KR101297210B1 - Improved method for capturing carbon dioxide using aqueous ammonia and apparatus implementing the same - Google Patents
Improved method for capturing carbon dioxide using aqueous ammonia and apparatus implementing the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR101297210B1 KR101297210B1 KR1020110112523A KR20110112523A KR101297210B1 KR 101297210 B1 KR101297210 B1 KR 101297210B1 KR 1020110112523 A KR1020110112523 A KR 1020110112523A KR 20110112523 A KR20110112523 A KR 20110112523A KR 101297210 B1 KR101297210 B1 KR 101297210B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- ammonia
- carbon dioxide
- tower
- water
- gas
- Prior art date
Links
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 331
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 289
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 143
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 142
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 84
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 140
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 88
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims abstract description 78
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 71
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 50
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 32
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims description 15
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims description 15
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 6
- -1 amine compound Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 2
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 30
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 11
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N Ammonium bicarbonate Chemical compound [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GLUUGHFHXGJENI-UHFFFAOYSA-N Piperazine Chemical compound C1CNCCN1 GLUUGHFHXGJENI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 229910000013 Ammonium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 235000012538 ammonium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- BVCZEBOGSOYJJT-UHFFFAOYSA-N ammonium carbamate Chemical compound [NH4+].NC([O-])=O BVCZEBOGSOYJJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012501 ammonium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- KXDHJXZQYSOELW-UHFFFAOYSA-N carbonic acid monoamide Natural products NC(O)=O KXDHJXZQYSOELW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N h2o hydrate Chemical compound O.O JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011356 non-aqueous organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/46—Removing components of defined structure
- B01D53/62—Carbon oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/77—Liquid phase processes
- B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Gas Separation By Absorption (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
본 발명은 암모니아수 흡수용액을 이용하여 연소배가스로부터 이산화탄소를 선택적으로 흡수하기 위한 흡수탑; 상기 흡수탑에서 유출되는 암모니아를 세정하기 위한 세정탑; 이산화탄소가 흡수된 암모니아수로부터 이산화탄소를 고압에서 탈거시키기 위한 이산화탄소 탈거탑; 및 세정탑에서 생산된 세정탑-배출 암모니아수를 암모니아 기체와 물로 분리하는 암모니아 회수탑을 사용하는 이산화탄소 포집 방법에 있어서, 상기 흡수탑에서 증발하는 암모니아를 세정탑으로 공급하여 세정수로 세정한 후 암모니아 회수탑으로 이송하고, 상기 암모니아 회수탑에서 가열을 통해 생성된 수증기/암모니아 혼합 기체를 상기 암모니아 회수탑의 상단에 위치하는 열교환 부분 응축기로 이송하고, 상기 열교환 부분 응축기에서 수증기는 응축시켜 암모니아 회수탑으로 재순환시키며 회수 암모니아 기체는 암모니아 기체 이송관을 통해 흡수탑으로 재순환시키는 것을 특징으로 하는, 암모니아수 흡수용액을 사용하는 개선된 이산화탄소 포집 방법 및 상기 방법을 구현하는 장치를 제공한다.The present invention is an absorption tower for selectively absorbing carbon dioxide from the combustion flue gas using ammonia water absorption solution; A washing tower for washing ammonia flowing out of the absorption tower; A carbon dioxide stripping tower for removing carbon dioxide from the ammonia water absorbed by carbon dioxide at a high pressure; And a carbon dioxide collection method using an ammonia recovery tower that separates the ammonia water produced in the scrubber column into ammonia gas and water, wherein the ammonia evaporated from the absorption tower is supplied to the scrubber to be washed with scrubber water, followed by ammonia. Transfer to the recovery tower, and the vapor / ammonia mixed gas generated by heating in the ammonia recovery tower is transferred to the heat exchange partial condenser located at the top of the ammonia recovery tower, the water vapor in the heat exchange partial condenser condensed by ammonia recovery tower An improved carbon dioxide capture method using an ammonia water absorption solution, and an apparatus for implementing the method, characterized in that the ammonia gas absorption tube is recycled to the absorption tower through the ammonia gas transfer pipe.
Description
본 발명은 연소배가스와 같은 이산화탄소를 포함하는 혼합기체로부터 암모니아수 흡수용액을 사용하여 이산화탄소를 제거하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이산화탄소 흡수탑에서 배출되는 가스에 포함된 암모니아를 세정시키기 위한 세정수로부터 암모니아를 분리 및 회수하여 다시 흡수탑으로 이송시켜 흡수탑 내 이산화탄소 제거율을 향상시킬 수 있는 개선된 이산화탄소 포집 방법 및 이를 구현하는 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for removing carbon dioxide from a mixed gas containing carbon dioxide, such as combustion exhaust gas, using ammonia water absorption solution. In particular, the present invention is an improved carbon dioxide capture method that can improve the removal rate of carbon dioxide in the absorption tower by separating and recovering ammonia from the washing water for cleaning the ammonia contained in the gas discharged from the carbon dioxide absorption tower to be transferred to the absorption tower again. And an apparatus for implementing the same.
흡수용액을 사용하여 연소배가스와 같은 혼합기체 내의 이산화탄소를 제거 회수하는 방법으로는, 흡수용액과 혼합기체를 직접 접촉시켜 흡수용액의 흡수제가 이산화탄소와 결합함으로써 이산화탄소를 제거하고 정제된 기체를 얻어내는 공정이 대표적이다. 이러한 공정에서, 흡수공정을 거친 흡수용액에 에너지를 공급하면 흡수제에서 이산화탄소가 분리되어 회수되고, 흡수용액은 다시 이산화탄소를 흡수할 수 있도록 재생된다. A method of removing and recovering carbon dioxide in a mixed gas such as combustion exhaust gas by using an absorbent solution is a process of directly contacting the absorbent solution and the mixed gas to remove carbon dioxide by combining the absorbent in the absorbent solution with carbon dioxide to obtain a purified gas. This is representative. In this process, when energy is supplied to the absorption solution through the absorption process, carbon dioxide is separated and recovered from the absorbent, and the absorption solution is regenerated so as to absorb carbon dioxide again.
이러한 이산화탄소 흡수 공정에 사용되는 흡수용액으로는 아민과 암모니아수가 대표적이다. 흡수용액으로서 암모니아수를 이용한 이산화탄소 흡수 공정은 아민을 이용한 흡수 공정에 비해 암모니아는 흡수제 재생에 필요한 에너지가 적고, 흡수제의 가격과 내부식성 및 열화학적 안전성 측면에서 유리한 장점이 있다. 특히, 재생에너지가 적고 고온고압에서 안정하기 때문에, 흡수된 이산화탄소를 이산화탄소 탈거탑에서 흡수액으로부터 분리시킬 때 고압에서 고순도 이산화탄소의 재생이 가능하다. 분리를 통해 생산된 이산화탄소를 이송시키기 위해서는 50 bar 이상의 압력으로 압축하여 부피를 줄여야 하는데, 압축기의 단수가 증가할수록 에너지가 크게 소요된다. 따라서 3∼30 bar 이상의 고압의 이산화탄소를 생산할 수 있는 암모니아수 공정의 경우 이산화탄소 압축에 필요한 압축기 장치비용과 운전비용을 많이 감소시킬 수 있는 장점이 있다.Ammonium and ammonia water are typical examples of the absorption solution used in the carbon dioxide absorption process. Carbon dioxide absorption process using ammonia water as the absorbent solution, compared with the amine absorption process, ammonia has less energy required to regenerate the absorbent, and has advantages in terms of cost, corrosion resistance and thermochemical safety of the absorbent. In particular, since the renewable energy is low and stable at high temperature and high pressure, high purity carbon dioxide can be regenerated at high pressure when the absorbed carbon dioxide is separated from the absorbent liquid in the carbon dioxide stripping column. In order to transport carbon dioxide produced through separation, it is necessary to reduce the volume by compressing to a pressure of 50 bar or more. As the number of stages of the compressor increases, energy is consumed. Therefore, in the case of ammonia water process that can produce high pressure carbon dioxide of 3 to 30 bar or more, there is an advantage that can greatly reduce the compressor device cost and operating cost required for carbon dioxide compression.
