KR101476310B1 - 암모니아 - c0₂ 기반 - 흡수 용액으로부터 비휘발성 물질의 제거 - Google Patents

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Abstract

이산화탄소(CO2)가 암모니아 처리 용액 스트림에 의해 가스 스트림으로부터 제거되도록 가스 스트림을 순환 암모니아 처리 용액 스트림과 접촉하게 함으로써 가스 스트림으로부터 CO2를 제거하기 위한 시스템이 배열된다. 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로부터 비휘발성 화합물을 제거하는 방법은 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을 기액 분리 디바이스 내로 도입하는 단계와, 도입된 암모니아 처리 용액을 암모니아 농후 기상 및 비휘발성 화합물을 포함하는 액상으로 분리하는 단계와, 암모니아 농후 기상을 순환 암모니아 처리 용액 스트림 내로 재도입하는 단계를 포함한다.

Description

암모니아 - C0₂ 기반 - 흡수 용액으로부터 비휘발성 물질의 제거{REMOVAL OF NON-VOLATILES FROM AMMONIA - BASED C0₂-ABSORBENT SOLUTION}
본 발명은 프로세스 가스를 암모니아 처리 용액과 접촉시킴으로써 프로세스 가스로부터 이산화탄소의 제거를 위한 방법에 관한 것이다.
현재 세계에서 사용되는 대부분의 에너지는 석탄, 석유 및 천연 가스와 같은 탄소 및 수소 함유 연료, 뿐만 아니라 다른 유기 연료의 연소로부터 유도된다. 이러한 연소는 고레벨의 이산화탄소를 함유하는 연도 가스를 생성한다. 지구 온난화에 대한 걱정에 기인하여, 대기로의 이산화탄소의 배출의 감소에 대한 증가하는 요구가 존재하고, 이 이유로 가스가 대기로 방출되기 전에 연도 가스로부터 이산화탄소를 제거하기 위해 방법이 개발되어 왔다.
WO 2006/022885호는 연도 가스로부터 이산화탄소를 제거하는 일 이러한 방법을 개시하고 있고, 이 방법은 암모니아 처리 용액 또는 슬러리에 의해 CO2 흡수기 내에서 주위 온도 미만의 온도(바람직하게는, 0℃ 내지 20℃, 더 바람직하게는 0℃ 내지 10℃)로 냉각된 연도 가스로부터 이산화탄소를 포집하는 단계를 포함한다. CO2는 0℃ 내지 20℃, 더 바람직하게는 0℃ 내지 10℃의 온도에서 흡수기 내에서 암모니아 처리 용액에 의해 흡수되고, 그 후에 암모니아 처리 용액은 상승된 압력 및 온도 하에서 재생기 내에서 재생되어 CO2가 고순도의 기체 이산화탄소로서 암모니아 처리 용액을 탈출하게 한다.
본 발명의 목적은 암모니아 처리 용액에 의한 이산화탄소 흡수를 향상시키는 것이다.
이 목적, 뿐만 아니라 이하로부터 명백해질 다른 목적은 이하에 설명되는 그 양태에 의해 본 발명에 따라 성취된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 이산화탄소(CO2) 제거 시스템의 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로부터 비휘발성 화합물을 제거하는 방법이 제공되고, 시스템은 CO2가 암모니아 처리 용액 스트림에 의해 가스 스트림으로부터 제거되도록 가스 스트림을 순환 암모니아 처리 용액 스트림과 접촉하게 함으로써 가스 스트림으로부터 CO2를 제거하도록 배열되고, 상기 방법은 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을 기액 분리 디바이스 내로 도입하는 단계와, 도입된 암모니아 처리 용액을 암모니아 농후 기상 및 비휘발성 화합물을 포함하는 액상으로 분리하는 단계와, 암모니아 농후 기상을 순환 암모니아 처리 용액 스트림 내로 재도입하는 단계를 포함한다.
비휘발성 화합물은 예를 들어 암모니아 처리 용액에 첨가되는 암모니아와 같은 화학물 및/또는 프로세스 가스를 통해 시스템의 암모니아 처리 용액 내로 도입되고 형성될 수 있다. 비휘발성 화합물은 시스템 또는 CO2 제거 프로세스에 유해할 수 있고, 또는 일반적으로 암모니아 처리 용액의 부식성을 증가시킨다.
몇몇 실시예에 따르면, 이산화탄소 제거 시스템은 CO2를 함유하는 가스 스트림을 수용하고 가스 스트림을 암모니아 처리 용액 스트림과 접촉시켜 CO2가 암모니아 처리 용액 스트림에 의해 가스 스트림으로부터 제거되어 CO2 농후 암모니아 처리 용액 스트림을 형성하게 하도록 구성된 CO2 흡수기를 포함하는 CO2 포집 장치를 추가로 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에 따르면, 이산화탄소 제거 시스템은 CO2 포집 장치로부터 CO2 농후 암모니아 처리 용액 스트림을 수용하고, 암모니아 처리 용액으로부터 CO2를 분리하여 CO2 희박 암모니아 처리 용액 스트림을 형성하고, CO2 희박 암모니아 처리 용액 스트림을 CO2 포집 장치에 복귀시키도록 구성된 재생기를 포함하는 재생 장치를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 이산화탄소(CO2)가 암모니아 처리 용액 스트림에 의해 가스 스트림으로부터 제거되도록 가스 스트림을 순환 암모니아 처리 용액 스트림과 접촉하게 함으로써 가스 스트림으로부터 CO2를 제거하기 위한 CO2 제거 시스템이 제공되고, 상기 시스템은 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을 수용하고, 수용된 암모니아 처리 용액을 암모니아 농후 기상 및 암모니아 희박 액상으로 분리하고, 암모니아 농후 기상을 순환 암모니아 처리 용액 스트림 내로 재도입하도록 구성되고, 수용된 암모니아 처리 용액과 혼합되도록 알칼리성 첨가제를 수용하도록 또한 구성되는 기액 분리 디바이스를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 이산화탄소(CO2)가 암모니아 처리 용액 스트림에 의해 가스 스트림으로부터 제거되도록 가스 스트림을 순환 암모니아 처리 용액 스트림과 접촉하게 함으로써 가스 스트림으로부터 CO2를 제거하기 위한 CO2 제거 시스템이 제공되고, 상기 시스템은 CO2를 함유하는 가스 스트림을 수용하고 가스 스트림을 암모니아 처리 용액 스트림과 접촉시켜 CO2가 암모니아 처리 용액 스트림에 의해 가스 스트림으로부터 제거되어 CO2 농후 암모니아 처리 용액 스트림 및 CO2 희박 가스 스트림을 형성하게 하도록 구성된 CO2 흡수기를 포함하는 CO2 포집 장치와, 암모니아 흡수 장치로서, CO2 포집 장치로부터 CO2 희박 가스 스트림을 수용하고 가스 스트림을 5 중량 % 미만의 암모니아 농도를 갖는 수성 세척 용액 스트림과 접촉시켜 암모니아가 상기 수성 세척 용액 스트림 내에서 흡수되어 암모니아 농후 세척 용액을 형성하게 하도록 구성되는 암모니아 흡수기, 및 암모니아 흡수기로부터 암모니아 농후 세척 용액을 수용하고 수용된 세척 용액을 암모니아 농후 기상 및 암모니아 희박 액상으로 분리하도록 구성된 제 1 기액 분리 디바이스를 포함하는 암모니아 흡수 장치와, 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을 수용하고, 수용된 암모니아 처리 용액을 암모니아 농후 기상 및 암모니아 희박 액상으로 분리하고, 암모니아 농후 기상을 순환 암모니아 처리 용액 스트림 내로 재도입하도록 구성되고, 제 1 기액 분리 디바이스로부터 암모니아 농후 기상을 수용하도록 또한 구성되는 제 2 기액 분리 디바이스를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 이산화탄소(CO2)가 암모니아 처리 용액 스트림에 의해 가스 스트림으로부터 제거되도록 가스 스트림을 순환 암모니아 처리 용액 스트림과 접촉하게 함으로써 가스 스트림으로부터 CO2를 제거하기 위한 CO2 제거 시스템이 제공되고, 상기 시스템은 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을 수용하도록 구성된 기액 분리 디바이스를 포함하고, 기액 분리 디바이스는 수용된 암모니아 처리 용액을 암모니아 농후 기상 및 암모니아 희박 액상으로 분리하도록 구성된 제 1 스테이지로서, 암모니아 농후 기상은 순환 암모니아 처리 용액 스트림 내로 재도입되는, 제 1 스테이지, 및 제 1 스테이지로부터 암모니아 희박 액상을 수용하고 상기 액상을 수증기로 실질적으로 이루어지는 기상 및 비휘발성 화합물을 포함하는 액상으로 분리하도록 구성되는 제 2 스테이지를 포함한다.
