) through the heat exchanger 12b and the heat exchanger 12a. Heat-exchanged with the regenerated absorption solution, and the temperature rises to around 51 ° C, and is then returned to the heat exchanger 12a together with the used absorption solution around 50 ° C discharged from the absorption tower 10.

한편, 재생탑(11)에서 방출된 재생된 흡수용액은 열교환기(12c)에서 응축된 흡수액과 열교환되면서 45℃ 전후로 냉각되어 전체 흡수 시스템의 CO2 흡수능을 일정하게 유지하기 위해 보충되는 30℃ 전후의 신규 흡수용액과 함께 흡수탑(10)으로 다시 공급된다. Meanwhile, the regenerated absorption solution discharged from the regeneration tower 11 is cooled to about 45 ° C. while being heat-exchanged with the absorption liquid condensed in the heat exchanger 12c, and then recirculates 30 ° C. to be replenished to maintain a constant CO 2 absorption capacity of the entire absorption system. It is supplied back to the absorption tower 10 with the new absorption solution of.

또한, 상기 분리드럼(13a)에서 분리된 CO2 흡수용액(예를 들면, 응축된 흡수용액 및 방출된 흡수용액으로부터의 CO2 흡수용액)은 재생탑(11)에서 재생되어 방출된 흡수용액과 열교환기(12b)에서 열교환하여 더 고온으로 2차로 예열된 후, 재생탑(11)의 상단부로 유입되고, 상기 재생탑(11)에서는 CO2 흡수용액을 120℃ 전후의 온도범위에서 가열하여 CO2를 유리시킨 후, 재생탑(11)의 상부로 배출하고, 이때 흡수용액은 재생하고 유리된 CO2와 함께 배출된 증기화된 흡수용액은 냉각기(14a)에서 냉각ㆍ응축시키며, 계속해서 분리드럼(13b)에서 분리하여 재생탑(11)으로 환류시키고, 유리된 기체상태의 CO2는 압축시켜 고압상태로 탱크에 저장한다. In addition, the CO 2 absorbing solution (eg, CO 2 absorbing solution from the condensed absorbing solution and the released absorbing solution) separated in the separating drum 13a may be regenerated and released from the regeneration tower 11. After the heat exchange in the heat exchanger (12b) to be secondarily preheated to a higher temperature, it is introduced into the upper end of the regeneration tower (11), in the regeneration tower (11) to heat the CO 2 absorption solution at a temperature range around 120 ℃ 2 is liberated and then discharged to the upper part of the regeneration tower 11, where the absorbent solution is regenerated and the vaporized absorbent solution discharged with the released CO 2 is cooled and condensed in the cooler 14a, and subsequently separated. Separated from the drum (13b) and refluxed to the regeneration tower (11), the free gaseous CO 2 is compressed and stored in the tank at high pressure.

본 발명에서 제공하는 실시 형태의 CO2 분리 회수 방법을 적용할 수 있는 화 학 흡수법을 이용한 CO2 분리 회수 기술은 도 2에 도시한 프로세스 원리(장치 구성)에 제약되는 것은 아니며, 「CO2와 O2가 함께 포함된 배기가스에서 O2의 농도가 높을수록, 또한 온도가 높을수록 흡수성능이 저하가 심화되는 흡수제를 사용하여 CO2를 분리 회수한다」라는 요건만 만족하는 것이면 좋고, 특별히 어떠한 프로세스에 제한되어야 하는 것은 아니다. The embodiment provided by the invention in the form of CO CO 2 separated by a second separation method for recovering chemical absorption method that can be applied to the recovery technique process principle in Fig. 2 not necessarily constrained to (device configuration), "CO 2 and O 2 is the higher the concentration of O 2 in the exhaust gas are included with, and the higher the temperature may be any that meet only the requirements of absorption performance and separation and recovery of CO 2 with absorbent to decrease the depth ", particularly It should not be limited to any process.