암모니아수의 암모니아는 용액 상에서 이온화되거나 물리적으로 용해된 상태로 존재한다. 용액 중에 용해된 암모니아 기체의 분압은 온도에 크게 의존하므로 온도가 증가할수록 쉽게 증발될 수 있으며, 상온에서도 용액 중의 암모니아 원료가 손실되어 원료의 주기적 또는 지속적인 보충이 필요하다. 암모니아수를 흡수 용액으로 사용하는 이산화탄소 흡수 장치 및 공정에서는 혼합기체가 암모니아수와 접촉하여 이산화탄소가 제거되거나 회수되므로, 배출되는 처리 배가스가 포함되거나 분리된 이산화탄소 생성물에 불순물 및 환경오염 물질로서 포함될 수 있다. 특히, 암모니아수가 재사용될 경우에는 이산화탄소가 함유된 암모니아수의 온도를 높여서 재생하게 되는데, 온도가 높은 경우에는 암모니아수의 증발이 보다 활성화되므로 암모니아수 내의 암모니아 기체의 증발 감소 또는 억제가 반드시 필요하게 된다. Ammonia in aqueous ammonia is present in the solution in an ionized or physically dissolved state. The partial pressure of the ammonia gas dissolved in the solution is highly dependent on the temperature, so it can be easily evaporated with increasing temperature, and even at room temperature, the ammonia raw material is lost, requiring periodic or continuous replenishment of the raw material. In a carbon dioxide absorption apparatus and process using ammonia water as an absorption solution, since the mixed gas is contacted with ammonia water and carbon dioxide is removed or recovered, the discharged exhaust gas may be included or may be included as impurities and environmental pollutants in the separated carbon dioxide product. In particular, when ammonia water is reused, it is regenerated by increasing the temperature of the ammonia water containing carbon dioxide. When the temperature is high, evaporation of ammonia gas in the ammonia water is required to be reduced or suppressed.
일반적으로 암모니아수 내의 암모니아 기체의 증발을 방지하기 위해 사용되는 방법으로는, 정제되거나 회수되는 기체에 포함된 암모니아를 물에 대한 용해도 차이를 이용하여 물로 세정하는 방법(한국등록특허 제10-0836709호, 제10-0791091호 등)이 있다. 처리된 배가스에 포함된 암모니아를 세정탑에서 세정수를 이용하여 세정하고, 암모니아 세정에 사용된 세정수를 암모니아 회수탑으로 이송한 뒤 가열을 통해 암모니아를 물로부터 분리한다. 회수탑에서 분리된 암모니아 기체는 상압으로 운전되는 이산화탄소 탈거탑으로 이송되어 흡수액에 용해되어 회수되게 된다. 그러나 전술한 바와 같이 고압의 이산화탄소를 생산하기 위해 이산화탄소 탈거탑을 3∼30 bar 이상의 고압에서 운전하는 경우, 암모니아 기체를 상압의 회수탑에서 고압의 이산화탄소 탈거탑으로 이송하기 위해서는 고비용의 압축기를 사용해야 하므로 비용이 상승하는 단점이 있다. 또한 암모니아를 이산화탄소 탈거탑에 이송시킬 때 기체로서 주입되므로, 기상의 이산화탄소와 액상의 암모니아수를 분리하는 이산화탄소 탈거탑 내에서 암모니아를 액상으로 전환시켜야 하는 단점도 있다. 다른 방법으로서 암모니아 기체를 세정수에 용해시켜 흡수탑으로 이송할 경우, 저농도의 암모니아 세정수가 흡수액에 유입되어 흡수액의 암모니아 농도가 감소되고 이산화탄소 제거성능이 시간에 따라 저하되는 문제가 발생할 수 있다.In general, as a method used to prevent evaporation of ammonia gas in ammonia water, a method of washing ammonia contained in a gas to be purified or recovered with water using a difference in solubility in water (Korean Patent No. 10-0836709, 10-0791091, etc.). The ammonia contained in the treated flue gas is washed with washing water in a washing tower, the washing water used for washing the ammonia is transferred to the ammonia recovery tower, and the ammonia is separated from the water by heating. The ammonia gas separated from the recovery tower is transferred to a carbon dioxide stripping column operated at atmospheric pressure, and dissolved in the absorbent liquid to be recovered. However, as described above, when the carbon dioxide stripping tower is operated at a high pressure of 3 to 30 bar or more to produce high pressure carbon dioxide, an expensive compressor must be used to transfer ammonia gas from the normal pressure recovery tower to the high pressure carbon dioxide stripping tower. There is a disadvantage that the cost increases. In addition, since ammonia is injected as a gas when the ammonia is transferred to the carbon dioxide stripping column, there is a disadvantage in that the ammonia is converted into the liquid phase in the carbon dioxide stripping tower separating the gaseous carbon dioxide and the liquid ammonia water. As another method, when ammonia gas is dissolved in the washing water and transferred to the absorption tower, a low concentration of the ammonia washing water flows into the absorption liquid, thereby reducing the ammonia concentration of the absorption liquid and degrading carbon dioxide removal performance over time.
본 발명의 목적은 암모니아수 흡수용액을 사용하는 이산화탄소 포집 공정에서 암모니아 회수에 필요한 에너지를 절감하고, 흡수탑에서 이산화탄소와 암모니아의 반응을 보다 활성화시켜 흡수탑 내 이산화탄소 제거율을 향상시킬 수 있는 개선된 방법 및 이를 구현하는 장치를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to improve the carbon dioxide removal rate in the absorption tower by reducing the energy required for ammonia recovery in the carbon dioxide capture process using the ammonia water absorption solution, and by activating the reaction of carbon dioxide and ammonia in the absorption tower and It is to provide a device for implementing this.
상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 암모니아수 흡수용액을 이용하여 연소배가스로부터 이산화탄소를 선택적으로 흡수하기 위한 흡수탑; 상기 흡수탑에서 유출되는 암모니아를 세정하기 위한 세정탑; 이산화탄소가 흡수된 암모니아수로부터 이산화탄소를 고압에서 탈거시키기 위한 이산화탄소 탈거탑; 및 세정탑에서 생산된 세정탑-배출 암모니아수를 암모니아 기체와 물로 분리하는 암모니아 회수탑을 사용하는 이산화탄소 포집 방법에 있어서, 상기 흡수탑에서 증발하는 암모니아를 세정탑으로 공급하여 세정수로 세정한 후 암모니아 회수탑으로 이송하고, 상기 암모니아 회수탑에서 가열을 통해 생성된 수증기와 암모니아 혼합 기체를 상기 암모니아 회수탑의 상단에 위치하는 열교환 부분 응축기로 이송하고, 상기 열교환 부분 응축기에서 수증기를 응축시켜 암모니아 회수탑으로 재순환시키며 회수 암모니아 기체는 암모니아 기체 이송관을 통해 흡수탑으로 재순환시키는 것을 특징으로 하는, 암모니아수 흡수용액을 사용하는 개선된 이산화탄소 포집 방법을 제공한다.
