KR101138188B1 - Apparatus of recovering carbon dioxide from flue gas and the method thereof - Google Patents
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Abstract
농축탑의 폐수 배출량을 최소화함과 동시에 세정수의 사용량을 극소화할 수 있고, 암모니아 염에 의해 배관이 폐쇄되는 현상을 방지할 수 있으며, 운전비용 및 폐수처리비용을 절감할 수 있는 암모니아수를 이용한 이산화탄소 회수장치 및 이를 이용한 이산화탄소 회수방법이 소개된다.CO2 using ammonia water can minimize wastewater discharge from the condensate tower while minimizing the amount of washing water used, preventing the pipes from being closed by ammonia salts, and reducing operating and wastewater treatment costs. A recovery apparatus and a method of recovering carbon dioxide using the same are introduced.
암모니아수를 이용한 이산화탄소 회수장치는 세정부(110)가 일체형으로 구비되는 흡수탑(100)과, 흡수액을 재생하는 재생탑(200)과, 상기 흡수탑(100)에서 사용된 세정수로부터 암모니아를 분리하고, 구비된 응축기(310) 및 드럼(320)을 통해 분리된 암모니아를 고농도의 암모니아수와 고농도의 암모니아기체로 각각 분리 배출하는 농축탑(300)을 포함하며, 상기 고농도 암모니아수가 상기 흡수탑(100)에서 보충용 흡수액으로 재사용되도록 상기 응축기(310)와 상기 흡수탑(100)의 하부를 연결하는 암모니아수 이송관(10)이 설치되고, 상기 고농도의 암모니아기체가 상기 재생탑(200)에서 회수될 수 있도록 상기 드럼(320)과 상기 재생탑(200)의 하부를 연결하는 암모니아기체 이송관(11)이 설치되는 것을 특징으로 한다.The carbon dioxide recovery apparatus using ammonia water separates ammonia from the absorption tower 100 having the washing unit 110 integrally, the regeneration tower 200 for regenerating the absorption liquid, and the washing water used in the absorption tower 100. And a concentration tower 300 separating and discharging the ammonia separated through the provided condenser 310 and the drum 320 into a high concentration of ammonia water and a high concentration of ammonia gas, respectively, and the high concentration ammonia water of the absorption tower 100. Ammonia water transfer pipe 10 connecting the condenser 310 and the lower part of the absorption tower 100 is installed to be reused as a replenishing absorbent liquid, and the high concentration ammonia gas may be recovered from the regeneration tower 200. The ammonia gas transfer pipe 11 connecting the drum 320 and the lower part of the regeneration tower 200 is installed.
흡수탑, 재생탑, 농축탑, 폐수, 세정수 Absorption Tower, Regeneration Tower, Concentration Tower, Wastewater, Washing Water
Description
본 발명은 암모니아수를 이용한 이산화탄소 회수장치 및 이를 이용한 이산화탄소 회수방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 농축탑의 폐수 배출량을 최소화함과 동시에 세정수의 사용량을 극소화할 수 있고, 암모니아 염에 의해 배관이 폐쇄되는 현상을 방지할 수 있으며, 운전비용 및 폐수처리비용을 절감할 수 있는 암모니아수를 이용한 이산화탄소 회수장치 및 이를 이용한 이산화탄소 회수방법에 관한 것이다. The present invention relates to a carbon dioxide recovery apparatus using ammonia water and a method for recovering carbon dioxide using the same, and more particularly, to minimize the amount of waste water discharged from the concentration tower and to minimize the amount of washing water used, and to close the pipe by the ammonia salt. The present invention relates to a carbon dioxide recovery apparatus using ammonia water and a method of recovering carbon dioxide using the same, which can prevent a phenomenon from occurring and reduce operating costs and wastewater treatment costs.
일반적으로 배가스에 포함되어 있는 이산화탄소를 분리 및 제거하기 위하여 사용하는 방법으로 흡착법, 흡수법, 막분리법 등이 적용되고 있다. In general, adsorption, absorption, membrane separation, and the like are used as a method for separating and removing carbon dioxide contained in exhaust gas.
여기서, 흡수법의 경우, 배가스에 포함되어 있는 이산화탄소를 분리 및 제거하기 위하여 이산화탄소 흡수액을 사용한다. 이와 같이 흡수법을 이용하여 배가스에 포함되어 있는 이산화탄소의 분리시 사용되는 이산화탄소 흡수액은 통상 아민계 화합물로 이루어지는 흡수액이 통용되고 있다. Here, in the absorption method, a carbon dioxide absorption liquid is used to separate and remove carbon dioxide contained in the exhaust gas. Thus, the absorption liquid which consists of an amine compound is commonly used for the carbon dioxide absorption liquid used at the time of the separation of the carbon dioxide contained in exhaust gas using the absorption method.
그러나 배가스에서 이산화탄소 분리시 사용되는 흡수액으로 아민계 화합물을 사용할 경우, 아민계 화합물이 고가이기 때문에 전체적인 비용이 증가하고, 아민계 화합물에 의하여 배가스에서 이산화탄소를 흡수 및 분리하기 위한 기계장치가 부식되어 작은 유지 보수가 필요하다는 문제점이 있었다.However, when the amine compound is used as the absorbent liquid used to separate carbon dioxide from the flue gas, the overall cost increases because the amine compound is expensive, and the mechanism for absorbing and separating carbon dioxide from the flue gas by the amine compound is corroded. There was a problem that maintenance was required.