예를 들어 발전 설비의 보일러 유닛에 의해 생성된 연도 가스로부터 CO2의 제거를 위한 산업용 가스 정화 시스템은 높은 자본 및 작동 비용과 연관된다. 프로세스에서 작동 유닛의 수를 증가시키는 것은 일반적으로 바람직하지 않은데, 이는 부가의 자본 및 작동 비용과 연관되기 때문이다. 본 명세서에 설명된 양태는 연도 가스로부터 CO2의 제거를 위한 냉각된 암모니아 프로세스에서, 상당한 프로세스 향상 및 작동 비용 감소가 비교적 낮은 자본 비용에서 부가의 작동 유닛의 도입에 의해 성취될 수 있는 놀라운 실현에 기초한다. 프로세스 향상은 감소된 화학물 소비 및 감소된 폐기물 체적을 포함한다.
현재 바람직한 실시예가 이제 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기액 분리 디바이스의 일반적인 예를 도시하는 개략 측면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기액 분리 디바이스의 예를 도시하는 개략 측면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 제 2 기액 분리 디바이스와 일체화된 제 1 기액 분리 디바이스의 예를 도시하는 개략 측면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 제 2 기액-분리 디바이스와 일체화된 제 1 기액 분리 디바이스의 예를 도시하는 개략 측면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 기액 분리 디바이스에 연결된 CO2 포집 장치의 예를 도시하는 개략 측면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 기액 분리 디바이스에 연결된 재생 장치의 예를 도시하는 개략 측면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른, CO2 제거 시스템의 예를 도시하는 개략 측면도.
프로세스 가스는 노, 프로세스 히터, 소각로, 패키지 보일러 및 발전 설비 보일러와 같은 임의의 연소 디바이스로부터 연도 가스와 같은 이산화탄소를 함유하는 임의의 유형의 프로세스 가스일 수 있다.
암모니아 처리 용액은 액체 용액, 특히 수용액과 같은 암모니아를 함유하는 임의의 유형의 용액일 수 있다. 암모니아 처리 용액 내의 암모니아는 예를 들어 암모니아 이온 및/또는 용해된 분자 암모니아의 형태일 수 있다. 암모니아 처리 용액은 통상적으로 수성이고, 예를 들어 물, 암모니아, 이산화탄소 및 이들의 유도체로 구성될 수 있다. 암모니아 처리 용액은 암모니아 처리 용액에 의한 CO2의 포집에 수반되는 반응 동역학을 향상시키기 위한 촉진제를 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 촉진제는 용액의 형태일 수 있거나 고체 또는 반도체 표면 상에 고정될 수 있는 아민(예를 들어, 피페라진) 또는 효소(예를 들어, 탄소 무수물 또는 그 유사물)를 포함할 수 있다.
암모니아 처리 용액에 의한 프로세스 가스로부터 CO2의 포집은 용해된 분자 CO2, 카보네이트 또는 바이카보네이트의 형태와 같은 임의의 형태로 CO2를 흡수하거나 용해하는 암모니아 처리 용액에 의해 성취될 수 있다.
암모니아 처리 용액 내에 존재할 수 있는 비휘발성 화합물은 암모늄 설페이트염과 같은 염, 셀레늄, 마그네슘 등과 같은 금속 및 고체를 포함할 수 있다. 암모니아 처리 용액 내에 형성된 고체는 암모늄 카보네이트 및 암모늄 바이카보네이트와 같은 염, 특히 암모늄 바이카보네이트일 수 있다.
이산화탄소 제거 시스템은 시스템의 상이한 부분을 연결하는 배관을 포함하고, 암모니아 처리 용액 및 프로세스 가스 각각이 필요에 따라 시스템을 통해 유동할 수 있게 하도록 배열된다. 배관은 암모니아 처리 용액 및 프로세스 가스 등의 유동을 각각 제어하기 위해 적절한 바와 같은 밸브, 펌프, 노즐 등을 포함할 수 있다.
암모니아 처리 용액이 "CO2 희박"이라 칭해질 때, 예를 들어 이산화탄소 포집 시스템 내의 프로세스 가스에 접촉할 때 또는 재생 후에, 이는 암모니아 처리 용액이 이산화탄소에 대해 불포화 상태이고, 따라서 프로세스 가스로부터 더 많은 이산화탄소를 포집할 수 있다는 것을 암시한다. 암모니아 처리 용액이 "CO2 농후"라 칭해질 때, 예를 들어 이산화탄소 포집 시스템 내의 프로세스 가스에 접촉한 후에 또는 재생에 앞서, 이는 흡수성 용액이 포화되거나, 또는 희박 용액보다 적어도 더 많이 포화되거나 또는 이산화탄소에 대해 과포화되고 따라서 프로세스 가스로부터 임의의 더 많은 이산화탄소를 포집할 수 있기 전에 재생될 필요가 있을 수 있거나 이산화탄소가 고체염으로서 석출될 수 있다는 것을 암시한다.
용어 비휘발성 성분 또는 화합물은 여기서 물의 비등점을 초과하는, 즉 대기압에서 100℃ 초과의 비등 또는 승화 온도를 갖는 화합물에 관련되는 것으로 의도된다. 통상적으로, 물은 기액 분리 디바이스의 기상 및 액상의 모두로 존재할 것이다.
CO2 농후 프로세스 스트림을 생성하는 설비는 통상적으로 증기 시스템을 포함할 수 있다. 증기 시스템은 발전 설비를 위한 하나 또는 복수의 발전기에 연결된 하나 또는 복수의 증기 터빈을 포함할 수 있다. 상이한 증기압에서 작동하도록 설계된 적어도 3개의 직렬 연결된 터빈을 사용하는 것이 적합할 수도 있다. 이들 터빈은 각각 고압 터빈, 중간압 터빈 및 저압 터빈이라 칭할 수 있다. 저압 터빈을 통해 통과한 후에, 증기는 발전 설비의 응축기 내에서 응축될 수도 있다. 보일러로부터의 증기는 고압 터빈을 통해 통과하기 전에, 통상적으로 150 내지 350 bar의 압력을 가질 수 있다. 고압 터빈과 중간압 터빈 사이의 증기는 고압 증기라 칭하고 통상적으로 62 내지 250 bar의 압력을 가질 수 있다. 중간압 터빈과 저압 터빈 사이의 증기는 중간압 증기라 칭하고, 통상적으로 5 내지 10 bar와 같은 5 내지 62 bar의 압력 및 154℃ 내지 277℃(310℉ 내지 530℉)의 온도를 가질 수 있다. 저압 터빈을 통과한 후의 증기는 저압 증기라 칭하고, 통상적으로 3 내지 4 bar와 같은 0.01 내지 5 bar의 압력 및 135℃ 내지 143℃(275℉ 내지 290℉)의 온도를 가질 수 있다. 따라서, 본 명세서에 언급된 바와 같이, 저압 증기는 3 내지 4 bar와 같은 0.01 내지 5 bar의 압력 및 135℃ 내지 143℃(275℉ 내지 290℉)의 온도를 갖고, 중간압 증기는 5 내지 10 bar와 같은 5 내지 62 bar의 압력 및 154℃ 내지 277℃(310℉ 내지 530℉)의 온도를 갖고, 고압 증기는 62 내지 250 bar의 압력을 갖는다.
기액 분리 디바이스는 고온 비등 성분, 즉 암모니아 처리 용액의 염, 금속 및 가능하게는 물이 저온 비등 성분, 즉 암모니아 및 이들의 유도체와 같은 휘발성 성분의 손실을 최소화하면서 암모니아 처리 용액의 순환 스트림으로부터 제거될 수 있게 한다.
기액 분리 디바이스는 이하에 질량 전달 디바이스(MTD)라 칭하는 베드 팩킹 또는 증류 트레이와 같은 기상과 액상 사이의 상호 작용 또는 접촉을 허용하기 위한 임의의 유형의 디바이스를 포함할 수 있다. 기액 분리 디바이스는 예를 들어 암모니아와 같은 용액의 저비등점 성분의 증기를 함유하는 기상 및 용액의 고비등점 성분에 접촉하는 액상을 형성하기 위해 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을 수용하여 용액을 가열하도록 구성된 스트립퍼를 포함할 수 있다. 스트립퍼는 예를 들어 리보일러 내에서 저압 또는 고압 증기에 의해 또는 전기 가열 수단에 의해 가열되도록 구성될 수도 있다. 스트립퍼가 재생기의 언더플로우(underflow), 즉 액상에 의해 적어도 부분적으로 가열되게 하는 것이 적합할 수 있다. 가열은 예를 들어 스트립퍼의 리보일러 내의 열교환기를 경유할 수 있다. 따라서, 재생된, 즉 CO2 희박 암모니아 처리 용액이 스트립퍼 내의 가열 매체로서 사용될 수 있어, 외부 가열을 위한 필요성을 감소시키고 따라서 시스템의 전체 에너지를 보존한다. 언더플로우는 통상적으로 100℃ 초과 온도 및 10 내지 30 bar의 압력을 가질 수 있다.