In order to solve the problems of the prior art, the present invention is an absorption tower for selectively absorbing carbon dioxide from the combustion exhaust gas using ammonia water absorption solution; A washing tower for washing ammonia flowing out of the absorption tower; A carbon dioxide stripping tower for removing carbon dioxide from the ammonia water absorbed by carbon dioxide at a high pressure; And a carbon dioxide collection method using an ammonia recovery tower that separates the ammonia water produced in the scrubber column into ammonia gas and water, wherein the ammonia evaporated from the absorption tower is supplied to the scrubber to be washed with scrubber water, followed by ammonia. The ammonia recovery tower is transferred to a recovery column, and the vapor and ammonia mixed gas generated by heating in the ammonia recovery tower are transferred to a heat exchange partial condenser located at the top of the ammonia recovery tower, and the water vapor is condensed in the heat exchange partial condenser. And ammonia gas is recycled to the absorption tower through an ammonia gas delivery tube, thereby providing an improved method for capturing carbon dioxide using an ammonia water absorption solution.
본 발명의 방법은, 상압에서 작동하는 암모니아 회수탑에서 분리된 암모니아 기체를 고압에서 작동하는 이산화탄소 탈거탑으로 이송시키거나, 암모니아 기체를 세정수에 용해시켜 상압에서 작동하는 흡수탑으로 이송하는 종래기술과는 달리, 상압에서 작동하는 암모니아 회수탑에서 가열을 통해 생성된 수증기와 암모니아 혼합 기체를 암모니아 회수탑의 상단에 위치하는 열교환 부분 응축기로 이송하여 회수 암모니아 기체와 수증기를 분리하고, 분리된 회수 암모니아 기체를 상압에서 작동하는 흡수탑으로 재순환시키는 것을 특징으로 한다.
The method of the present invention is a prior art for transferring the ammonia gas separated from the ammonia recovery tower operating at atmospheric pressure to a carbon dioxide stripping column operating at a high pressure, or dissolving ammonia gas in the washing water to an absorption tower operating at atmospheric pressure. Unlike, the ammonia recovery tower operating at atmospheric pressure transfers the steam and ammonia mixed gas generated by heating to a heat exchange partial condenser located at the top of the ammonia recovery tower to separate the recovered ammonia gas and the steam, and separate the recovered ammonia. The gas is recirculated to an absorption tower operating at atmospheric pressure.
본 발명에 따르면, 고체 암모늄염의 생성을 억제하기 위해 암모니아 이송관의 내부 온도를 70∼80℃로 유지시키는 것이 바람직하다. According to the present invention, it is preferable to maintain the internal temperature of the ammonia feed pipe at 70 to 80 ° C. in order to suppress the formation of solid ammonium salts.
본 발명에 따르면, 수증기와 회수 암모니아 기체를 분리시키고 과량의 수분을 응축시키기 위해 열교환 부분 응축기의 온도를 60∼90℃, 특히 70∼80℃의 온도로 유지시키는 것이 바람직하다. According to the invention, it is preferable to maintain the temperature of the heat exchange partial condenser at a temperature of 60 to 90 ° C., in particular 70 to 80 ° C., in order to separate the steam and recovered ammonia gas and to condense the excess moisture.
본 발명에 따르면, 상기 이산화탄소 탈거탑의 하단에 제1 재비기를 더 구비하여 이산화탄소 탈거탑의 하부에서 배출되는 탈거탑-배출 암모니아수로부터 3∼30 bar의 압력 하 80∼180℃의 온도에서 이산화탄소를 분리하고, 상기 제1 재비기로부터 분리된 이산화탄소를 이산화탄소 탈거탑의 하부로 재순환시키며 이산화탄소가 제거된 탈거탑-배출 암모니아수는 암모니아수 흡수용액으로서 흡수탑의 상부로 재순환시키는 것이 바람직하다. According to the present invention, further comprising a first reboiler at the bottom of the carbon dioxide stripping column to separate the carbon dioxide at a temperature of 80 ~ 180 ℃ under a pressure of 3 to 30 bar from the stripping column-discharged ammonia water discharged from the bottom of the carbon dioxide stripping tower The carbon dioxide separated from the first reboiler is recycled to the lower portion of the carbon dioxide stripping column, and the stripping column-exhausted ammonia water from which carbon dioxide has been removed is preferably recycled to the upper portion of the absorption tower as the ammonia water absorption solution.
본 발명에 따르면, 상기 암모니아 회수탑의 하단에 제2 재비기를 더 구비하여 암모니아 회수탑의 하부에서 배출되는 회수탑-배출 암모니아수로부터 상압 하 80∼99℃의 온도에서 암모니아를 분리하고, 상기 제2 재비기로부터 분리된 암모니아 기체를 암모니아 회수탑의 하부로 재순환시키며, 암모니아가 제거된 회수탑-배출 암모니아수는 세정수로서 세정탑의 상부로 재순환시키는 것이 바람직하다.According to the present invention, a second reboiler is further provided at the bottom of the ammonia recovery tower to separate the ammonia at a temperature of 80 to 99 ° C. under atmospheric pressure from the recovery tower-discharged ammonia water discharged from the lower part of the ammonia recovery tower. The ammonia gas separated from the reboiler is recycled to the bottom of the ammonia recovery tower, and the recovery tower-exhaust ammonia water from which the ammonia has been removed is preferably recycled to the top of the washing tower as the washing water.
본 발명에 따르면, 회수 암모니아 기체의 이동 속도를 증가시키기 위해 암모니아 기체 이송관을 블로워와 연결하는 것이 바람직하다.According to the present invention, it is preferable to connect the ammonia gas delivery pipe with the blower in order to increase the moving speed of the recovered ammonia gas.
본 발명에 따르면, 암모니아수 흡수용액은 5∼40 중량%의 암모니아를 포함하는 암모니아 수용액이고, 상기 암모니아수 흡수용액은 아민계 화합물, 알카놀아민계 화합물, 물리흡수제, 이온성 액체, 촉매, 알코올계 화합물, 고체 입자 및 무기염류로 이루어지는 군으로부터 선택되는 첨가제 10중량% 이하를 더 포함하는 것이 바람직하다.
According to the present invention, the aqueous ammonia solution is an aqueous ammonia solution containing 5 to 40% by weight of ammonia, and the aqueous ammonia solution is an amine compound, an alkanolamine compound, a physical absorbent, an ionic liquid, a catalyst, an alcohol compound, It is preferable to further contain 10 wt% or less of an additive selected from the group consisting of solid particles and inorganic salts.