한편, 최근 들어 배가스로부터 이산화탄소를 흡수 및 제거하기 위하여 암모니아수가 주목을 받고 있는데, 이는 암모니아수의 비용이 상대적으로 저렴하고, 아민계 화합물에 비하여 배가스에서 이산화탄소를 흡수 및 분리하기 위한 기계장치의 부식 문제를 감소시킬 뿐만 아니라 아민계 화합물에 비해서 재생온도가 낮음에 따라 재생에너지 소모가 적은 장점이 있기 때문이다.On the other hand, ammonia water has recently attracted attention for absorbing and removing carbon dioxide from flue gas, which is relatively inexpensive and reduces the problem of corrosion of machinery for absorbing and separating carbon dioxide from flue gas compared to amine compounds. This is because not only the reduction but also the consumption of renewable energy is low as the regeneration temperature is lower than that of the amine compound.
한편, 암모니아수를 이용하여 이산화탄소를 흡수 및 제거하는 방법에 대하여 Bai와 Yeh가 연구 논문(Ind.Eng.Chem.Res.1997, 36권 2490쪽)을 발표하였으며, 또한 Resnik 등도 Aquar Ammonia Process라는 암모니아 이산화탄소 흡수공정을 발표하였다(Int.J.of Env.Technology & Management,4권,1호). Meanwhile, Bai and Yeh published a research paper (Ind.Eng.Chem.Res.1997, 36, 2490) on how to absorb and remove carbon dioxide using ammonia water, and Resnik et al. Also called Aquar Ammonia Process. Announced the absorption process (Int. J. of Env. Technology & Management, Vol. 4, No. 1).
또한 대한민국 등록특허 제10-0703999호에는 5-15wt%의 암모니아수 용액을 20~40℃로 제1 흡수탑의 상부로 공급하고, 제1 흡수탑의 하부로 이산화탄소가 함유된 혼합가스를 도입하여 혼합가스에 함유된 이산화탄소를 암모니아수에 흡수시키고, 이산화탄소가 흡수된 이산화탄소 함유 암모니아수를 탈거탑으로 보내어 70~88℃로 가열하여 이산화탄소를 탈거시키며, 이산화탄소가 탈거된 암모니아수를 열교환기로 냉각하여 다시 제1 흡수탑으로 재순화시키면서 탈거된 이산화탄소를 제3 흡수탑으로 보내어 이산화탄소에 함유된 미량의 암모니아를 물로 제거함으로써 이산 화탄소를 흡수하는 공정이 제시되어 있다. In addition, the Republic of Korea Patent No. 10-0703999 No. 5-15wt% ammonia water solution is supplied to the upper portion of the first absorption tower at 20 ~ 40 ℃, and mixed by introducing a mixed gas containing carbon dioxide to the lower portion of the first absorption tower The carbon dioxide contained in the gas is absorbed into ammonia water, and carbon dioxide-containing ammonia water absorbed by the carbon dioxide is sent to a stripping column and heated to 70 to 88 ° C. to remove carbon dioxide. The process of absorbing carbon dioxide by sending the removed carbon dioxide to the third absorption tower while recirculating to remove the trace amount of ammonia contained in the carbon dioxide with water is proposed.
그러나 이렇게 암모니아수를 이용하여 이산화탄소를 흡수하는 공정은 기존에 발표된 논문(Int.J.of Thermodynamics, vol.7, pp.173-181)에서 제시한 공정과 유사하며, 상기 등록특허는 흡수탑과 재생탑에서 배출되는 암모니아를 제거하기 위하여 별도의 세정탑을 각각 설치하여 암모니아가 단순히 기체상으로 배출되는 문제는 해결하고 있으나, 암모니아가 이산화탄소와 일부 반응하여 온도가 낮아질 경우 암모니아 염에 의해 배관이 폐쇄되는 문제점이 있었고, 암모니아의 높은 증기압으로 인해 흡수탑 내에서 암모니아수와 배가스가 접촉할 때 암모니아수에 포함된 상당량의 암모니아가 휘발되는 문제점이 있었으며, 이렇게 휘발된 암모니아를 포집하기 위해서는 다량의 세정수가 소모되어야 하는 문제점이 있었고, 이러한 세정수를 재생탑에서 배출되는 가스 중에 함유된 암모니아를 포집하는데 다시금 사용할 경우 암모니아가 충분히 포집될 수 없다는 문제가 발생하였다.However, this process of absorbing carbon dioxide using ammonia water is similar to the process presented in the previously published paper (Int. J. of Thermodynamics, vol. 7, pp. 173-181). In order to remove ammonia from the regeneration tower, a separate washing tower is installed to solve the problem of ammonia simply being discharged to the gas phase.However, if ammonia reacts with carbon dioxide and the temperature is low, the pipe is closed by the ammonia salt. Due to the high vapor pressure of ammonia, when ammonia water and exhaust gas contacted in the absorption tower, a considerable amount of ammonia contained in the ammonia water was volatilized. In order to capture the volatilized ammonia, a large amount of washing water must be consumed. And the gas discharged from the regeneration tower To capture the ammonia contained in the ammonia is problem that can not be sufficiently trapped occurred when used again.
또한,세정수를 외부로부터 전량 공급할 경우 많은 양의 세정수가 필요하게 되어 운전비용을 증가시키고 또한 공급된 양만큼의 세정수를 폐수로 배출하여야 하므로 폐수 처리에 대한 비용도 증가하게 된다.In addition, when the whole amount of washing water is supplied from the outside, a large amount of washing water is required to increase the operating cost, and the amount of washing water must be discharged to the waste water, thereby increasing the cost for waste water treatment.