스트립퍼는 바람직하게는 CO2 흡수기와 재생기에 비교하여 크기가 소형일 수 있다. 스트립퍼의 체적 유동 용량은 CO2 흡수기 또는 재생기의 체적 유동 용량의 25% 미만, 예를 들어 CO2 흡수기 또는 재생기의 체적 유동 용량의 0.01 내지 25%, 1 내지 10% 또는 2 내지 5%일 수 있다. 이러한 소형 스트립퍼의 자본 비용은 일반적으로 CO2 제거 시스템을 위한 총 자본 비용의 매우 낮은 비율을 구성할 것이다.
기액 분리 디바이스용 암모니아 처리 용액은 암모니아 처리 용액의 순환을 따른 임의의 위치로부터 수용되고 이 위치 내로 재도입될 수 있다. 기액 분리 디바이스용 암모니아 처리 용액은 예를 들어 CO2 희박 암모니아 처리 용액 또는 CO2 농후 암모니아 처리 용액일 수 있다.
기액 분리 디바이스는 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로부터 CO2 희박 암모니아 처리 용액을 수용하도록 구성될 수 있다. 기액 분리 디바이스는 예를 들어 재생기로부터 CO2 희박 암모니아 처리 용액을 수용하도록 구성될 수 있다. 재생 프로세스는 일반적으로 2 내지 150 bar, 바람직하게는 10 내지 30 bar의 압력과 같은 상승된 압력 및 상승된 온도에서 수행된다. 이 압력은 재생기와 관련하여 배열된 고압 펌프에 의해 생성될 수 있다.
재생기 내의 그리고 재생기를 떠날 때의 희박 용액의 온도는 높기 때문에, 비교적 소량의 열이 액상으로서의 비휘발성 성분으로부터 기상의 휘발성 성분을 분리하기 위해 스트립퍼 내에 첨가될 필요가 있다. 가열 요구가 낮기 때문에, 가열은 예를 들어 전기 수단에 의해 실행될 수 있다. 다른 상황에서, 재생기 장치 열교환기 네트워크의 다른 위치로부터 CO2 희박 암모니아 처리 용액을 수용하는 것이 유리할 수 있다. 스트림 온도는 10 내지 150℃의 범위일 것이다. 장점은 더 원활한 작동을 허용할 수 있는 더 높은 이용 가능한 순 포지티브 흡입 수두를 갖는 전달 펌프에서 자명할 수 있다. 이러한 상황에서, 공급/언더플로우 교환기가 기액 분리 디바이스의 열 요구를 감소시키도록 이용될 수 있다.
대안적으로, 기액 분리 디바이스는 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로부터 CO2 농후 암모니아 처리 용액을 수용하도록 구성될 수 있다. 기액 분리 디바이스는 예를 들어 CO2 흡수기로부터 CO2 농후 암모니아 처리 용액을 수용하도록 구성될 수 있다. CO2 흡수기 내의 그리고 CO2 흡수기를 떠날 때의 암모니아 처리 용액의 압력은 일반적으로 1 내지 2 bar의 범위로 낮기 때문에, 스트립퍼의 열 요구는, 예를 들어 1 내지 2 bar의 압력에서 물의 비등 온도 부근 또는 조금 높은 비교적 저온에서 제공될 수 있다. 따라서, 스트립퍼의 가열 요구는 예를 들어 저압 증기 또는 다른 저등급 열에 의해 제공될 수 있다.
암모니아 처리 용액이 기액 분리 디바이스에서 분리될 때, 일반적으로 물 또는 낮은 암모니아 함량 수용액 및 비휘발성 성분을 포함하는 암모니아 희박 액상은 CO2 제거 시스템 내에서 폐기되거나 재순환된다. 일반적으로 암모니아, CO2 및 수증기를 포함하는 암모니아 농후 기상은 순환 암모니아 처리 용액 스트림 내로 재도입되어, 순환 암모니아 처리 용액 내의 암모니아 농도의 증가 및 비휘발성 성분의 농도의 감소를 초래한다.
기액 분리 디바이스는 수성인 암모니아 처리 용액의 분리를 위해 구성될 수 있고, 여기서 암모니아 처리 용액의 물의 대부분, 즉 60, 70, 80 또는 90% 초과와 같은 50% 초과는 암모니아 농후 기상으로 분리되고 암모니아 처리 용액의 물의 소부분은 비휘발성 화합물을 포함하는 액상으로 분리된다. 따라서, 적은 물 및 용액 체적이 암모니아 처리 용액으로부터 손실된다.
대안적으로, 기액 분리 디바이스는 수성인 암모니아 처리 용액의 분리를 위해 구성될 수 있고, 여기서 암모니아 처리 용액의 물의 소부분은 암모니아 농후 기상으로 분리되고, 암모니아 처리 용액의 물의 대부분, 즉 60, 70, 80 또는 90% 초과와 같은 50% 초과는 비휘발성 화합물을 포함하는 액상으로 분리된다. 따라서, 예를 들어 프로세스 가스로부터 암모니아 처리 용액에 도입된 초과의 물이 제거될 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 암모니아 처리 용액으로부터 비휘발성 화합물을 제거하기 위해, 기액 분리 디바이스는 따라서 암모니아 처리 용액의 수분 평형을 제어하고 조정할 수 있다.
암모니아 농후 기상은 바람직하게는 암모니아 처리 용액 스트림 내로 재도입될 수 있고, 여기서 암모니아 농후 기상을 생성하기 위해 스트립퍼 내에 사용된 열은 재생과 같은 프로세스의 다른 단계에서 열 요구의 부분을 대체한다. 따라서, 기액 분리 디바이스는 열이 재사용될 수 있는 시스템 내의 재생기 또는 다른 위치를 향해 지향된 암모니아 처리 용액 스트림 내로 또는 재생기 내로 암모니아 농후 기상을 재도입하도록 구성될 수 있다.
기액 분리 디바이스로부터 암모니아 희박 액상은 폐기되는데, 예를 들어 공공 하수 시스템 등으로 배출되거나 시스템에 재도입될 수 있다. 그럼에도, 기액 분리 디바이스를 떠나는 pH 또는 희박 액상을 6 내지 12, 예를 들어 7 내지 11 또는 약 8과 같은 7 내지 9의 pH와 같은 비교적 중성 pH로 조정하는 것이 적합할 수 있다. 희박 액상은 이어서 또한 덜 부식성일 수 있다.
또한, 기액 분리 디바이스 내의 암모니아 처리 용액의 7 내지 11 또는 7 내지 9의 범위의 중성 또는 알칼리성 pH는 액체로부터 기상으로 암모니아와 같은 휘발성 화합물의 전이를 향상시킬 수 있어, 이에 의해 기액 분리 디바이스를 위한 가열 요구가 감소될 수 있다. 암모니아 처리 용액의 암모니아염의 암모니아부를 스트립핑할 때, pH는 예를 들어 황산의 형성을 통해 낮아질 수 있다. 따라서, 예를 들어 기액 분리 디바이스에 진입하기 전에 또는 진입함에 따라 알칼리성 물질, 즉 알칼리성 첨가제를 암모니아 처리 용액에 또는 기액 분리 디바이스의 액체 섬프와 같은 기액 분리 디바이스 내에 첨가함으로써 기액 분리 디바이스를 떠나기 전에 미리 암모니아 처리 용액의 pH를 조정하는 것이 적합할 수 있다.
알칼리성 물질의 첨가는 예를 들어 알칼리성 물질을 첨가하기 전 또는 후에 기액 분리 디바이스에 진입하기 전에, 알칼리성 물질을 첨가하기 전 또는 후에 기액 분리 디바이스 내의 임의의 스테이지에서, 또는 기액 분리 디바이스를 떠난 후에, 기체 또는 액체로서 암모니아 처리 용액의 pH 측정에 기초하여 적합하게 조절될 수 있다. 예를 들어 기액 분리 디바이스를 떠나는 암모니아 희박 액상의 pH를 측정하는 것이 적합할 수 있다. 따라서, 기액 분리 디바이스는 암모니아 희박 액상의 pH를 측정하도록 배열된 pH 센서를 포함할 수 있다.
용액과의 혼합을 용이하게 하기 위해 암모니아 처리 용액에 액체 형태의 알칼리성 첨가제를 첨가하는 것이 적합할 수 있다.
알칼리성 첨가제는 예를 들어 수산화나트륨(NaOH) 및/또는 수산화칼륨(KOH)을 포함할 수 있다.
기액 분리 디바이스는 CO2 흡수기 내에서 처리되어 있는 프로세스 가스로부터 잔류 암모니아의 제거를 위한 물 세척 단계를 추가로 포함하는 CO2 제거 시스템에서 구현될 수 있다.