또한, 본 발명은 암모니아수 흡수용액을 이용하여 연소배가스로부터 이산화탄소를 선택적으로 흡수하기 위한 흡수탑(3); 상기 흡수탑에서 유출되는 암모니아를 세정하기 위한 세정탑(13); 이산화탄소가 흡수된 암모니아수에서 이산화탄소를 탈기시키기 위한 이산화탄소 탈거탑(6); 및 세정탑에서 생산된 세정탑-배출 암모니아수를 수증기/암모니아 혼합기체로 생성하는 암모니아 회수탑(15)을 포함하고, 상기 암모니아 회수탑의 상단에는 암모니아 회수탑으로부터 배출되는 수증기/암모니아 혼합기체를 분리하기 위한 열교환 부분 응축기(20)가 위치하고, 상기 열교환 부분 응축기로부터 배출되는 회수 암모니아(22) 기체를 암모니아 기체 이송관을 통해 상기 흡수탑(3)의 하단으로 재순환시키는 것을 특징으로 하는 암모니아수를 흡수용액으로 사용하는 개선된 이산화탄소 포집 장치를 더 제공한다.In addition, the present invention is an absorption tower (3) for selectively absorbing carbon dioxide from the combustion flue gas using ammonia water absorption solution; A washing tower (13) for washing ammonia flowing out of the absorption tower; A carbon
본 발명에 따르면, 상기 이산화탄소 탈거탑의 하단에는 이산화탄소 탈거탑의 하부에서 배출되는 탈거탑-배출 암모니아수로부터 3∼30 bar의 압력 하 80∼180℃의 온도에서 이산화탄소를 분리하는 제1 재비기(7)가 더 구비되는 것이 바람직하다. According to the present invention, at the lower end of the carbon dioxide stripping tower, a first reboiler (7) for separating carbon dioxide at a temperature of 80 to 180 ° C. under a pressure of 3 to 30 bar from the stripping tower-discharged ammonia water discharged from the bottom of the carbon dioxide stripping tower (7) ) Is preferably further provided.
본 발명에 따르면, 상기 암모니아 회수탑의 하단에는 암모니아 회수탑의 하부에서 배출되는 회수탑-배출 암모니아수로부터 상압 하 80∼99℃의 온도에서 암모니아 기체를 분리하는 제2 재비기(16)가 더 구비되는 것이 바람직하다. According to the present invention, the lower end of the ammonia recovery tower is further provided with a
본 발명에 따르면, 상기 암모니아 기체 이송관이 블로워(23)와 연결되어 있는 것이 바람직하다.
According to the present invention, it is preferable that the ammonia gas delivery pipe is connected to the
이하, 본 발명에 따른 암모니아수 흡수용액을 사용하는 이산화탄소 포집 방법에서 흡수탑으로부터 증발하여 손실된 암모니아를 회수함으로써 흡수탑 내 이산화탄소 제거율을 향상시킬 수 있는 개선된 방법 및 이를 구현하는 장치에 대해 도면을 참조하며 상세하게 설명한다.
Hereinafter, in the carbon dioxide capture method using the ammonia water absorption solution according to the present invention, an improved method for improving carbon dioxide removal rate in the absorption tower by recovering ammonia lost by evaporation from the absorption tower and an apparatus for implementing the same will be described with reference to the drawings. Will be described in detail.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아수 흡수용액을 사용하는 이산화탄소 포집 방법을 구현하는 공정도이다. 본 발명의 이산화탄소 포집 방법에서 이산화탄소는 도 1에 도시한 바와 같이 점선을 따라 순환하여 포집되고, 흡수탑의 상부에서 배출되는 암모니아는 일점 쇄선방향으로 순환하여 다시 흡수탑으로 재순환되어 흡수탑 내 이산화탄소 제거율을 향상시킬 수 있다.1 is a process chart for implementing a carbon dioxide capture method using ammonia water absorption solution according to an embodiment of the present invention. In the carbon dioxide capture method of the present invention, carbon dioxide is collected by circulating along the dotted line as shown in FIG. 1, and the ammonia discharged from the upper portion of the absorption tower is circulated in the dashed-dotted line direction and recycled back to the absorption tower to remove carbon dioxide in the absorption tower. Can improve.
흡수탑(3)은 암모니아 수용액에 이산화탄소가 선택적으로 흡수되게 하기 위한 것으로 상부에는 50 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 5∼40 중량%의 암모니아를 포함하며 이산화탄소/암모니아의 몰 비가 0.2∼0.5로 낮고 5∼50℃의 온도를 나타내는 암모니아수 흡수용액(1)이 공급되고 하부에는 0∼20 v/v%의 이산화탄소를 포함하고 20∼80℃의 온도를 나타내는 연소배가스(2)가 유입된다. 즉, 상부에 공급되는 암모니아수 흡수용액이 하부로 흐르면서 이산화탄소가 암모니아 흡수용액에 흡수된다. 상기 흡수탑(3)은 상압 하 3∼50℃에서 이산화탄소를 흡수시킨다. Absorption tower (3) is for the selective absorption of carbon dioxide in the aqueous ammonia solution, the upper part contains 50% by weight or less, more preferably 5 to 40% by weight of ammonia, the molar ratio of carbon dioxide / ammonia is low as 0.2 to 0.5 The ammonia
이렇게 이산화탄소가 흡수되어 0.4∼0.7의 높은 이산화탄소/암모니아 몰 비를 갖는 이산화탄소가 흡수된 암모니아수(4)는 3∼30 bar의 고압, 80∼180℃의 고온에서 99.9 v/v% 이상의 고순도 이산화탄소(5)를 생산하기 위한 이산화탄소 탈거탑(6)의 상부로 보내진다. 상기 이산화탄소 탈거탑(6)에서는 이산화탄소만이 탈거되어 고순도 이산화탄소가 상부에서 배출된다. 상기 이산화탄소 탈거탑(6)은 고압, 즉, 3∼30 bar의 압력 하 고온, 즉, 80∼180℃의 온도에서 작동한다. 이산화탄소 탈거탑(6)의 하부로부터 배출되는 0.4∼0.7의 높은 이산화탄소/암모니아 몰 비를 갖는 탈거탑-배출 암모니아수(8)는 이산화탄소 탈거탑(6)의 하단에 구비된 제1 재비기(7)로 공급되고, 상기 제1 재비기(7)에서는 고온고압의 스팀 등에 의해 열에너지를 공급하여 기체-액체의 열역학적 평형에 따라 탈거탑-배출 암모니아수(8)로부터 이산화탄소를 분리시킨다. 분리된 이산화탄소(9)는 이산화탄소 탈거탑(6)으로 다시 이송된다. The ammonia water (4) absorbed with carbon dioxide and absorbed carbon dioxide having a high carbon dioxide / ammonia molar ratio of 0.4 to 0.7 is 99.9 v / v% or more of high purity carbon dioxide at a high pressure of 3 to 30 bar and a high temperature of 80 to 180 ° C. ) Is sent to the top of the carbon dioxide stripping column (6) to produce. In the carbon