또한, 흡수탑과 재생탑에서 배출되는 가스 중의 암모니아를 포집하기 위하여 사용된 세정수에는 다량의 암모니아가 함유되기에 사용된 세정수를 농축탑으로 보내어 가열을 함으로써 물과 암모니아를 분리한 뒤 분리된 암모니아를 농축하는데, 이때 농축된 암모니아가 재생탑의 하부로 주입될 경우 재생탑에서의 암모니아 농도를 균일하게 유지하기 어려운 문제점이 있었고, 재생탑의 상부에 암모니아를 포집 한 세정수가 유입되도록 하여 재생탑에서 재비(reboiling)시킬 경우, 많은 에너지가 공급되어야 하는 문제점이 있었다. In addition, the washing water used to capture the ammonia in the gas discharged from the absorption tower and the regeneration tower is sent to the concentration tower by heating the washing water used to contain a large amount of ammonia to separate the water and ammonia In this case, when the concentrated ammonia is injected into the bottom of the regeneration tower, it is difficult to maintain the ammonia concentration uniformly in the regeneration tower, and the washing water in which the ammonia is collected is introduced into the top of the regeneration tower. When reboiling at, there was a problem that a lot of energy must be supplied.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 농축탑의 응축기로부터 배출되는 고농도의 암모니아수 및 고농도의 암모니아기체를 재사용 또는 재포집하여 암모니아를 최대한 회수하여 재활용할 수 있고, 농축탑으로부터 배출되는 폐수 중 일부 또는 전부를 흡수탑의 세정수로 재사용하여 폐수 배출량을 최소화함과 동시에 세정수의 사용량을 극소화할 수 있으며, 재생탑의 세척부에 공급되는 세정수를 외부로부터 공급받고, 배출되는 유출수를 흡수탑의 세정수로 재사용함으로써 흡수탑 세정부의 세정 효율을 상승시켜 암모니아의 대기 중 방출을 최소화할 수 있고 운전비용 및 폐수처리비용을 절감할 수 있는 암모니아수를 이용한 이산화탄소 회수장치 및 이를 이용한 이산화탄소 회수방법를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the problems described above, by reusing or recapturing a high concentration of ammonia water and a high concentration of ammonia gas discharged from the condenser of the concentration tower to recover and recycle as much as possible ammonia from the concentration tower Some or all of the discharged wastewater can be reused as the washing water in the absorption tower to minimize the wastewater discharge and minimize the amount of washing water used. The washing water supplied to the washing section of the regeneration tower is supplied from the outside and discharged. By reusing the effluent water into the water of the absorption tower, the efficiency of cleaning of the absorption tower can be increased, thereby minimizing the emission of ammonia into the air, and reducing the operating cost and wastewater treatment cost. An object of the present invention is to provide a carbon dioxide recovery method.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 암모니아수를 이용한 이산화탄소 회수장치는, 암모니아수로 이루어지는 흡수액을 이용하여 이산화탄소가 함유된 배가스에서 이산화탄소를 회수하기 위한 이산화탄소 회수장치로서, 상기 흡수액을 배가스와 접촉시켜 배가스 중의 이산화탄소를 제거하되, 세정수를 이용하여 흡수액으로부터 휘발된 암모니아를 포집하는 세정부가 일체형으로 구비되는 흡수탑과, 상기 흡수액에 함유된 이산화탄소를 제거하여 상기 흡수액을 재생하는 재생탑과, 상기 흡수탑에서 사용된 세정수로부터 암모니아를 분리하고, 구비된 응축기 및 드럼 을 통해 분리된 암모니아를 고농도의 암모니아수와 고농도의 암모니아기체로 각각 분리 배출하는 농축탑을 포함하며, 상기 고농도 암모니아수가 상기 흡수탑에서 보충용 흡수액으로 재사용되도록 상기 응축기와 상기 흡수탑의 하부를 연결하는 암모니아수 이송관이 설치되고, 상기 고농도의 암모니아기체가 상기 재생탑에서 회수될 수 있도록 상기 드럼과 상기 재생탑의 하부를 연결하는 암모니아기체 이송관이 설치되는 것을 특징으로 한다.A carbon dioxide recovery apparatus using ammonia water according to the present invention for achieving the above object is a carbon dioxide recovery apparatus for recovering carbon dioxide from the exhaust gas containing carbon dioxide by using an absorption liquid consisting of ammonia water, the absorption liquid is in contact with the exhaust gas to exhaust gas An absorption tower including an integrated washing unit for removing carbon dioxide in the absorbent solution and collecting volatilized ammonia from the absorbent liquid, a regeneration tower for regenerating the absorbent liquid by removing carbon dioxide contained in the absorbent liquid, and the absorption unit Separation ammonia from the washing water used in the tower, and a concentrated tower for separating and discharging the ammonia separated through the condenser and the drum to a high concentration of ammonia water and a high concentration of ammonia gas, the high concentration ammonia water in the absorption tower Supplemental absorption An ammonia water transport pipe is installed to connect the condenser and the lower part of the absorption tower so as to be reused, and an ammonia gas transport pipe is connected between the drum and the lower part of the regeneration tower so that the high concentration ammonia gas can be recovered from the regeneration tower. It is characterized in that it is installed.
상기 농축탑의 하부에 설치된 폐수관을 따라 배출되는 폐수 중 일부 또는 전부가 상기 흡수탑에서 세정수로 재사용되도록 상기 폐수관과 흡수탑의 세정용 세정수 공급관을 연결하는 폐수 회송관이 설치되는 것이 바람직하다.The wastewater return pipe connecting the wastewater pipe and the cleaning water supply pipe for the absorption tower is installed so that some or all of the wastewater discharged along the wastewater pipe installed at the bottom of the concentration tower is reused as the washing water in the absorption tower. desirable.
상기 재생탑은 세정수를 이용하여 흡수액의 재생시 배출되는 암모니아를 포집하는 세척부가 일체형으로 구비되는 것이 바람직하다.The regeneration tower is preferably provided with a washing unit integrally collecting the ammonia discharged during the regeneration of the absorbent liquid using the washing water.