따라서, 시스템은 CO2 포집 장치로부터 CO2 희박 가스 스트림을 수용하고 5 중량 % 미만의 암모니아 농도를 갖는 수성 세척 용액 스트림과 가스 스트림을 접촉시켜 암모니아가 상기 수성 세척 용액 스트림 내에서 흡수되어 암모니아 농후 세척 용액을 형성하도록 구성된 암모니아 흡수기와, 암모니아 흡수기로부터 암모니아 농후 세척 용액을 수용하여 수용된 세척 용액을 암모니아 농후 기상 및 암모니아 희박 액상으로 분리하도록 구성된 세척 기액 분리 디바이스를 포함하는 암모니아 흡수 장치를 추가로 포함할 수 있다. 세척 기액 분리 디바이스(이하에는 제 1 기액 분리 디바이스라 또한 칭함)는 예를 들어 스트립퍼일 수 있고 그리고/또는 비휘발성 화합물의 제거를 위해 전술된 기액 분리 디바이스(이하에는 제 2 기액 분리 디바이스라 또한 칭함)와 유사할 수 있다. 그러나, 세척 기액 분리 디바이스의 스트리밍 체적 용량은 요구되는 것의 2배 또는 4배와 같이, 실질적으로 더 높을 수 있다.
제 1 기액 분리 디바이스로부터의 암모니아 농후 기상은 통상적으로 kg 물당 1 내지 5 mol 암모니아를 포함할 수 있다. 약 3 내지 5 mol/kg의 더 높은 범위는 수증기의 일부를 응축하는 응축기에 의해 성취될 수 있고 이를 제 1 기액 분리 디바이스에 재순환한다.
특히 예를 들어 1 내지 5 또는 1 내지 2 bar와 같은 1 내지 10 bar의 유사한 압력에서 작동하면, 제 1 기액 분리 디바이스와 제 2 기액 분리 디바이스를 통합하는 것이 적합할 수 있다.
제 1 기액 분리 디바이스로부터의 암모니아 농후 기상은 제 2 기액 분리 디바이스로 전달될 수 있고 거기서 암모니아 및 다른 휘발성 물질을 액체로부터 제거하는 것일 지원하는데 사용된다. 제 2 기액 분리 디바이스에 진입하는 암모니아 처리 용액은 통상적으로 kg 용액당 6 내지 14몰 암모니아의 암모니아 함량을 가질 수 있어, 이에 의해 제 2 기액 분리 디바이스를 떠나는 기상이 제 1 기액 분리 디바이스로부터 기상에서보다 훨씬 더 높은 함량인 더욱 더 높은 암모니아 농도를 가질 수 있어, 이에 의해 제 1 기액 분리 디바이스로부터의 기상이 제 2 기액 분리 디바이스 내의 액체로부터 암모니아 및 다른 휘발성 물질의 제거를 지원하게 한다. 또한, 제 1 기액 분리 디바이스로부터의 기상은 제 2 기액 분리 디바이스에 열을 추가할 수 있어, 제 2 기액 분리 디바이스의 가열 요구를 상당히 감소시킨다. 예언적인 실험은 제 2 기액 분리 디바이스에 입력된 에너지가 이 방식으로 50% 초과만큼 감소될 수 있다는 것을 나타내고 있다.
이 통합의 부가의 잠재적인 장점은 이하를 포함한다.
· 제 2 기액 분리 디바이스를 위한 비교적 더 소형의 리보일러.
· 제 2 기액 분리 디바이스를 위한 상당히 적은 에너지 페널티.
· 제 1 기액 분리 디바이스가 제 2 기액 분리 디바이스로부터 어떠한 영향 없이 작동함.
· 오버헤드 섹션 내의 암모니아 농도가 제 1 기액 분리 디바이스 내에서 낮게 유지되고 제 1 기액 분리 디바이스 오버헤드 가스에 의해 제 2 기액 분리 디바이스 내에서 희석되기 때문에, 제 1 및 제 2 기액 분리 디바이스가 응축된 상태에서 오버헤드 섹션 내에 암모늄 바이카보네이트에 대한 최저 용해도 지수 및 폐색, 스케일링 등에 대한 가장 양호한 작동 관점을 가짐.
· 저압 캐스케이드, 예를 들어 제 1 기액 분리 디바이스가 약간 상승된 압력에 있는 상태에서 대기압에서 작동하는 제 2 기액 분리 디바이스에 대한 통합 대안.
· 작동 융통성: 제 1 기액 분리 디바이스 오버헤드로 제 2 기액 분리 디바이스 성능을 부스트함으로써, 즉 "스트립핑 스트림"으로서 제 1 기액 분리 디바이스 오버헤드 내에 더 많은 수증기를 흐르게 함으로써. 이는 제 1 기액 분리 디바이스의 충분한 용량 보존을 미리 추정하지만, 제 2 기액 분리 디바이스 리보일러의 기밀한 디자인을 허용함.
특히 바로 위에 설명된 실시예에서 제 1 기액 분리 디바이스로부터 오버헤드 가스, 즉 암모니아 농후 기상을 더 양호하게 이용하기 위해, 가스는 적합하게는 제 2 기액 분리 디바이스의 MTD에서 또는 그 아래에서 제 2 기액 분리 디바이스에 진입할 수 있게 되어, 가스가 MTD를 통해 상승할 수 있게 하고, MTD 내의 액체 용액에 조우하고, 그 내부의 임의의 암모니아의 적어도 일부로부터 상기 용액을 스트립핑한다.
전술된 바와 같이, 암모니아 흡수기, 뿐만 아니라 제 1 기액 분리 디바이스는 제 2 기액 분리 디바이스보다 높은 유동 용량을 가질 수 있다. 따라서, 암모니아 흡수기로부터 수성 세척 용액은 제 2 기액 분리 디바이스에 진입하는 암모니아 처리 용액의 유량의 적어도 2배, 4배, 10배, 15배 또는 20배인 유량을 가질 수 있다. 통상적으로, 암모니아 흡수기로부터 수성 세척 용액은 제 2 기액 분리 디바이스에 진입하는 암모니아 처리 용액의 유량의 15 내지 50배 또는 15 내지 30배와 같은 10 내지 100배인 유량을 가질 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 2개의 기액 분리 디바이스는 암모니아 흡수기로부터 암모니아 농후 세척 용액의 적어도 일부를 수용하도록 구성되는 제 2 기액 분리 디바이스에 의해 통합될 수 있다. 제 2 기액 분리 디바이스는 따라서 필요에 따라, 제 1 기액 분리 디바이스가 세척 용액으로부터 암모니아 및 다른 휘발성 화합물을 제거하는 것을 지원할 수도 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 2개의 기액 분리 디바이스는 예를 들어 순환 암모니아 처리 용액에 재진입하기 전에, 시스템의 복잡성을 감소시키고 배관의 양을 감소시키기 위해, 각각의 디바이스로부터 2개의 암모니아 농후 기상을 조합함으로써 통합될 수 있다.
제 2 기액 분리 디바이스는 대안적으로 또는 부가적으로 그 각각이 MTD를 포함하는 2개의 부분과 같은 2개의 상이한 스테이지를 구비할 수 있고, 여기서 제 1 스테이지는 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을 수용하고 이를 암모니아 농후 기상과 암모니아 희박 액상으로 분리하도록 구성될 수 있고, 암모니아 농후 기상은 순환 암모니아 처리 용액 스트림 내로 재도입되고, 제 2 스테이지는 제 1 스테이지로부터 암모니아 희박 액상을 수용하여 상기 액상을 실질적으로 수증기로 이루어지는 기상과 비휘발성 화합물을 포함하는 액상으로 분리하도록 구성될 수 있다.
통상적으로, 제 1 스테이지는 제 2 스테이지 위에 그리고 제 2 스테이지와 액체 접촉하여 위치될 수 있어, 제 1 스테이지의 액상이 제 2 스테이지 내로 중력에 의해 하강되거나 펌프에 의해 지원될 수 있게 된다. 암모니아 처리 용액 스트림은 예를 들어 제 1 스테이지의 MTD 내의 또는 위의 예를 들어 스트립퍼와 같은 제 2 기액 분리 디바이스에 진입할 수 있고, 여기서 예를 들어 저압 스트림에 의해 제 1 스테이지 온도로 가열된 제 1 스테이지의 섬프로부터의 연기와 상호 작용할 수 있다. 암모니아 처리 용액의 휘발성 화합물, 예를 들어 암모니아 및 CO2는 기상으로서 제 1 스테이지를 떠날 수 있고, 반면에 제 1 스테이지 액상은 제 2 스테이지의 MTD로 유도될 수 있고, 여기서 예를 들어 저압 스트림에 의해 제 1 스테이지 온도보다 적합하게 높은 제 2 스테이지 온도로 가열된 제 2 스테이지의 섬프로부터의 조우 연기와 상호 작용하여, 따라서 추가의 화합물이 주로 수증기로 이루어진 제 2 스테이지 기상으로서 기액 분리 디바이스를 떠나게 한다. 비휘발성 화합물을 포함하는 제 2 스테이지 액상은 기액 분리 디바이스를 떠날 수 있다.