한편, 흡수탑(3)의 하부에서 배출되는 이산화탄소가 흡수된 암모니아수(4)와 이산화탄소 탈거탑(6) 하부에서 이산화탄소가 제거되어 배출되는 암모니아수 흡수용액(1)은 열교환기(도면 미포함)를 통해 온도가 각각 상승, 하강하도록 한다. 또한 암모니아수 흡수용액은 암모니아와 물 이외에도 공정성능을 향상시키는 성분으로서 아민계 화합물, 알카놀아민계 화합물, 물리흡수제, 이온성액체, 촉매, 알코올계 화합물, 고체 입자, 무기염류 등의 혼합성분을 포함할 수 있으나. 이에 한정하는 것은 아니다. On the other hand, the
한편, 흡수탑(3)의 상부에서 배출되는 이산화탄소가 제거된 연소배가스(10)는 주로 질소로 구성되지만, 흡수탑의 상온 상압 조건하에서 증기압이 높은 암모니아의 특성으로 인해 약 100∼10,000 ppmv의 암모니아를 포함한다. 따라서, 배출된 미량의 암모니아를 포함하는 연소배가스(10)를 세정수를 이용하여 암모니아를 세정하는 세정탑(13)으로 공급한다. 세정탑을 통과한 처리배가스(12)에는 암모니아가 10∼1,000 ppmv 이하로 포함된다. On the other hand, although the
세정탑에서 사용되는 세정수(11)는 물을 주요 구성성분으로 하나 암모니아를 제거할 수 있는 알코올계, 비수계 유기용매, 무기염류 등의 혼합성분을 포함하며, 이에 한정되는 것은 아니다. 순수한 물을 세정수로 지속적으로 사용할 경우 과량의 물이 소모되고 암모니아가 지속적으로 손실되므로, 세정탑의 하부에서 배출되는 세정탑-배출 암모니아수(14)를 암모니아 회수탑(15)으로 공급하고, 상기 암모니아 회수탑(15)에서 가열을 통해 상압 하 80～99℃에서 암모니아 기체와 수증기로 분리한다. 이때 암모니아 회수탑(15)의 하단에는 제2 재비기(16)가 더 구비되고, 상기 제2 재비기(16)는 상압에서 80∼99℃의 온도 조건에서 운전된다. 암모니아 회수탑(15)의 하부로부터 배출되는 회수탑-배출 암모니아수(17)는 제2 재비기(16)로 공급되고, 상기 제2 재비기(16)에 고온고압의 스팀 등으로 열에너지를 공급함으로써 기체-액체의 열역학적 평형에 따라 암모니아수로부터 암모니아 기체가 분리되고, 분리된 암모니아 기체(18)는 암모니아 회수탑(15)으로 다시 이송되며, 암모니아의 농도가 낮아진 물은 세정수(11)로서 세정탑(13)의 상부로 공급된다. The
암모니아 회수탑(15)의 상부로부터 배출되는 80∼99℃의 수증기/암모니아 혼합 기체(19)는 열교환 부분 응축기(20)로 이송되며, 열교환 부분 응축기(20)를 통해 암모니아 증기 내의 수분이 응축되어 제거되고, 액상의 응축수(21)는 다시 암모니아 회수탑으로 환류되고, 회수 암모니아(22) 기체는 암모니아 기체 이송관을 통해 흡수탑(3)으로 이송되어 회수된다. 이때 암모니아 회수탑(15) 상단의 열교환 부분 응축기는 열매체를 사용하여 상압 조건에서 물과 암모니아가 각각 액상과 기상으로 분리가 용이한 60∼90℃의 온도를, 더욱 바람직하게는 70∼80℃의 온도를 유지시키는 것이 바람직하다. 액상의 응축수의 경우 환류비를 조정하여 일부는 암모니아 회수탑으로 환류시키고, 일부는 배출시킬 수 있으며, 이 경우 순수한 물로 구성된 세정수를 주기적으로 보충해줄 수 있다. The water vapor / ammonia mixed
암모니아 회수탑 상단의 열교환 부분 응축기(20)로부터 흡수탑의 하부에 연결되는 암모니아 기체 이송관에 암모늄바이카보네이트 또는 암모늄카보네이트, 암모늄카바메이트 등의 고체상 염이 발생하여 관이 협소해지는 것을 방지하기 위해, 염의 분해 온도인 60℃ 이상, 더욱 바람직하게는 70∼80℃의 온도가 유지되도록 가열 및 보온시키는 것이 바람직하다.
In order to prevent the tube from narrowing due to the generation of solid salts such as ammonium bicarbonate or ammonium carbonate, ammonium carbamate, etc. It is preferable to heat and heat so that the temperature of 60 degreeC or more, more preferably 70-80 degreeC which is the decomposition temperature of a salt is maintained.
본 발명의 다른 실시예에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 암모니아 기체 이송관에 블로워(23)를 추가로 연결시켜 흡수탑으로의 회수 암모니아(22) 기체의 이송 속도를 증가시켜 이산화탄소 제거율을 상승시키는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 암모니아 회수탑을 감압시킴으로써 암모니아 회수탑의 끓는점을 낮추어 과량의 물에서 암모니아를 회수함에 따른 제2 재비기(16)의 에너지 비용을 줄일 수 있다. In another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, a
본 발명에 따르면, 이산화탄소 흡수탑에서 배출되는 가스에 포함된 암모니아를 세정시키기 위한 세정수로부터 암모니아를 분리, 회수하여 다시 상압의 흡수탑으로 이송시켜 암모니아 회수율을 높이고 흡수탑 내 이산화탄소 제거율을 향상시킬 수 있다. 이를 통해 고압의 이산화탄소를 회수하는 암모니아수 공정에서 회수된 암모니아 기체를 고압의 이산화탄소 탈거탑으로 이송시키는 데 따른 압축 비용을 감소시킬 수 있고, 암모니아 기체를 고온고압의 이산화탄소 탈거탑 내에서 암모니아수에 흡수시키는 데 필요한 에너지를 감소시킬 수 있다. According to the present invention, ammonia is separated and recovered from the washing water for washing the ammonia contained in the gas discharged from the carbon dioxide absorption tower and transferred to the absorption tower at normal pressure to increase the ammonia recovery rate and improve the carbon dioxide removal rate in the absorption tower. have. This can reduce the compression cost of transferring the ammonia gas recovered in the ammonia water process recovering the high pressure carbon dioxide to the high pressure carbon dioxide stripping tower and absorbing the ammonia gas into the ammonia water in the high temperature and high pressure carbon dioxide stripping tower. Can reduce the required energy.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아수 흡수용액을 사용하는 이산화탄소 포집 방법을 구현하는 공정도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 블로워가 추가된 암모니아수 흡수용액을 사용하는 이산화탄소 포집 방법을 구현하는 공정도이다. 1 is a process chart for implementing a carbon dioxide capture method using ammonia water absorption solution according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a process chart for implementing a carbon dioxide capture method using ammonia water absorption solution to which a blower is added according to another embodiment of the present invention.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples.
고압 이산화탄소를 생산하는 암모니아수 이용 이산화탄소 포집공정에서, 증발된 암모니아를 세정한 암모니아 세정수로부터 암모니아를 분리하는 회수탑의 암모니아 회수에 따른 흡수탑의 이산화탄소 제거율의 변화를 100 N㎥/h급 연속공정에서 확인하였다.
Using ammonia water to produce high pressure carbon dioxide In the carbon dioxide capture process, the change of carbon dioxide removal rate in the absorption tower according to the ammonia recovery of the recovery tower separating the ammonia from the ammonia washing water from which the evaporated ammonia is Confirmed.