상기 재생탑의 세척부에는 외부로부터 공급되는 세척용 세정수 공급관이 설치되고, 흡수액의 재생시 배출되는 암모니아를 포집한 후 상기 세척부로부터 배출되는 유출수가 상기 흡수탑에서 세정수로 재사용되도록 상기 세척부의 하부와 상기 흡수탑의 세정용 세정수 공급관을 연결하는 유출수 회송관이 설치되는 것이 바람직하다.The washing unit of the regeneration tower is provided with a washing water supply pipe for supplying from the outside, and collects ammonia discharged during regeneration of the absorbent liquid, and then discharges the effluent discharged from the washing unit to be reused as the washing water in the absorption tower. It is preferable that an outflow water return pipe connecting the lower part of the part and the cleaning water supply pipe for cleaning the absorption tower is installed.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 암모니아수를 이용한 이산화탄소 회수방법은, 암모니아수로 이루어지는 흡수액을 이산화탄소가 함유된 배가스와 접촉시켜 배가스 중의 이산화탄소를 제거하되, 세정수를 이용하여 흡수액으로부터 휘발된 암모니아를 포집하는 세정부가 일체형으로 구비되는 흡수탑과, 상기 흡수액에 함유된 이산화탄소를 제거하여 상기 흡수액을 재생하되, 세정수를 이용하여 흡수액의 재생시 배출되는 암모니아를 포집하는 세척부가 일체형으로 구비되는 재생탑과, 상기 흡수탑에서 사용된 세정수로부터 암모니아를 분리하고, 구비된 응축기 및 드럼을 통해 분리된 암모니아를 고농도의 암모니아수와 고농도의 암모니아기체로 각각 분리 배출하는 농축탑을 포함하는 암모니아수를 이용한 이산화탄소 회수장치를 이용하여 이산화탄소를 회수하는 방법으로서, 상기 고농도 암모니아수를 상기 흡수탑의 하부로 이송하여 상기 고농도 암모니아수가 보충용 흡수액으로 재사용되도록 하고, 상기 고농도 암모니아기체를 상기 재생탑의 하부로 이송하여 상기 고농도 암모니아기체가 재회수되도록 하는 것을 특징으로 한다.In addition, the carbon dioxide recovery method using ammonia water according to the present invention for achieving the above object, by removing the carbon dioxide in the exhaust gas by contacting the absorbent liquid consisting of ammonia water with the exhaust gas containing carbon dioxide, the volatilized from the absorbent liquid using the washing water An absorption tower including a washing unit for collecting ammonia and a washing unit for removing the carbon dioxide contained in the absorbent liquid to regenerate the absorbent liquid and collecting the ammonia discharged during the regeneration of the absorbent liquid using washing water are integrally provided. Ammonia water including a regeneration tower, and a concentration tower for separating ammonia from the washing water used in the absorption tower and separating and discharging the ammonia separated through the condenser and the drum into high concentration ammonia water and high concentration ammonia gas, respectively. CO2 recovery system A method of recovering carbon dioxide by using the method, the high concentration ammonia water is transferred to the lower portion of the absorption tower so that the high concentration ammonia water can be reused as a replenishment absorbent liquid, and the high concentration ammonia gas is transferred to the lower portion of the regeneration tower so that the high concentration ammonia gas is It is characterized in that the re-collection.
상기 농축탑으로부터 배출되는 폐수 중 일부 또는 전부를 상기 흡수탑의 세정부로 이송하여 상기 폐수가 세정수로 재사용되도록 하는 것이 바람직하다.Part or all of the wastewater discharged from the concentration tower is preferably transferred to the washing unit of the absorption tower so that the wastewater is reused as the washing water.
상기 재생탑의 세척부로는 외부로부터 세척용 세정수가 공급되도록 하고, 세척부에서 배출되는 유출수를 상기 흡수탑의 세정부로 이송하여 상기 유출수가 상기 흡수탑에서 세정수로 재사용되도록 하는 것이 바람직하다.The washing unit of the regeneration tower may be supplied with washing water for cleaning from the outside, and the effluent water discharged from the washing unit may be transferred to the washing unit of the absorption tower so that the effluent is reused as the washing water in the absorption tower.
상술한 바와 같은 암모니아수를 이용한 이산화탄소 회수장치 및 이를 이용한 이산화탄소 회수방법에 따르면, 농축탑의 응축기로부터 배출되는 고농도의 암모니아수 및 고농도의 암모니아기체를 재사용 또는 재포집하여 암모니아를 최대한 회수하여 재활용할 수 있고, 농축탑으로부터 배출되는 폐수 중 일부 또는 전부를 흡수탑의 세정수로 재사용하여 폐수 배출량이 최소화될 수 있고 세정수의 사용량이 극 소화할 수 있게 되며, 재생탑의 세척부에 공급되는 세정수를 외부로부터 공급받고 세척부로부터 배출되는 유출수를 흡수탑의 세정수로 재사용하여 흡수탑 세정부의 세정 효율을 상승시킴으로써 암모니아의 대기 중 방출이 최소화될 수 있고 운전비용 및 폐수처리비용이 절감될 수 있게 된다.According to the carbon dioxide recovery apparatus using the ammonia water and the carbon dioxide recovery method using the same, the high concentration of ammonia water and the high concentration of ammonia gas discharged from the condenser of the concentration tower can be reused or recaptured to recover and recycle the ammonia as much as possible, Some or all of the wastewater discharged from the concentration tower can be reused as the washing water of the absorption tower to minimize wastewater discharge, minimize the amount of washing water used, and cleanse the water supplied to the washing section of the regeneration tower. By increasing the cleaning efficiency of the absorption tower scrubber by reusing the effluent supplied from and discharged from the scrubber to the absorption tower scrubber, the emission of ammonia into the air can be minimized and the operating cost and wastewater treatment cost can be reduced. .