도 1은 종래의 화학 흡수법을 이용하여 배기가스 내의 이산화탄소를 분리 회수하는 프로세스의 원리를 도시한 도면1 is a view showing the principle of a process for separating and recovering carbon dioxide in exhaust gas using a conventional chemical absorption method

도 2는 본 발명에 의한 배기가스 내의 이산화탄소와 산소가 함께 존재할 때 이산화탄소를 분리 회수하는 프로세스의 원리를 도시한 도면2 is a view illustrating the principle of a process for separating and recovering carbon dioxide when carbon dioxide and oxygen are present together in exhaust gas according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 흡수탑 11 : 재생탑10: absorption tower 11: regeneration tower

12a,12b,12c : 열교환기 13a,13b,13c : 분리드럼12a, 12b, 12c: heat exchanger 13a, 13b, 13c: separation drum

14a,14b,14c : 냉각기 15 : 신규 흡수액 저장조14a, 14b, 14c: Cooler 15: New absorbent liquid reservoir

16 : 흡수액 가열기16: absorber heater

Claims (2)

이산화탄소를 함유하고 있는 배기가스를 흡수탑에 공급하여 이산화탄소를 흡수용액에 흡수시키는 제1단계;Supplying exhaust gas containing carbon dioxide to the absorption tower to absorb carbon dioxide into the absorption solution; 흡수탑에서 방출되는 이산화탄소 흡수용액과 재생탑에서 방출되는 흡수용액을 열교환하여 1차 예열시킨 후, 이산화탄소 흡수용액에서 유리된 기체(이산화탄소와 산소)를 분리드럼에서 분리하는 제2단계;A second step of preheating the carbon dioxide absorption solution emitted from the absorption tower and the absorption solution released from the regeneration tower by first preheating and separating the gases (carbon dioxide and oxygen) liberated from the carbon dioxide absorption solution in the separation drum; 분리드럼에서 분리된 이산화탄소 흡수용액을 재생탑에서 방출되는 흡수용액과 열교환하여 2차 예열시킨 후, 재생탑의 상단부로 유입시키는 제3단계;A third step of heat-exchanging the carbon dioxide absorbing solution separated from the separation drum with the absorbing solution discharged from the regeneration tower and preheating the secondary to the upper end of the regeneration tower; 재생탑에서 이산화탄소 흡수용액을 가열하여 이산화탄소를 유리시킨 후, 흡수용액은 재생하고 유리된 이산화탄소 및 증기화된 흡수용액은 냉각ㆍ응축시킨 다음, 분리드럼에서 분리하여 일부는 재생탑으로 환류시키는 동시에 유리된 기체상태의 이산화탄소는 탱크에 압축저장하는 제4단계;The carbon dioxide absorption solution is heated in the regeneration tower to liberate carbon dioxide. The absorption solution is regenerated, and the free carbon dioxide and vaporized absorption solution are cooled and condensed. A fourth step of compressing and storing the compressed gaseous carbon dioxide in a tank; 를 포함하는 이산화탄소의 분리 회수 방법에 있어서,In the separated recovery method of carbon dioxide comprising: 상기 제2단계에서 유리된 이산화탄소와 산소를 별도 회수하여 냉각기에서 냉각 및 응축시킨 후, 분리드럼에서 응축된 흡수용액과 유리된 이산화탄소 및 산소로 분리하고, 이때의 분리되는 이산화탄소는 재생탑에서 분리되는 이산화탄소와 함께 압축저장하는 제5단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 분리 회수 방법. After recovering the carbon dioxide and oxygen liberated in the second step separately and cooling and condensing in a cooler, and separated into the absorbing solution condensed in the separation drum and free carbon dioxide and oxygen, the separated carbon dioxide is separated from the regeneration tower Separation and recovery method of carbon dioxide characterized in that it further comprises a fifth step of compression storage with carbon dioxide. 청구항 1에 있어서, 상기 제5단계는 분리드럼에서 분리되는 응축된 흡수용액은 재생탑에서 고온으로 재생된 흡수용액과 열교환시켜 응축된 흡수용액의 온도는 높여 흡수탑에서 방출되는 흡수용액과 함께 1차 예열시키고, 재생된 흡수용액의 온도는 낮춰 흡수탑으로 공급하는 제6단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 분리 회수 방법. The method of claim 1, wherein the condensed absorbent solution separated from the separation drum is heat exchanged with the absorbent solution regenerated at a high temperature in the regeneration tower to increase the temperature of the condensed absorbent solution. Separation and recovery method of carbon dioxide characterized in that it further comprises a sixth step of supplying to the absorption tower by lowering the temperature of the pre-heated and regenerated absorption solution.
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