실시예Example : 본 발명에 따른 100 N㎥/h급 연속공정의 : 100 Nm3 / h grade continuous process of the present invention 흡수탑Absorption Tower 내 이산화탄소 제거율의 변화 Change in Carbon Dioxide Removal Rate
도 1의 흡수탑, 이산화탄소 탈거탑, 세정탑, 암모니아 회수탑의 직경은 500 ㎜이며, 흡수탑, 이산화탄소 탈거탑의 높이는 9,000 ㎜, 암모니아 회수탑의 높이는 6,000 ㎜이며, 모든 탑의 내부는 구조 패킹으로 충진되었고 재질은 스테인레스 스틸강이다. 기체 또는 증기가 흐르는 배관의 직경은 150 ㎜, 액체가 흐르는 배관의 직경은 25.4 ㎜이며 모두 스테인레스 스틸 재질이다. 재비기는 케틀형을 사용하였고, 세정수와 암모니아수의 열교환기와 회수탑 상단 응축기의 열교환기는 판형을 사용하였다. 각 열교환기의 열매체는 에틸렌글리콜이 50% 함유된 물을 사용하였다. 한편, 암모니아 기체 이송관은 외부에 전열 테이프를 감아 전기에너지를 통해 열을 공급하고 보온재를 통해 열을 유지하는 방식을 사용하였으며, 이송관의 외경에 스팀으로 온도를 가열하는 이중관을 사용하는 방법도 가능하다. The diameter of the absorption tower, the carbon dioxide stripping tower, the washing tower, and the ammonia recovery tower of FIG. 1 is 500 mm, the height of the absorption tower and the carbon dioxide stripping tower is 9,000 mm, and the height of the ammonia recovery tower is 6,000 mm. Filled with stainless steel. The diameter of the pipe through which gas or steam flows is 150 mm, the diameter of the pipe through which liquid flows is 25.4 mm, and all are made of stainless steel. Kettle type was used as a reboiler, and a plate type was used as the heat exchanger of the washing water and ammonia water and the heat exchanger of the condenser at the top of the recovery tower. As the heat medium of each heat exchanger, water containing 50% of ethylene glycol was used. On the other hand, the ammonia gas transfer pipe is a method of supplying heat through electrical energy by winding the heat transfer tape on the outside and maintaining the heat through the thermal insulation material, and also using a double pipe for heating the temperature with steam in the outer diameter of the transfer pipe. It is possible.
암모니아수 흡수용액은 암모니아가 13 중량% 포함되고 흡수반응 촉진제로서 피페라진이 3 중량% 포함된 혼합용액을 사용하였다. 일정한 흡수액의 유량 조건하에서 100 N㎥/h, 14 v/v%의 이산화탄소 농도의 연소배가스를 유입시켜 배출되는 이산화탄소의 농도를 적외선 분광 방식의 연속식 이산화탄소 농도분석기를 통해 기록하였고, 이산화탄소 회수율을 계산하였다. 또한 처리 배가스와 회수 암모니아 스트림의 암모니아 기체의 농도를 가스검지관을 이용하여 측정하였다. 본 실시예의 운전 조건을 아래의 표 1에 나타내었으며, 회수탑의 재비기가 95∼96℃의 온도 조건에서, 응축기가 70∼75℃의 온도 조건에서, 이산화탄소 탈거탑의 재비기가 115∼120℃의 온도와 6.5 barg의 압력 조건하에서 운전될 때, 이산화탄소 회수율 90∼92%를 나타내었다.Ammonia water absorbing solution was used as a mixed solution containing 13% by weight of ammonia and 3% by weight of piperazine as the absorption reaction accelerator. The concentration of carbon dioxide discharged from the combustion flue gas of 100 Nm3 / h and 14 v / v% carbon dioxide under a constant flow rate of the absorbent liquid was recorded by a continuous carbon dioxide concentration analyzer of infrared spectroscopy, and the carbon dioxide recovery rate was calculated. It was. The concentration of ammonia gas in the treated flue gas and the recovered ammonia stream was also measured using a gas detector tube. The operating conditions of the present embodiment are shown in Table 1 below, the recovery column reboiler at a temperature of 95 ~ 96 ℃, the condenser at a temperature of 70 ~ 75 ℃, the reboiler of the carbon dioxide stripping tower of 115 ~ 120 ℃ When operated under the temperature and pressure conditions of 6.5 barg, the carbon dioxide recovery was 90-92%.
암모니아 초기농도（중량%)Ammonia Water Absorption Solution (1)
Initial concentration of ammonia (% by weight)
온도 (℃)Heat Exchanger Part Condenser (20)
Temperature (℃)
본 발명의 열교환 부분 응축기와 회수 암모니아의 흡수탑 이송 장치의 효과를 검증하기 위해 종래 방법과 비교를 하였다. 종래 방법에 따르면, 상부에 응축기가 존재하지 않는 암모니아 회수탑으로부터 증발된 수증기/암모니아 혼합 기체는 세정수의 일부와 혼합하여 흡수탑으로 이송된다. 종래 기술의 경우, 연속공정이 정상상태에 이른 후 6시간이 지났을 때, 암모니아의 농도가 시간에 따라 9.3 중량%에서 8.6 중량%로 서서히 감소하였고, 이에 따라 이산화탄소 제거율도 86.8%에서 84.1%로 점차 감소하는 추세를 나타낸 것에 비해, 본 발명의 경우 암모니아 농도는 10.3∼10.1%로 유지되고 이산화탄소 제거율도 91.8∼91.3%로 많이 감소하지 않는 경향을 나타내었다.In order to verify the effect of the heat exchanger partial condenser and the absorption tower conveying apparatus of the recovered ammonia of the present invention, comparison was made with the conventional method. According to the conventional method, the vapor / ammonia mixed gas evaporated from the ammonia recovery tower in which there is no condenser on top is mixed with a part of the washing water and sent to the absorption tower. In the case of the prior art, when six hours have passed since the continuous process has reached a steady state, the concentration of ammonia has gradually decreased from 9.3% to 8.6% by weight over time, so that the carbon dioxide removal rate is also gradually increased from 86.8% to 84.1%. Compared to the decreasing trend, the ammonia concentration of the present invention was maintained at 10.3 to 10.1% and the carbon dioxide removal rate was also not decreased to 91.8 to 91.3%.
또한, 압축기를 이용하여 회수된 수증기/암모니아 혼합 기체를 고압의 이산화탄소 탈거탑에 이송시키는 종래 기술의 경우, 압축기의 장치비와 운전비 증가와 함께, 흡수액의 암모니아 농도의 시간에 따른 저하로 인해 위의 비교와 같은 결과가 발생할 수 있다. 반면, 본 발명에서 사용된 암모니아 회수탑과 연결된 고온 열교환 부분 응축기는 회수 암모니아와 응축수를 효과적으로 분리시키고 대부분의 응축수를 회수탑으로 환류시키고 높은 농도의 암모니아 증기를 회수가 가능하고 이를 흡수탑에 이송시켜 연소배가스의 이산화탄소를 제거하는 데 사용하도록 하여 이산화탄소 제거율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, in the case of the prior art in which the steam / ammonia mixed gas recovered by using the compressor is transferred to a high-pressure carbon dioxide stripping tower, the above comparison is made due to the increase in the apparatus cost and the operating cost of the compressor and the decrease in the ammonia concentration of the absorbent liquid over time. The same result may occur. On the other hand, the high temperature heat exchanger partial condenser connected to the ammonia recovery tower used in the present invention effectively separates the recovered ammonia and condensate, refluxs most of the condensate into the recovery tower, and recovers a high concentration of ammonia vapor and transfers it to the absorption tower. There is an advantage that can be used to remove the carbon dioxide of the combustion flue gas to improve the carbon dioxide removal rate.