이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the present embodiment is not intended to limit the scope of the present invention, but is presented by way of example only, and various modifications may be made without departing from the technical gist of the present invention.
도 1은 본 발명에 의한 암모니아수를 이용한 이산화탄소 회수장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.1 is a schematic view showing a carbon dioxide recovery apparatus using ammonia water according to the present invention.
도시된 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 암모니아수를 이용한 이산화탄소 회수장치는 흡수탑(100), 재생탑(200) 및 농축탑(300)을 포함하는 구성을 갖는다. 여기서, 상기 농축탑(300)에는 응축기(310)와 이 응축기(310)의 상부에 연결된 드럼(320)이 구비되고, 상기 흡수탑(100), 재생탑(200), 농축탑(300)을 상호 연결하는 다수개의 배관이 설치된다. As shown, the carbon dioxide recovery apparatus using ammonia water according to an embodiment of the present invention has a configuration including an
상기 흡수탑(100)은 배가스 유입관(1)을 통해 상기 흡수탑(100)으로 유입된 배가스를 암모니아수로 이루어지는 흡수액과 접촉시켜 배가스 중의 이산화탄소를 제거하기 위한 것으로서, 상기 흡수탑(100)에는 세정수를 이용하여 흡수액으로부터 휘발된 암모니아를 포집하는 세정부(110)가 일체형으로 구비된다. 이처럼 세정 부(110)가 일체로 구비될 경우 흡수액으로부터 휘발된 암모니아를 포집하기 위하여 별도의 장치를 설치할 필요가 없게 되어 배가스에 함유된 암모니아가 보다 용이하게 제거될 수 있게 된다. The
상기 세정부(110)의 상부에는 외부로부터 상기 세정부(110)로 세정용 세정수를 공급하는 세정용 세정수 공급관(15)이 설치되고, 상기 세정부(110)의 하부에는 암모니아를 포집한 세정수를 상기 농축탑(300)으로 이송하기 위한 세정수 이송관(8)이 설치되며, 이 세정수 이송관(8)은 상기 농축탑(300)으로 연결된다. 한편, 상기 흡수탑(100)의 상부에는 이산화탄소가 제거된 배가스를 토출하기 위한 배가스 배출관(2)이 설치되고, 상기 흡수탑(100)의 하부에는 배가스 중의 이산화탄소를 흡수한 흡수액을 상기 재생탑(200)으로 이송하기 위한 흡수액 이송관(3)이 설치되며, 이 흡수액 이송관(3)은 상기 재생탑(200)의 상부에 연결된다. A washing
한편, 상기 흡수액 이송관(3)에는 흡수액을 일정 온도 냉각시키기 위한 흡수액 열교환기(50)가 설치된다.On the other hand, the absorbent
상기 재생탑(200)은 상기 흡수탑(100)에서 사용된 흡수액에 함유된 이산화탄 소를 제거하여 상기 흡수액을 재생하기 위한 것으로서, 상기 재생탑(200)에는 세정수를 이용하여 흡수액의 재생시 배출되는 암모니아를 포집하는 세척부(210)가 일체형으로 구비된다. 이처럼 세척부(210)가 일체로 구비될 경우 재생 흡수액으로부터 분리된 암모니아를 포집하기 위하여 별도의 장치를 설치할 필요가 없게 되어 이산화탄소에 함유된 암모니아가 보다 용이하게 제거될 수 있게 된다. The
상기 세척부(210)의 상부에는 외부로부터 상기 세척부(210)로 세척용 세정수 를 공급하는 세척용 세정수 공급관(6)이 설치되고, 상기 세척부(210)의 하부에는 암모니아를 포집한 후 세척부(210)로부터 배출되는 유출수(사용된 세척용 세정수임)가 상기 흡수탑(100)에서 세정수로 재사용되도록 하기 위한 유출수 회송관(7)이 설치되며, 이 유출수 회송관(7)은 상기 세정용 세정수 공급관(15)에 연결된다.The upper part of the
한편, 상기 재생탑(200)의 상부에는 상기 흡수액의 재생 과정에서 상기 흡수액으로부터 분리된 이산화탄소를 토출하기 위한 이산화탄소 배출관(4)이 설치되고, 상기 재생탑(200)의 하부에는 재생된 흡수액을 상기 흡수탑(100)으로 이송하기 위한 재생 흡수액 이송관(5)이 설치되며, 이 재생 흡수액 이송관(5)은 상기 흡수액 열교환기(50)를 거쳐 상기 흡수탑(100)의 상부에 연결된다. Meanwhile, a carbon
또한, 상기 재생탑(200)의 하부에는 재생된 흡수액을 순환시킴으로써 재생된 흡수액에 포함된 이산화탄소가 모두 회수될 수 있도록 하는 재생탑 재비기(20)가 설치된다.In addition, a
상기 농축탑(300)은 상기 흡수탑(100)에서 사용된 세정수로부터 암모니아를 분리하고, 구비된 응축기(310) 및 드럼(320)을 통해 분리된 암모니아를 고농도의 암모니아수와 고농도의 암모니아기체로 각각 분리 배출하기 위한 것으로서, 상기 농축탑(300)의 상부에는 세정수로부터 분리된 암모니아를 상기 응축기(310)로 이송하기 위한 암모니아 이송관(9)이 설치되고, 이 이송관(9)은 상기 응축기(310)에 연결된다. The concentrating