따라서, 수용된 암모니아 처리 용액은 수성일 수 있고, 암모니아 처리 용액의 물의 대부분은 제 2 스테이지의 기상으로 분리될 수 있고, 암모니아 처리 용액의 물의 소부분은 비휘발성 화합물을 포함하는 액상으로 분리될 수 있고, 암모니아 처리 용액의 물의 다른 소부분은 암모니아 농후 기상으로 분리될 수 있다.
물론, 또한 2단 분리 디바이스를 포함하는 CO2 제거 시스템은 전술된 바와 같은 암모니아 흡수 장치, CO2 포집 장치 및/또는 재생 장치를 추가로 포함할 수 있다.
특히 전술된 바와 같은 2단 제 2 기액 분리 디바이스를 사용할 때, 제 1 및 제 2 기액 분리 디바이스를 통합하는 부가의 또는 대안적인 방식은 제 1 기액 분리 디바이스 내의 제 2 기액 분리 디바이스의 제 2 스테이지로부터 기상의 적어도 일부를 재사용하는 것이다. 주로 수증기로 이루어지는 제 2 스테이지 기상은 예를 들어 제 1 기액 분리 디바이스의 섬프로 또는 MTD 내로 또는 아래로 유도될 수 있고, 여기서 제 1 기액 분리 디바이스의 외부 가열의 일부를 대체할 수 있어, 전체 CO2 제거 시스템의 가열 요구를 감소시킨다.
대안적으로 또는 부가적으로, 제 2 스테이지로부터 기상의 적어도 일부가 가열을 제공하기 위해 시스템 내의 다른 위치에 사용될 수 있다.
도 1을 참조하여, 스트립퍼(41)를 포함하는 (제 2) 기액 분리 디바이스(40)가 이제 설명될 것이다.
스트립퍼(41)는 예를 들어 사전 결정된 압력 범위 내에서 작동하도록 구성된 일반적으로 원통형 강철 용기로서 구성될 수 있다. 스트립퍼(41)는 바람직하게는 하나 이상의 적합한 질량 전달 디바이스(MTD)(42)를 구비한다. MTD는 예를 들어 밸브 트레이, 체(sieve) 트레이, 구조화된 패킹, 랜덤 패킹 또는 다른 적합한 패킹 재료 또는 이들의 조합일 수 있다. 가열 시스템/디바이스(43)가 스트립퍼에 의해 수용된 암모니아 처리 용액을 가열하기 위해 스트립퍼(41) 내에 제공될 수 있다.
스트립퍼(41)는 바람직하게는 저비등점 성분, 예를 들어 NH3 및 CO2가 기상으로 전달되고, 반면에 고비등점 성분, 예를 들어 염 및 금속은 스트립퍼의 저부에서 액상으로 수집되는 암모니아 처리 용액에 충분한 열을 제공하도록 구성된다. 통상적으로, 기상 및 액상의 모두는 물을 포함할 것이고, 액상의 물의 비율에 관련하여 기상의 물의 비율은 가열의 양에 의존할 수 있다. 암모니아 처리 용액은 예를 들어 리보일러를 경유하여 적절하게 가열될 수 있다. 리보일러는 예를 들어 전기적으로 발생된 열 또는 증기 또는 CO2 제거 시스템(4)의 다른 부분으로부터 공급된 다른 고온 유체, 예를 들어 고온 연도 가스 또는 고온 CO2 희박 용액을 사용하여 가열될 수 있다. 유사하게, 리보일러는 예를 들어 발전 시스템 또는 연도 가스 세척 시스템 내의 몇몇 소스와 같은 CO2 제거 시스템(4)의 외부의 소스로부터 공급된 증기를 경유하여 가열될 수 있다. 열은 스트립퍼의 작동 압력에서 물의 비등 온도 초과의 온도에서 열을 제공하는 것이 가능한 임의의 가열 수단에 의해 공급될 수 있다. 스트립퍼는 일반적으로 크기가 비교적 소형이기 때문에, 전술된 바와 같은 리보일러 내의 증기를 포함하는 임의의 다수의 상이한 방법에 의해, 뿐만 아니라 라이프 증기 분사(life steam injection)(즉, 스트립퍼의 저부 내로 직접 증기의 분사)에 의해, 전기에 의해 또는 전술된 바와 같은 제 1 기액 분리 디바이스로부터 고온 연도 가스 또는 고온 응축물 또는 고온 오버헤드 기상과 같은 다른 고온 매체에 의해 가열될 수 있다. 스트립퍼가 라이프 증기 분사에 의해 가열되면, 분사된 증기로부터의 응축수는 스트립퍼의 저부에서 액상과 함께 수집될 수 있다. 라이프 증기 분사는 효율적이고 리보일러를 절약한다.
스트립퍼(41)는 NH3 및 CO2와 같은 휘발성 화합물을 포함하는 기상을 가스 출구(44)를 경유하여, 그리고 비휘발성 화합물을 함유하는 액상을 액체 출구(45)를 경유하여 배출하도록 구성된다. 스트립퍼는 4%, 3%, 2% 또는 1% 미만 NH3와 같은, 5 중량 % 미만 NH3를 함유하는 액상(46)을 스트립퍼의 저부에 생성하도록 배열될 수 있다. 바람직하게는, 스트립퍼(41)는 본질적으로 NH3 및 CO2가 없는 액상(46)을 스트립퍼의 저부에 생성하도록 배열될 수 있다.
스트립퍼의 저부에서 수집된 액상(46)은 일반적으로 예를 들어 대기압에서 80 내지 100℃와 같은, 관련 압력에서 대략 물의 비등 온도 또는 약간 미만의 범위의 온도를 갖는다. 열교환기(47)는 스트립퍼의 저부로부터 제거된 액상(46)으로부터 스트립퍼(41) 내로 도입되기 전에 순환 이온성 암모니아 처리 용액 스트림으로부터 수용된 암모니아 처리 용액에 열을 전달하도록(이에 의해, 예를 들어 80 내지 100℃의 사전 결정된 온도로 암모니아 처리 용액의 온도를 상승시키도록) 제공될 수 있다.
순환 암모니아 처리 용액으로부터 수용되는 암모니아 처리 용액의 부분은 특정 CO2 제거 시스템 내의 비휘발성 화합물의 제거를 위한 필요성에 따라 넓은 범위 내에서 변할 수 있다. 적합한 부분은 예를 들어 특정 CO2 제거 시스템 내의 비휘발성 물질의 축적에 기초하여 계산될 수 있다. 부분은 또한 예를 들어 도래하는 가스 스트림의 수분 함량의 편차가 보상될 수 있도록 시스템 내에서 가변적일 수 있다.
부분은 예를 들어 순환 암모니아 처리 용액의 총 질량 유량의 0.01 내지 10% 또는 0.01 내지 5%의 범위와 같은 0.01 내지 25%의 범위를 포함할 수 있다. 수용되는 암모니아 처리 용액의 부분이 작을수록, 더 소형의 비용이 적은 기액 분리 디바이스가 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 수용되는 암모니아 처리 용액의 부분은 순환 암모니아 처리 용액의 총 질량 유량의 0.05 내지 1%의 범위에 있을 수 있다.
기액 분리 디바이스(40)는 CO2 제거 시스템의 순환 암모니아 처리 용액 스트림과 유체 접속하여 배열된다.
유체 접속부는 바람직하게는 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을 기액 분리 디바이스(40)의 액체 입구로 유도하도록 구성된 적어도 하나의 유체 접속부(48)를 포함할 수 있다. 유체 접속부는 기액 분리 디바이스(40)에 공급되는 암모니아 처리 용액의 양을 조절하기 위해 작동 가능한 유동 조절 디바이스 및 펌프를 포함할 수 있다.
유체 접속부는 바람직하게는 기액 분리 디바이스(40)의 가스 출구(44)로부터 CO2 제거 시스템(4)의 순환 암모니아 처리 용액 스트림 내로 기액 분리 디바이스(40) 내에 생성된 기상을 안내하도록 구성된 적어도 하나의 유체 접속부(49)를 포함할 수 있다.
기액 분리 디바이스(40)는 바람직하게는 액체 출구(45)를 경유하여 기액 분리 디바이스(40) 내에 생성된 액상을 제거하도록 구성된 적어도 하나의 유체 접속부(50)를 포함할 수 있다.
CO2 제거 시스템(4)에서 순환하는 모든 암모니아 처리 용액은 물 및 축적된 비휘발성 물질을 함유하기 때문에, 기액 분리 디바이스(40)를 위한 암모니아 처리 용액은 암모니아 처리 용액 순환을 따른 임의의 위치로부터 수용되고 그 위치 내로 재도입될 수 있다. 암모니아 처리 용액이 수용되고 그리고/또는 재도입될 수 있는 암모니아 처리 용액 순환을 따른 위치의 예는 CO2 흡수기(10), 재생기(11), CO2 흡수기로부터 재생기로 CO2 농후 암모니아 처리 용액을 포워딩하도록 구성된 제 1 액체 도관(12) 및 재생기로부터 CO2 흡수기로 CO2 희박 암모니아 처리 용액을 포워딩하도록 구성된 제 2 액체 도관(13)을 포함한다.