1: 암모니아수 흡수용액 2: 연소배가스
3: 흡수탑 4: 이산화탄소가 흡수된 암모니아수
5: 이산화탄소 6: 이산화탄소 탈거탑
7: 제1 재비기 8: 탈거탑-배출 암모니아수
9: 이산화탄소 10: 처리연소배가스
11: 세정수 12: 처리배가스
13: 세정탑 14: 세정탑-배출 암모니아수
15: 암모니아 회수탑 16: 제2 재비기
17: 회수탑-배출 암모니아수 18: 암모니아 기체
19: 수증기/암모니아 혼합기체 20: 열교환 부분 응축기
21: 응축수 22: 회수 암모니아
23: 블로워1: ammonia water absorption solution 2: combustion flue gas
3: absorption tower 4: ammonia water absorbed by carbon dioxide
5: carbon dioxide 6: carbon dioxide stripping tower
7: 1st reboiler 8: stripping tower-discharge ammonia water
9: carbon dioxide 10: treated combustion flue gas
11: washing water 12: treatment flue gas
13: washing tower 14: washing tower-discharged ammonia water
15: ammonia recovery tower 16: second reboiler
17: recovery tower-exhaust ammonia water 18: ammonia gas
19: water vapor / ammonia mixture 20: heat exchange partial condenser
21: condensate 22: recovered ammonia
23: blower
Claims (13)
상기 흡수탑에서 증발하는 암모니아를 세정탑으로 공급하여 세정수로 세정한 후 암모니아 회수탑으로 이송하고,
상기 암모니아 회수탑에서 가열을 통해 생성된 수증기/암모니아 혼합기체를 상기 암모니아 회수탑의 상단에 위치하는 열교환 부분 응축기로 이송하고,
상기 열교환 부분 응축기에서 수증기를 응축시켜 암모니아 회수탑으로 재순환시키며 회수 암모니아 기체는 암모니아 기체 이송관을 통해 흡수탑으로 재순환시키는 것을 특징으로 하는, 암모니아수 흡수용액을 사용하는 개선된 이산화탄소 포집 방법. An absorption tower for selectively absorbing carbon dioxide from combustion flue gas using an ammonia water absorption solution; A washing tower for washing ammonia flowing out of the absorption tower; A carbon dioxide stripping tower for removing carbon dioxide from the ammonia water absorbed by carbon dioxide at a high pressure; And a carbon dioxide capture method using an ammonia recovery tower for separating the washing tower-discharged ammonia water produced in the washing tower into ammonia gas and water.
The ammonia evaporated from the absorption tower is supplied to the washing tower, washed with washing water, and then transferred to the ammonia recovery tower.
The steam / ammonia mixed gas generated by heating in the ammonia recovery tower is transferred to a heat exchange partial condenser located at the top of the ammonia recovery tower,
And condensing the water vapor in the heat exchange partial condenser to recycle to the ammonia recovery tower and recycling the recovered ammonia gas to the absorption tower through the ammonia gas delivery pipe.
고체 암모늄염의 생성을 억제하기 위해 상기 암모니아 기체 이송관의 내부 온도를 70∼80℃로 유지시키는 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 1,
The internal temperature of the ammonia gas transfer pipe is maintained at 70 to 80 ℃ to suppress the formation of a solid ammonium salt.
상기 이산화탄소 탈거탑의 하단에 제1 재비기가 구비되어 이산화탄소 탈거탑의 하부에서 배출되는 탈거탑-배출 암모니아수로부터 3∼30 bar의 압력 하 80∼180℃의 온도에서 이산화탄소를 분리하고,
상기 제1 재비기로부터 분리된 이산화탄소를 이산화탄소 탈거탑의 하부로 재순환시키며 이산화탄소가 제거된 탈거탑-배출 암모니아수는 흡수탑의 상부로 재순환시키는 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 1,
A first reboiler is provided at the bottom of the carbon dioxide stripping column to separate carbon dioxide at a temperature of 80 to 180 ° C. under a pressure of 3 to 30 bar from the stripping tower-ammonia water discharged from the lower portion of the carbon dioxide stripping column.
The carbon dioxide separated from the first reboiler is recycled to the bottom of the carbon dioxide stripping column and the stripping column-exhausted ammonia water from which carbon dioxide is removed is recycled to the top of the absorption tower.
상기 암모니아 회수탑의 하단에 제2 재비기가 구비되어 암모니아 회수탑의 하부에서 배출되는 회수탑-배출 암모니아수로부터 상압 하 80∼99℃의 온도에서 암모니아를 분리하고,
상기 제2 재비기로부터 분리된 암모니아 기체를 암모니아 회수탑의 하부로 재순환시키며, 암모니아 제거된 세정수는 세정탑의 상부로 재순환시키는 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 3,
A second reboiler is provided at the bottom of the ammonia recovery tower to separate ammonia at a temperature of 80 to 99 ° C. under normal pressure from a recovery tower-ammonia water discharged from the lower part of the ammonia recovery tower,
And ammonia gas separated from the second reboiler is recycled to the bottom of the ammonia recovery tower, and the ammonia removed washing water is recycled to the top of the scrubber.
상기 열교환 부분 응축기의 온도를 60∼90℃의 온도로 유지시키는 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 1,
Maintaining the temperature of the heat exchange partial condenser at a temperature of 60 to 90 ° C.
상기 열교환 부분 응축기의 온도를 70∼80℃의 온도로 유지시키는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 5,
Maintaining the temperature of said heat exchange partial condenser at a temperature of 70-80 [deg.] C.
상기 암모니아 기체 이송관을 블로워와 연결시켜 회수 암모니아 기체의 이동 속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 1,
Connecting the ammonia gas delivery pipe with a blower to increase the transfer rate of recovered ammonia gas.
상기 암모니아수 흡수용액은 5∼40 중량%의 암모니아를 포함하는 암모니아 수용액인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1,
The aqueous ammonia solution is characterized in that the aqueous ammonia solution containing 5 to 40% by weight of ammonia.
상기 암모니아수 흡수용액은 아민계 화합물, 알카놀아민계 화합물, 물리흡수제, 이온성 액체, 촉매, 알코올계 화합물, 고체 입자 및 무기염류로 이루어지는 군으로부터 선택되는 첨가제 10 중량% 이하를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. 9. The method of claim 8,
The ammonia water absorbing solution further comprises 10% by weight or less of an additive selected from the group consisting of an amine compound, an alkanolamine compound, a physical absorbent, an ionic liquid, a catalyst, an alcohol compound, solid particles, and inorganic salts. How to.
암모니아수 흡수용액을 이용하여 연소배가스로부터 이산화탄소를 선택적으로 흡수하기 위한 흡수탑(3); 상기 흡수탑에서 유출되는 암모니아를 세정하기 위한 세정탑(13); 이산화탄소가 흡수된 암모니아수에서 이산화탄소를 탈기시키기 위한 이산화탄소 탈거탑(6); 및 세정탑에서 생산된 세정탑-배출 암모니아수를 수증기/암모니아 혼합 기체로 생성하는 암모니아 회수탑(15)을 포함하고,
상기 암모니아 회수탑의 상단에는 암모니아 회수탑으로부터 배출되는 수증기/암모니아 혼합기체를 분리하기 위한 열교환 부분 응축기(20)가 위치하고,
상기 열교환 부분 응축기로부터 배출되는 회수 암모니아(22) 기체를 암모니아 기체 이송관을 통해 상기 흡수탑(3)의 하단으로 재순환시키는 것을 특징으로 하는 암모니아수를 흡수용액으로 사용하는 개선된 이산화탄소 포집 장치.In the carbon dioxide capture device using ammonia water as the absorption solution,
An absorption tower 3 for selectively absorbing carbon dioxide from the combustion flue gas using an ammonia water absorption solution; A washing tower (13) for washing ammonia flowing out of the absorption tower; A carbon dioxide stripping column 6 for degassing carbon dioxide from ammonia water absorbed with carbon dioxide; And an ammonia recovery tower 15 for generating a washing tower-exhaust ammonia water produced in the washing tower as a steam / ammonia mixed gas,
At the upper end of the ammonia recovery tower, a heat exchange part condenser 20 for separating the vapor / ammonia mixed gas discharged from the ammonia recovery tower is located.