한편, 상기 응축기(310)에는 응축기(310)로부터 배출되는 고농도 암모니아수가 상기 흡수탑(100)에서 보충용 흡수액으로 재사용되도록 하기 위한 암모니아수 이송관(10)이 설치되고, 이 암모니아수 이송관(10)은 상기 흡수탑(100)의 하부에 연결된다. On the other hand, the
한편, 상기 드럼(320)에는 드럼(320)으로부터 배출되는 고농도 암모니아기체가 상기 재생탑에서 회수될 수 있도록 하기 위한 암모니아기체 이송관(11)이 설치되고, 이 암모니아기체 이송관(11)은 상기 재생탑(200)의 하부에 연결된다.On the other hand, the
한편, 상기 농축탑(300)의 하부에는 상기 흡수탑(100)에서 사용된 세정수로부터 암모니아를 분리한 폐수를 배출하기 위한 폐수관(12)이 설치되고, 이 폐수관(12)에는 폐수를 일정 온도로 냉각시키기 위한 쿨러(40)가 설치된다. On the other hand, a
한편, 상기 폐수관(12)에는 배출되는 폐수 중 일부 또는 전부가 상기 흡수탑(100)에서 세정수로 재사용되도록 하기 위한 폐수 회송관(14)이 설치되고, 이 폐수 회송관(14)은 상기 세정용 세정수 공급관(15)에 연결된다. On the other hand, the
한편, 상기 폐수관(12)에는 세정수로 재사용되지 않는 폐수를 배출하기 위한 배수관(13)이 설치된다. On the other hand, the
한편, 상기 농축탑(300)의 하부에는 배출되는 폐수를 순환시킴으로써 폐수에 포함된 암모니아가 모두 회수될 수 있도록 하는 농축탑 재비기(30)가 설치된다.Meanwhile, a
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 암모니아수를 이용한 이산화탄소 회수방법을 설명하되, 흡수탑에서의 배가스 중의 이산화탄소 흡수와 재생탑에서의 세정수 재생 및 농축탑에서의 암모니아 농축에 이르는 전반적인 과정과 더불어 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for recovering carbon dioxide using ammonia water according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, which includes overall absorption of carbon dioxide in exhaust gas in an absorption tower, washing water regeneration in a regeneration tower, and ammonia concentration in a concentration tower. Explain in detail with the process.
배가스 유입 배관(1)을 통해 흡수탑(100) 내부로 배가스가 유입되면 암모니아수로 이루어진 흡수액과 배가스가 접촉되면서 배가스 중의 이산화탄소가 흡수액에 흡수되어 배가스로부터 이산화탄소가 제거된다. 여기서, 상기 흡수액의 온도는 20 ~ 50℃인 것이 바람직하고, 이산화탄소가 제거된 배가스는 흡수탑(100)의 상부로 이송되어 배가스 배출관(2)을 통해 토출된다. When the exhaust gas is introduced into the
이때, 다량의 암모니아가 높은 휘발성으로 인하여 흡수액으로부터 탈거되는데, 탈거된 암모니아는 세정용 세정수 공급관(15)을 통해 세정부(110)로 유입된 세정용 세정수에 의해 포집되고, 암모니아를 포집한 세정용 세정수는 세정수 이송관(8)을 통해 농축탑(300)으로 이송된다.At this time, a large amount of ammonia is removed from the absorbent liquid due to high volatility, and the ammonia removed is collected by the washing water introduced into the
한편, 배가스로부터 이산화탄소를 흡수한 흡수액은 흡수탑(100)의 하부에 설치된 흡수액 이송 배관(3)을 통해 재생탑(200)의 상부로 이송되어 재생되며, 이송되는 과정에서 흡수액 열교환기(50)에 의해 일정 온도로 냉각된다. 재생탑(200)에서의 가열에 의한 재생 과정에서 상기 흡수액으로부터 이산화탄소가 분리되고, 분리된 이산화탄소는 재생탑(200)의 상부로 이송되어 이산화탄소 배출관(4)을 통해 토출된다. On the other hand, the absorbent liquid absorbing carbon dioxide from the exhaust gas is transferred to the upper part of the
이때, 재생되는 흡수액으로부터 다량의 암모니아가 탈거되는데, 탈거된 암모니아는 세척용 세정수 공급관(6)을 통해 세척부(210)로 유입된 세척용 세정수에 의해 포집되고, 암모니아를 포집한 세척용 세정수인 유출수는 유출수 회송관(7)을 통해 세정용 세정수 공급관(15)으로 이송되어 흡수탑(100)에서 세정용 세정수로 재사용되고, 재생된 흡수액은 재생 흡수액 이송관(5)을 통해 흡수탑(100)의 상부로 이 송되며, 재생 흡수액에 포함된 이산화탄소는 재생 흡수액이 재생탑 재비기(20)를 순환함에 따라 모두 회수된다. At this time, a large amount of ammonia is removed from the regenerated absorbent liquid, and the ammonia removed is collected by the washing water introduced into the