일 실시예에서, 기액 분리 디바이스(40)를 위한 암모니아 처리 용액은 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 CO2 농후부로부터, 예를 들어 CO2 흡수기의 저부에서 수집된 암모니아 처리 용액으로부터 또는 CO2 흡수기로부터 재생기로 CO2 농후 암모니아 처리 용액을 포워딩하도록 구성된 제 1 액체 도관으로부터 수용될 수 있다.
이 실시예의 장점은 CO2 농후 용액이 일반적으로 대기압에 근접한 압력에서, 예를 들어 2 bar 미만의 압력에서 제공된다는 것이다. 이러한 것은 기액 분리 디바이스(40) 및 유체 접속부(48, 49)가 고압에서 작동을 위해 구성될 필요가 없다는 것을 의미한다. 이는 또한 1 내지 2 bar에서와 같은 대기압에 근접한 압력에서 종종 작동되는 암모니아 흡수 장치의 제 1 기액 분리 디바이스와의 통합을 용이하게 한다. 암모니아 처리 용액이 고압에서 수용되는 실시예에 비교하여, 이는 또한 암모니아 처리 용액을 액상 및 기상으로 분리하기 위해 요구되는 열이 더 낮은 온도에서 제공될 수도 있다는 것을 의미한다. 따라서, 암모니아 처리 용액이 대기압에 근접한 압력에서 수용되는 실시예에서, 기액 분리 디바이스(40)는 예를 들어 암모니아 처리 용액을 액상과 기상으로 분리하기 위해 암모니아 처리 용액을 가열하기 위한 저압 증기 또는 전기 가열을 사용할 수 있다.
일 실시예에서, 기액 분리 디바이스(40)를 위한 암모니아 처리 용액은 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 CO2 희박부로부터, 예를 들어 재생 장치(12)의 재생기(25)의 저부(29)에서 수집된 암모니아 처리 용액으로부터 또는 재생기로부터 CO2 흡수기(15)로 CO2 희박 암모니아 처리 용액을 포워딩하도록 구성된 액체 도관(13)으로부터 수용될 수 있다.
이 실시예의 장점은, 재생기(25) 내에서 가열을 경험하기 때문에, 희박 용액이 일반적으로 50 내지 200℃의 범위의 온도와 같은 고온에서 제공된다는 것이다. 이러한 것은 비교적 적은 양의 부가의 열이 암모니아 처리 용액을 액상과 기상으로 분리하기 위해 요구될 수 있다는 것을 의미한다. 열은 예를 들어 중간압 증기에 의해 또는 전기 가열에 의해 제공될 수 있다.
실시예에서, 기액 분리 디바이스(40)에 의해 생성된 기상은 재생기 내로 또는 용액 스트림을 재생기로 포워딩하도록 구성된 액체 도관 내로 재도입될 수 있다. 이 실시예의 장점은 기액 분리 디바이스(40) 내의 기상에 전달된 열이 재생기(25)의 가열 요구를 간접적으로 감소시키는데 사용된다는 것이다. 달리 말하면, 기액 분리 디바이스(40)의 에너지 요구는 재생기(25)의 에너지 요구의 부분을 대체할 수 있다. 따라서, 이 실시예에서, 기액 분리 디바이스(40)의 작동은 본질적으로 에너지 중립적으로 행해질 수도 있다.
도 2를 참조하여, 스트립퍼(41')를 포함하는 (제 2) 기액 분리 디바이스(40')의 특정 실시예가 이제 설명될 것이다. 디바이스(40')는 도 1의 디바이스(40)와 본질적으로 동일하지만 몇몇 부가의 특징을 갖는다. 이들 부가의 특징 외에는, 도 1과 관련한 상기 설명이 참조된다.
기액 분리 디바이스(40')는 암모니아 처리 용액의 NH3 및 CO2와 같은 휘발성 화합물의 증발을 향상시키고 비부식성 pH를 보장하기 위해 기액 분리 디바이스(40')에 의해 프로세싱된 암모니아 처리 용액에 NaOH(aq) 또는 KOH(aq)와 같은 알칼리성 물질을 첨가하기 위한 투여 시스템(dosing system)을 추가로 포함한다. 투여 디바이스는 예를 들어 암모니아 처리 용액 스트림을 스트립퍼(41')에 안내하는 도관 및/또는 스트립퍼(41')의 섬프와 같은 기액 분리 디바이스(40') 내의 임의의 위치의 암모니아 처리 용액에 알칼리성 물질을 첨가하도록 배열될 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에 따르면, 알칼리성 용액은 스트립퍼(41')에 암모니아 처리 용액 스트림을 안내하는 도관 및 스트립퍼(41')의 섬프의 모두에 첨가될 수 있어, 스트립퍼(41') 내의 암모니아 처리 용액의 pH의 제어 및 향상된 융통성을 제공한다. 기액 분리 디바이스(40')는 기액 분리 디바이스(40') 내의 암모니아 처리 용액의 pH를 측정하도록 배열된 센서(102)를 추가로 포함하고, 이 측정은 원하는 pH가 얻어지도록 투여 디바이스(101)의 투여량을 조절하는데 사용될 수 있다. 센서는 기액 분리 디바이스(40')의 디자인에 따라, 기액 분리 디바이스(40') 내의 임의의 위치에 위치될 수 있지만, 도 2에 도시된 바와 같이 스트립퍼(41')를 떠나는 비휘발성 물질을 포함하는 액상의 pH를 측정하기 위해 이를 위치시키는 것이 적합할 수도 있다. 이 방식으로, 가능하게는 부가의 처리 및 세척 후에, 폐기되고 결국에는 자연으로 배출될 액체의 중성 pH와 같은 원하는 pH가 보장될 수 있다. 또한, 떠나는 액상에서 측정함으로써, 액체 벌크의 pH는 효율적으로 측정될 수 있고, 이는 부식성을 감소시키기 위해 적합할 수 있다.
도 3을 참조하여, 스트립퍼(41")를 포함하는 (제 2) 기액 분리 디바이스(40")의 특정 실시예가 이제 설명될 것이다. 디바이스(40")는 본질적으로 도 1의 디바이스(40)와 동일하지만, 몇몇 부가의 특징을 갖는다. 이들 부가의 특징 외에는, 도 1과 관련한 상기 설명이 참조된다.
스트립퍼(41")는 이 실시예에서 암모니아 흡수 장치(60)의 (제 1) 기액 분리 디바이스(62)와 통합되어, 기액 분리 디바이스(62)로부터의 오버헤드 연기, 즉 기상이 스트립퍼(41")에 안내되고 그 내에 도입되게 된다. 기상은 스트립퍼(41")의 MTD(42) 내로 또는 그 아래로 도입되어 가스가 MTD(42)를 통해 상승할 수 있어, MTD(42) 내에서 하향으로 낙하하는 액체에 조우하고 휘발성 물질의 액체를 스트립핑하게 된다. 기상은 통상적으로 스트립퍼(41") 내로 진입된 순환 암모니아 처리 용액의 암모니아 함량보다 낮은 약 4 몰랄의 암모니아 함량을 가져, 암모니아 처리 용액의 스트립핑을 지원하게 한다. 도 3에 도시된 실시예에 따르면, MTD(42)는 2개의 개별 MTD부(42a, 42b)로 이루어지고, 기액 분리 디바이스(62)로부터의 기상은 상부 MTD부(42a) 아래 및 하부 MTD부(42b) 위로 진입된다. 또한, 도 3에 도시된 실시예에 따르면, 오버헤드 연기는 이들이 스트립퍼(41") 내로 진입하기 전에 연기 내의 휘발성 물질의 농도를 상승시키기 위해 응축기(63)를 경유하여 통과한다. 응축기(63) 전에 연기는 통상적으로 1 내지 2 몰랄의 NH3 농도를 갖고, 반면에 응축기(63) 후에 연기는 3 내지 5 몰랄의 NH3 농도를 갖는다. 액체 응축물, 통상적으로 본질적으로 순수(pure water)는 재사용되도록 기액 분리 디바이스(62)로 복귀될 수 있다. 따라서, CO2 제거 시스템(4)의 전체 에너지 효율이 감소될 수 있고, 스트립퍼(41")의 히터/리보일러(43)는 크기가 감소될 수 있다.
도 4를 참조하면, 스트립퍼(41"')를 포함하는 (제 2) 기액 분리 디바이스(40"')의 특정 실시예가 이제 설명될 것이다. 디바이스(40"')는 본질적으로 도 1의 디바이스(40)와 동일하지만, 몇몇 부가의 특징을 갖는다. 이들 부가의 특징 외에는, 도 1과 관련한 상기 설명이 참조된다.