Improved carbon dioxide capture device using ammonia water as the absorption solution, characterized in that for recycling the recovered ammonia (22) gas discharged from the heat exchange partial condenser to the lower end of the absorption tower (3) through an ammonia gas transfer pipe.
상기 이산화탄소 탈거탑의 하단에는 이산화탄소 탈거탑의 하부에서 배출되는 탈거탑-배출 암모니아수로부터 3∼30 bar의 압력 하 80∼180℃의 온도에서 이산화탄소를 분리하는 제1 재비기(7)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 장치. The method of claim 10,
The lower part of the carbon dioxide stripping tower is further provided with a first reboiler (7) for separating the carbon dioxide at a temperature of 80 ~ 180 ℃ under a pressure of 3 to 30 bar from the stripping tower-discharged ammonia water discharged from the lower portion of the carbon dioxide stripping tower Device characterized in that.
상기 암모니아 회수탑의 하단에는 암모니아 회수탑의 하부에서 배출되는 회수탑-배출 암모니아수로부터 상압 하 80∼99℃의 온도에서 암모니아 기체를 분리하는 제2 재비기(16)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 장치. The method of claim 10,
The lower part of the ammonia recovery tower is further provided with a second reboiler 16 for separating ammonia gas from the recovery tower-discharged ammonia water discharged from the lower part of the ammonia recovery tower at a temperature of 80 to 99 ℃ under atmospheric pressure. Device.
상기 암모니아 기체 이송관이 블로워(23)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
The method of claim 10,
And the ammonia gas delivery pipe is connected to a blower (23).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110112523A KR101297210B1 (en) | 2011-10-31 | 2011-10-31 | Improved method for capturing carbon dioxide using aqueous ammonia and apparatus implementing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110112523A KR101297210B1 (en) | 2011-10-31 | 2011-10-31 | Improved method for capturing carbon dioxide using aqueous ammonia and apparatus implementing the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130047470A KR20130047470A (en) | 2013-05-08 |
| KR101297210B1 true KR101297210B1 (en) | 2013-08-16 |
Family
ID=48658952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110112523A KR101297210B1 (en) | 2011-10-31 | 2011-10-31 | Improved method for capturing carbon dioxide using aqueous ammonia and apparatus implementing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101297210B1 (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015102136A1 (en) * | 2014-01-06 | 2015-07-09 | (주)에이엠티퍼시픽 | Energy saving type method for removing acid gas through pretreatment using ammonia water |
| CN109467168A (en) * | 2018-12-29 | 2019-03-15 | 苏州艾吉克膜科技有限公司 | Ammonia-containing water handles and recycles the device and technique of ammonium hydroxide |
| US11852062B2 (en) | 2020-10-13 | 2023-12-26 | Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering Co., Ltd. | Apparatus for reducing greenhouse gas emission in vessel and vessel including the same |
| US20230372864A1 (en) * | 2020-10-26 | 2023-11-23 | Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering Co.,Ltd. | Apparatus for reducing greenhouse gas emission in vessel and vessel including the same |
| CN113750747B (en) * | 2021-09-29 | 2024-04-05 | 重庆腾泽化学有限公司 | Alkaline ADC foaming agent condensation byproduct ammonia gas separation and concentration process |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100703999B1 (en) | 2006-02-24 | 2007-04-04 | 한국에너지기술연구원 | Method of recovering carbon dioxide from mixed gas using aqueous ammonia and the apparatus thereof |
| KR100923557B1 (en) | 2007-10-16 | 2009-10-27 | 주식회사 포스코 | Apparatus of recovering carbon dioxide from flue gas and the method thereof |
| KR20110054397A (en) * | 2009-11-17 | 2011-05-25 | 주식회사 포스코 | Apparatus of recovering carbon dioxide from flue gas and the method thereof |
-
2011
- 2011-10-31 KR KR1020110112523A patent/KR101297210B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100703999B1 (en) | 2006-02-24 | 2007-04-04 | 한국에너지기술연구원 | Method of recovering carbon dioxide from mixed gas using aqueous ammonia and the apparatus thereof |
| KR100923557B1 (en) | 2007-10-16 | 2009-10-27 | 주식회사 포스코 | Apparatus of recovering carbon dioxide from flue gas and the method thereof |
| KR20110054397A (en) * | 2009-11-17 | 2011-05-25 | 주식회사 포스코 | Apparatus of recovering carbon dioxide from flue gas and the method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20130047470A (en) | 2013-05-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2523742B1 (en) | Water wash method for a carbon dioxide capture process | |
| CN101605724B (en) | A method for recovery of high purity carbon dioxide | |
| EP2164608B1 (en) | Method for recovering a gaseous component from a gas stream | |
| EP1059109B1 (en) | Carbon dioxide recovery with composite amine blends | |
| AU2010223425B2 (en) | Method and plant for amine emission control | |
| US20070148069A1 (en) | Carbon dioxide recovery from flue gas and the like | |
| JP4388819B2 (en) | Fluid stream deoxidation method and cleaning liquid used in the method | |
| US20130315809A1 (en) | Method of controlling co2 chemical absorption system | |
| JP2009521314A (en) | Reuse of amines for carbon dioxide recovery | |
| KR101297210B1 (en) | Improved method for capturing carbon dioxide using aqueous ammonia and apparatus implementing the same | |
| CN101716458A (en) | System for trapping carbon dioxide in flue gas of coal-fired power plant and corresponding treatment method | |
| JP2015519194A (en) | Recovering and recovering pollutants from exhaust gas | |
| AU2013213252B2 (en) | Ammonia capturing by CO2 product liquid in water wash liquid | |
| JP2016159239A (en) | Recovery device and recovery method of carbon dioxide | |
| KR20130010253A (en) | Method of resource reuse of stripping system for acid gas capture | |
| JP5989916B2 (en) | Improving the rate of CO2 absorption in aqueous potassium carbonate with ammonia-based catalysts | |
| KR20140042393A (en) | Apparatus for treating acidic gas and methof thereof | |
| KR20180023373A (en) | System for collecting acid gas including acidic catalyst and method for collecting the same | |
| JP2016112482A (en) | Carbon dioxide collection method and device | |
| KR101725555B1 (en) | Method and apparatus of solvent scrubbing carbon dioxide capture system with enhanced absorption capacities | |
| CN103991845B (en) | A kind of method of hydrogen production process conversion gas carbon dioxide removal | |
| US20130259781A1 (en) | Flue gas treatment system with ammonia solvent for capture of carbon dioxide | |
| WO2014024548A1 (en) | Co2 recovery device and co2 recovery method | |
| CN105935540A (en) | Apparatus and method for removing and recovering sulfur dioxide in mixed gas | |
| CN116920573A (en) | Pre-washing methanol regeneration device and pre-washing methanol regeneration method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160808 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170807 Year of fee payment: 5 |