한편, 세정용 세정수와 세척용 세정수를 외부로부터 전량 공급할 경우 많은 양의 세정수가 필요하게 되어 운전비용을 증가시키고 또한 공급된 양만큼의 세정수를 폐수로 배출하여야 하므로 폐수 처리에 대한 비용도 증가하게 된다. 또한 재생탑(200)에서 흡수액으로부터의 탈거된 암모니아의 양은 흡수탑(100)에서 탈거되는 암모니아의 양과 비교시 약 1/8에 해당하기 때문에 세척용 세정수 공급관(6)을 통해 세척부(210)로 유입되는 세척용 세정수는 소량으로도 충분하다. 따라서, 상기와 같이 세척용 세정수로는 외부로부터의 신선한 세정수를 사용하고, 암모니아를 포집한 세척용 세정수 즉 유출수를 세정용 세정수로 재사용하면 많은 양의 세정수가 절약될 수 있게 되고, 더불어 운전비용 및 폐수 처리 비용도 절감될 수 있게 된다. On the other hand, when the whole amount of washing water and washing water are supplied from the outside, a large amount of washing water is required, which increases the operating cost and also discharges the amount of washing water into the waste water. Will increase. In addition, since the amount of ammonia stripped from the absorbent liquid in the
한편, 흡수탑(100)의 세정부(110)에서 농축탑(300)의 상부로 이송된 암모니아를 포집한 세정용 세정수는 농축탑(300)에서 가열되고, 가열된 세정용 세정수로부터 암모니아가 증발되어 분리되며, 분리된 암모니아는 농축탑(300)의 상부에 구비된 응축기(310)에서 고농도의 암모니아수로 응축되고, 미응축된 암모니아는 상기 응축기(310)의 상부에 설치된 드럼(320)에서 고농도의 암모니아기체로 포집된다. Meanwhile, the washing water for collecting ammonia transferred from the
상기 고농도의 암모니아수는 암모니아수 이송 배관(10)을 통해 흡수탑(100)의 하부로 이송되어 보충용 흡수액으로 재사용되고, 상기 고농도의 암모니아기체는 암모니아기체 이송 배관(11)을 통해 재생탑(200)의 하부로 이송되어 회수된다. 이러한 고농도의 암모니아기체에 대한 재생탑(200)에서의 회수는 암모니아를 최대한 회수하여 재활용하기 위한 것이며, 이와 같은 고농도의 암모니아기체의 회수에 의해 암모니아의 대기 중 방출이 최소화될 수 있고, 운전비용이 절감될 수 있게 된다.The high concentration of ammonia water is transferred to the lower portion of the
한편, 상기 흡수탑(100)에서 사용된 세정수로부터 암모니아가 분리된 폐수는 농축탑(300)의 하부로 이송되고, 폐수관(12)을 통해 배출되며 쿨러(40)에 의해 일정 온도로 냉각된다. 이때, 냉각된 폐수 중 일부 또는 전부는 폐수 회송관(14)을 통해 상기 세정용 세정수 공급관(15)으로 이송되어 흡수탑(100)에서 세정용 세정수로 재사용되고, 세정용 세정수로 재사용되지 않는 폐수는 배수관(13)을 통해 배출되며, 폐수에 포함된 암모니아는 폐수가 농축탑 재비기(30)를 순환함에 따라 모두 회수된다. Meanwhile, wastewater from which ammonia is separated from the washing water used in the
상기 폐수의 암모니아 농도는 10ppm이하이므로 세정용 세정수로 충분히 재사용될 수 있고, 상기 배수관(13)을 통해 배출되는 양만큼 상기 세정용 세정수 공급 배관(15)을 통해 새로운 세정용 세정수가 공급된다. 이때, 상기 흡수탑(100)의 세정부(110)로 공급되는 전체 세정수의 양은 공정운전조건 및 배출되는 암모니아의 농도에 따라 결정되며 흡수탑(100)의 세정부(110) 및 재생탑(200)의 세척부(210)에서 배출되는 기체 중의 암모니아의 농도는 10ppm이하가 되도록 운전하는 것이 바람직하다.Since the ammonia concentration of the waste water is 10 ppm or less, it can be sufficiently reused as washing water for washing, and new washing water for washing is supplied through the washing
한편, 상기 농축탑(300)에서 암모니아를 분리하기 위한 가열온도는 농축탑(300)으로 이송된 세정수의 암모니아 농도에 따라서 달라지나 80 ~ 90℃인 것이 바람직하고, 농축탑 재비기(30) 온도는 100 ~ 115℃로 유지되는 것이 바람직하다. 이는 응축기(310)에서 고농도의 암모니아수가 응축되도록 하기 위해 수분이 일부 증발되어야 하기 때문이다. On the other hand, the heating temperature for separating the ammonia in the
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 하기에 기술하는 실시예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 이로 인해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것이 아님은 자명하다 할 것이다.Hereinafter, an Example is given and this invention is demonstrated in detail. The embodiments described below are intended to specifically illustrate the present invention, which will be apparent that the scope of the present invention is not limited.