도 4에 도시된 실시예의 기액 분리 디바이스(40"')는 2개의 스테이지 또는 격실(103, 104)로 분할되는 스트립퍼(41"')를 포함하고, 상부 격실(103)의 형태의 제 1 스테이지는 상부 MTD(42a)를 포함하고 하부 격실(104)의 형태의 제 2 스테이지는 하부 MTD(42b)를 포함한다. 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로부터의 암모니아 처리 용액은 상부 격실(103), 바람직하게는 상부 MTD(42a) 위로 진입하고, NH3 및 CO2와 같은 휘발성 화합물 및 소정의 수증기를 포함하는 기상으로 분리된다. 휘발성 기상은 다른 실시예와 관련하여 설명된 바와 같이 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로 복귀될 수 있다. 비휘발성 화합물 및 물을 포함하는 상부 격실(103)의 액상은 하부 격실(104) 내로 진입되는데, 예를 들어 상부 격실(103)의 섬프로부터 하부 격실(104), 바람직하게는 하부 MTD(42b) 위로 도관(105)에 의해 안내될 수 있다. 하부 격실(104)에서, 상부 격실(103)로부터의 액상은 휘발성 화합물이 상부 격실(103) 내에서 미리 제거되어 있기 때문에 주로 수증기로 이루어지는 기상과, 다른 실시예와 관련하여 설명되는 바와 같이 폐기되거나 처리될 수 있는 비휘발성 물질 및 소정의 물을 포함하는 액상으로 분리된다. 상부 격실(103) 내로 진입되는 암모니아 처리 용액은 통상적으로 수증기를 생성하기 위해 물의 비등 온도로 가열될 수 있는 하부 격실(104) 내로 진입된 액체보다 낮은 온도, 예를 들어 물의 비등 온도 이하의 온도로 가열된다. 따라서, 하부 격실(104)의 가열 에너지 요구는 통상적으로 상부 격실(103)의 가열 에너지 요구보다 높거나, 2배 이상과 같이 훨씬 더 높다. 가열은 2개의 스테이지(103, 104)의 개별 히터/리보일러에 의해 또는 도 4에 도시된 바와 같이 단일 히터/리보일러(43)에 의해 제공될 수 있다.
하부 스테이지(104)에 의해 생성된 수증기 또는 증기는 암모니아 흡수 장치(60)의 (제 1) 기액 분리 디바이스(62)에 안내될 수 있어, 따라서 스트립퍼(41"')를 기액 분리 디바이스(62)와 통합한다. 기액 분리 디바이스(62)에서, 증기가 기액 분리 디바이스(62)에 가열 에너지를 추가하는데 사용될 수 있어, 따라서 기액 분리 디바이스(62)를 위한 외부 가열 에너지의 필요성을 감소시키고 기액 분리 디바이스(62)의 히터/리보일러(106)에 대한 요구를 낮춘다. 도 4에 도시된 바와 같이, 증기는 기액 분리 디바이스(62) 내로, 바람직하게는 그 내부의 MTD 아래로 증기를 직접 도입함으로써 가열을 위해 사용될 수 있고, 또는 기액 분리 디바이스(62)의 히터/리보일러(106) 내의 가열 매체로서 사용될 수도 있다. CO2 제거 시스템(4)의 전체 에너지 효율은 따라서 감소될 수 있고, 기액 분리 디바이스(62)의 히터/리보일러(106)는 크기가 감소될 수 있다.
도 5 및 도 6을 주로 참조하면, 상세히 전술된 바와 같이 스트립핑에 의해 순환 이온성 용액으로부터 물 및 비휘발성 물질을 제거하도록 구성된 스트립퍼(41)를 포함하는 기액 분리 디바이스(40)를 포함하는 전술된 바와 같은 CO2 제거 시스템(4)이 제안된다.
도 5는 수용된 암모니아 처리 용액이 CO2 흡수기(15)의 저부(20)로부터 CO2 농후 암모니아 처리 용액이고 기상은 재생기(25) 내로 재도입되는 실시예의 개략도이다.
도 5의 실시예에서, 기액 분리 디바이스(40)는 스트립퍼(41)를 포함한다. 스트립퍼(41)는 예를 들어 약 1 내지 5 bar의 압력 범위 내에서 작동하도록 구성된 일반적으로 원통형 강철 용기로서 구성될 수 있다. 스트립퍼(41)는 바람직하게는 하나 이상의 적합한 질량 전달 디바이스(MTD)(42)를 구비한다. MTD는 예를 들어, 밸브 트레이, 체 트레이, 구조화된 패킹, 랜덤 패킹 또는 다른 적합한 패킹 재료 또는 이들의 조합일 수 있다. 가열 시스템/디바이스(43)가 스트립퍼에 의해 수용된 이온성 용액을 가열하기 위해 스트립퍼(41) 내에 제공될 수 있다. 가열 시스템은 저압 증기(통상적으로 4 내지 8 bar의 범위의 압력을 갖는)에 의해, 또는 요구된 열의 양이 저압 증기를 위한 인프라구조를 정당화하기 위해 너무 낮으면 전기 가열 디바이스/시스템을 경유하여 가열될 수 있다. 스트립퍼(41)는 바람직하게는 1 내지 5 bar의 범위의 압력에서, 예를 들어 NH3 및 CO2와 같은 저비등점 성분이 기상으로 전달되고 반면에 예를 들어 염 및 금속과 같은 고비등점 성분은 스트립퍼(41)의 저부(46)에서 액상으로 수집되도록 암모니아 처리 용액에 충분한 열을 제공하도록 구성된다. 스트립퍼(41)는 가스 출구(44)를 경유하여 NH3 및 CO2를 주로 함유하는 기상을, 그리고 액체 출구(45)를 경유하여 물을 주로 함유하는 액상을 배출하도록 구성된다.
스트립퍼(41)는 CO2 흡수기(15)의 저부에 수집된 CO2 농후 암모니아 처리 용액을 수용하도록 구성된다. CO2 흡수기(15)로부터 농후 암모니아 처리 용액이 스트립퍼(41)에 공급되는 속도(공급 속도)는 예를 들어 CO2 희박 암모니아 처리 용액이 CO2 흡수기(15)로 공급되는 공급 속도의 대략 0.5% 내지 2.0%이다. CO2 흡수기(15)로부터 수용된 암모니아 처리 용액은 바람직하게는 역류에서 액체/가스 MTD(42)를 경유하여, 스트립퍼(41)의 저부에 공급되거나 그 내에 생성된 도래하는 증기와 접촉된다. 스트립퍼(41) 내의 하향으로 유동하는 암모니아 처리 용액 내의 암모니아 및 CO2의 평형 분압과 도래하는 기상 내의 암모니아 및 CO2의 증기압 사이의 차이는 액상으로부터 기상으로의 암모니아 및 CO2 전이를 초래한다. 그 결과, 비휘발성 물질 및 소정의 물이 스트립퍼(41)의 저부(46)에서 수집되고, 암모니아의 흡인 없이 그로부터 용이하게 제거될 수 있다. 스트립핑된 암모니아 및 CO2 및 잔류량의 증기를 포함하는 기상은 스트립퍼의 상부에서 가스 출구(44)를 경유하여 스트립퍼(41)를 떠난다.
CO2 흡수기(15)의 저부(20)에서 수집된 액상은 일반적으로 10 내지 30℃의 범위의 온도를 갖는다. 스트립퍼(41)의 저부(46)에서 수집된 액상은 일반적으로 95 내지 125℃의 범위와 같은 80 내지 150℃의 범위의 온도를 갖는다. 열교환기(47)가 스트립퍼(41)의 저부로부터 제거된 액상으로부터 스트립퍼(41) 내로 도입되기 전에 CO2 흡수기(15)로부터 수용된 암모니아 처리 용액으로 열을 전달하도록(및 이에 의해 예를 들어 60 내지 120℃와 같은 50 내지 150℃의 범위의 사전 결정된 온도로 암모니아 처리 용액의 온도를 상승시키도록) 제공될 수 있다.
스트립퍼(41)로부터의 기상(CO2, NH3, 수증기)은 재생 장치(12)의 재생기(25)를 향해 부분적으로 또는 완전히 보내질 수 있다. 스트립퍼(41)는 이것이 연결되는 흡수기의 압력에 대응하는 1 내지 5 bar의 범위의 압력에서 작동될 수 있고 재생기는 고압에서 작동될 수 있기 때문에, 예를 들어 재생기의 공급 펌프의 상류측과 같은 순환 암모니아 처리 스트림 내로 기상을 재도입하는 것이 적합할 수 있다. 스트립퍼(41)의 저부(46)에서 수집된 액상은 바람직하게는 NH3 및 CO2가 적은 비휘발성 물질의 수용액일 것이다. 액상 내의 잔류 암모니아 함량에 따라, 이는 물 세척 스트립퍼에 또는 장치의 경계(battery limit: BL)에 직접 보내질 수 있다. 이 실시예에서, 투자된 열은 완전하지 않으면 실질적으로 재생기 용기(25) 내에서 및/또는 소형 공급/용출 열교환기(47) 내에서 회수된다. 따라서, 일반적으로 저압(4 내지 8 bar) 증기에 의해 제공된 재생기(25)의 가열 요구가 감소될 수 있다.