<실시예1>Example 1
흡수탑(100)의 일측 하부에 설치된 배가스 유입관(1)을 통해 전체 중량 대비 25%의 부피를 갖는 이산화탄소(CO2)를 함유한 배가스를 50Nm3/hr의 유량으로 공급하고 5% 농도의 암모니아수를 흡수탑(100)으로 650kg/hr의 유량으로 공급하여 배가스 중의 이산화탄소를 흡수제거한 결과, 흡수탑(100) 및 재생탑(200)의 세정부(110) 및 세척부(210)를 작동하지 않았을 때의 흡수탑(100)으로부터 배출된 배가스 중의 암모니아 농도와 재생탑(200)으로부터 배출된 이산화탄소 중의 암모니아 농도는0.6 ~ 1.6%로서 농도가 높았다.A flue gas containing carbon dioxide (CO 2 ) having a volume of 25% relative to the total weight is supplied at a flow rate of 50 Nm 3 / hr through a flue
반면에, 재생탑(200)의 세척부(210)로 10kg/hr의 유량으로 세척용 세정수를 공급한 결과, 재생탑(200)으로부터 배출된 이산화탄소 중의 암모니아 농도는 1 ~ 5ppm이었고, 세정용 세정수 공급관(15) 및 유출수 회송관(7)을 통해 흡수탑(100)의 세정부(110)로 90kg/hr의 유량으로 세정용 세정수를 공급한 결과, 흡수탑(100)으로부터 배출된 배가스 중의 암모니아 농도는 약 25ppm이었으며, 흡수탑(100)에서의 이산화탄소 제거 효율은 90%였고, 재생탑(200)의 이산화탄소 배출관(4)에서의 이산화탄소 농도는 96%였다.On the other hand, as a result of supplying the washing water for washing to the
이때, 재생탑(200)의 재생온도는 85℃였고, 농축탑(300)의 운전온도는 110℃였으며, 발생되는 폐수 중의 암모니아 농도는 약 5ppm이었고, 폐수 중 약 30%를 배수관(13)을 통해 배출하였으며, 나머지 70%는 폐수 회송관(14)을 통해 세정용 세정수 공급관(15)으로 이송하여 세정용 세정수로 사용하였다.At this time, the regeneration temperature of the
<실시예2>Example 2
흡수탑(100)의 일측 하부에 설치된 배가스 유입관(1)을 통해 전체 중량 대비 25%의 부피를 갖는 이산화탄소(CO2)를 함유한 배가스를 50Nm3/hr의 유량으로 공급하고 7% 농도의 암모니아수를 흡수탑(100)으로 500kg/hr의 유량으로 공급하여 배가스 중의 이산화탄소를 흡수제거한 결과, 흡수탑(100) 및 재생탑(200)의 세정부(110) 및 세척부(210)를 작동하지 않았을 때의 흡수탑(100)으로부터 배출된 배가스 중의 암모니아 농도와 재생탑(200)으로부터 배출된 이산화탄소 중의 암모니아 농도는0.5 ~ 2%로서 농도가 높았다.A flue gas containing carbon dioxide (CO 2 ) having a volume of 25% relative to the total weight is supplied at a flow rate of 50 Nm 3 / hr through a flue
반면에, 재생탑(200)의 세척부(210)로 10kg/hr의 유량으로 세척용 세정수를 공급한 결과, 재생탑(200)으로부터 배출된 이산화탄소 중의 암모니아 농도는 1 ~ 5ppm이었고, 세정용 세정수 공급관(15) 및 유출수 회송관(7)을 통해 흡수탑(100)의 세정부(110)로 100kg/hr의 유량으로 세정용 세정수를 공급한 결과, 흡수탑(100)으로부터 배출된 배가스 중의 암모니아 농도는 약 25ppm이었으며, 흡수탑(100)에서의 이산화탄소 제거 효율은 90%였고, 재생탑(200)의 이산화탄소 배출관(4)에서의 이산화탄소 농도는 96%였다.On the other hand, as a result of supplying the washing water for washing to the
이때, 재생탑(200)의 재생온도는 85℃였고, 농축탑(300)의 운전온도는 110℃였으며, 발생되는 폐수 중의 암모니아 농도는 약 5ppm이었고, 폐수 중 약 50%를 배수관(13)을 통해 배출하였으며, 나머지 50%는 폐수 회송관(14)을 통해 세정용 세정수 공급관(15)으로 이송하여 세정용 세정수로 사용하였다.At this time, the regeneration temperature of the
상술한 실시예1 및 실시예2에 따르면 흡수탑(100)으로부터 배출된 배가스 중의 암모니아 농도와 재생탑(200)으로부터 배출된 이산화탄소 중의 암모니아 농도가 현저히 감소하였음을 알 수 있으며, 이는 암모니아가 최대한 회수되어 재활용되었음을 의미하며, 이러한 암모니아 농도의 감소로 암모니아 염의 생성이 억제되어 배관 폐쇄현상이 발생하지 않게 되고, 농축탑(300)의 폐수를 재활용함으로써 세정수로 사용되는 물의 추가적인 사용량이 줄어들어 운전비용 및 폐수처리비용이 절감될 수 있게 된다.According to the first and second embodiments described above, it can be seen that the ammonia concentration in the exhaust gas discharged from the
이상, 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음이 이해될 필요가 있다.While specific embodiments of the present invention have been illustrated and described, those of ordinary skill in the art may vary the present invention without departing from the spirit of the invention as set forth in the following claims. It is to be understood that modifications and variations are possible.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 암모니아수를 이용한 이산화탄소 회수장치를 개략적으로 나타낸 구성도.1 is a schematic view showing a carbon dioxide recovery apparatus using ammonia water according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1 : 배가스 유입관 2 : 배가스 배출관1: exhaust gas inlet pipe 2: exhaust gas discharge pipe
3 : 흡수액 이송관 4 : 이산화탄소 배출관3: absorbent liquid transfer pipe 4: carbon dioxide discharge pipe
5 : 재생 흡수액 이송관 6 : 세척용 세정수 공급관5: regeneration absorbent liquid transfer pipe 6: washing water supply pipe for washing
7 : 유출수 회송관 8 : 세정수 이송관7: Outflow water return pipe 8: Washing water transport pipe
9 : 암모니아 이송관 10 : 암모니아수 이송관9: ammonia transfer tube 10: ammonia water transfer tube
11 : 암모니아기체 이송관 12 : 폐수관11: ammonia gas transfer pipe 12: waste water pipe
13 : 배수관 14 : 폐수 회송관13: drain pipe 14: wastewater return pipe
15 : 세정용 세정수 공급관 20 : 재생탑 재비기15: washing water supply pipe for cleaning 20: re-boiling regeneration tower
30 : 농축탑 재비기 40 : 쿨러30: reheating tower 40: cooler
50 : 흡수액 열교환기 100 : 흡수탑50: absorption liquid heat exchanger 100: absorption tower
110 : 세정부 200 : 재생탑110: cleaning unit 200: regeneration tower
210 : 세척부 300 : 농축탑210: washing unit 300: concentration tower
310 : 응축기 320 : 드럼310: condenser 320: drum
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- 2009-11-17 KR KR1020090111019A patent/KR101138188B1/en active IP Right Grant
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