도 6은 수용된 암모니아 처리 용액이 재생기(25)의 저부(29)로부터의 CO2 희박 이온성 용액이고 형성된 기상이 재생기(25) 내로 재도입되는 실시예의 개략도이다.
도 6의 실시예에서, 기액 분리 디바이스(40)는 스트립퍼(41)를 포함한다. 스트립퍼(41)는 예를 들어 약 10 내지 30 bar의 압력 범위 내에서 작동하도록 구성된 일반적으로 원통형 강철 용기로서 구성될 수 있다. 스트립퍼(41)는 바람직하게는 하나 이상의 적합한 질량 전달 디바이스(MTD)(42)를 구비한다. MTD는 예를 들어 밸브 트레이, 체 트레이, 구조화된 패킹, 랜덤 패킹 또는 다른 적합한 패킹 재료 또는 이들의 조합일 수 있다. 가열 시스템/디바이스(43)가 스트립퍼에 의해 수용된 암모니아 처리 용액을 가열하기 위해 스트립퍼(41) 내에 제공될 수 있다. 가열 시스템은 중간압 증기(통상적으로 10 내지 30 bar의 범위의 압력을 갖는)에 의해, 또는 요구된 열의 양이 중간압 증기를 위한 인프라구조를 정당화하기 위해 너무 낮으면 전기 가열 디바이스/시스템을 경유하여 가열될 수 있다. 스트립퍼(41)는 바람직하게는 10 내지 30 bar의 범위의 압력에서, 예를 들어 NH3 및 CO2와 같은 저비등점 성분이 기상으로 전달되고 반면에 예를 들어 염 및 금속과 같은 고비등점 성분은 스트립퍼의 저부에서 액상으로 수집되도록 암모니아 처리 용액에 충분한 열을 제공하도록 구성된다. 스트립퍼(41)는 가스 출구(44)를 경유하여 NH3 및 CO2를 함유하는 기상을, 그리고 액체 출구(45)를 경유하여 비휘발성 물질을 함유하는 액상을 배출하도록 구성된다.
스트립퍼(41)는 재생기(25)로부터 희박 암모니아 처리 용액을 수용하도록 구성된다. 재생기(25)로부터 희박 암모니아 처리 용액이 스트립퍼(41)에 공급되는 속도(공급 속도)는 예를 들어 농후 암모니아 처리 용액이 재생기(25)로 공급되는 공급 속도의 대략 0.5% 내지 2.0%이다. 재생기(25)로부터 수용된 이온성 용액은 바람직하게는 역류에서 액체/가스 MTD(42)를 경유하여, 스트립퍼 용기(41)의 저부(46)에 공급되거나 그 내에 생성된 도래하는 증기(도래하는 증기는 충분해야 함)와 접촉된다. 스트립퍼 용기(41) 내의 하향으로 유동하는 암모니아 처리 용액 내의 암모니아 및 CO2의 평형 분압과 도래하는 기상 내의 암모니아 및 CO2의 증기압 사이의 차이는 액상으로부터 기상으로의 암모니아 및 CO2 전이를 초래한다. 그 결과, 물 및 비휘발성 물질은 스트립퍼(41)의 저부에서 수집되고, 암모니아의 흡인 없이 그로부터 용이하게 제거될 수 있다. 스트립핑된 암모니아 및 CO2 및 수증기를 포함하는 기상은 스트립퍼의 상부에서 가스 출구(44)를 경유하여 스트립퍼를 떠난다.
재생기(25)의 저부(29)에서 수집된 액상은 일반적으로 100 내지 150℃의 범위의 온도를 갖는다. 스트립퍼(41)의 저부(46)에서 수집된 액상은 일반적으로 150 내지 250℃의 범위의 온도를 갖는다. 열교환기(47)가 스트립퍼(41)의 저부로부터 제거된 액상으로부터 스트립퍼(41) 내로 도입되기 전에 재생기(25)로부터 수용된 암모니아 처리 용액으로 열을 전달하도록(및 이에 의해 예를 들어 150 내지 200℃의 사전 결정된 온도로 암모니아 처리 용액의 온도를 상승시키도록) 제공될 수 있다.
스트립퍼(41)로부터의 기상(CO2, NH3 및 수증기)은 부분적으로 또는 완전히 재생기(25)로 재차 보내진다. 스트립퍼(41)의 저부(46)에 수집된 액상은 바람직하게는 NH3 및 CO2가 적은 비휘발성 물질의 수용액일 것이다. 수용액 내의 잔류 암모니아 함량에 따라, 이는 물 세척 스트립퍼에 또는 장치의 경계(BL)에 직접 보내질 수 있다. 이 실시예에서, 투자된 열은 완전하지 않으면 실질적으로 재생기 용기(25) 내에서 및/또는 소형 공급/용출 열교환기(47) 내에서 회수된다. 따라서, 일반적으로 저압(4 내지 8 bar) 증기에 의해 제공된 재생기의 가열 요구가 감소될 수 있다.
도 7을 참조하면, CO2 제거 시스템은 선택적으로, CO2 포집 장치(11)의 CO2 흡수기(15)를 떠나는 가스 스트림 내에 존재하는 미량의 NH3를 제거하기 위해 작동하는 암모니아 흡수 장치를 추가로 포함할 수 있다. 암모니아 흡수 장치의 예는 도 7에 개략적으로 도시된다. 물 세척 시스템(60)은 일반적으로 암모니아 흡수기(61)(본 명세서에서 NH3 흡수기라 칭함) 및 (제 1) 기액 분리 디바이스(62)(본 명세서에서 NH3 스트립퍼라 칭함)를 포함한다. 물 세척 프로세스 중에, 5 중량 % 미만의 NH3의 농도를 갖는 물 또는 수용액의 스트림은 NH3 흡수기(61)와 NH3 스트립퍼(62) 사이에서 순환된다.
NH3 흡수기(61) 내에서, CO2 흡수기(15)로부터 CO2가 고갈된 가스 스트림은 NH3가 물 또는 수용액의 스트림 내에서 흡수되도록 5 중량 % 미만의 NH3의 농도를 갖는 물 또는 수용액의 스트림과 접촉하게 된다. NH3 흡수기에 사용된 물 또는 수용액의 적어도 일부는 회수되어 NH3 스트립퍼(62)에 공급된다. NH3 스트립퍼(62)에서, NH3를 포함하는 기상이 물 또는 수용액으로부터 분리되어 암모니아 흡수 장치(60)로부터 제거된다. NH3에 추가하여, NH3 스트립퍼(62)로부터의 기상은 또한 수증기, CO2 및 다른 저비등 오염물을 함유할 수 있다. NH3를 포함하는 분리된 기상은 CO2 제거 시스템(4)의 암모니아 용액으로, 예를 들어 재생기(25)로 복귀될 수 있어 시스템으로부터 NH3의 손실을 최소화한다. 그러나, 도 7에 도시된 본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명의 실시예와 관련하여 전술된 바와 같이, NH3 스트립퍼(62)로부터의 기상은 수증기의 일부를 제거하기 위해 응축기(63)를 경유하여 안내되고 (제 2) 기상 분리 디바이스(41) 내로 도입되고, 거기서 순환 암모니아 처리 용액으로부터 휘발성 화합물을 스트립핑하는데 사용될 수 있다. NH3가 분리되어 있는 물 또는 수용액은 가스 스트림으로부터 추가의 NH3를 포집하는데 사용을 위해 NH3 흡수기(61)로 재순환될 수 있다.
도 7에 일반적으로 설명된 실시예에서, 암모니아 흡수 장치(60)는 NH3 스트립퍼(62)에 의해 생성된 가스 스트림을 수용하고 그 내부에 함유된 수증기를 응축하도록 구성된 응축기(63)를 포함한다. 바람직하게는 NH3를 갖지 않거나 소량을 갖고 응축기(63) 내에 수집된 수성 응축물은 그 내부에 잔류된 임의의 NH3의 추가의 제거를 위해 NH3 스트립퍼(62)에 복귀되고, 결국에는 세척수로서 사용되도록 암모니아 흡수기(61)에 복귀된다.
도 7에 도시된 실시예의 스트립퍼(41)는 1 내지 2 bar의 압력에서 작동하고 CO2 포집 장치(11)의 흡수기(15)로부터 CO2 농후 암모니아 처리 용액 스트림을 수용하도록 배열된다. 암모니아 처리 용액은 재생 장치(12)를 향해 순환 암모니아 용액 스트림 내로 재도입되는 NH3 및 CO2 농후 기상으로, 그리고 따라서 순환 암모니아 처리 용액으로부터 제거될 수 있는 비휘발성 화합물을 포함하는 액상으로 스트립퍼(41)에 의해 분리된다. 스트립퍼(41)의 기상 및 액상의 모두는 물을 포함할 수 있다. 기상 및 액상 각각에서의 물의 상대량은 얼마나 많은 가열이 스트립퍼 내에서 행해지는지에 의존할 수 있다. 더 많이 가열할수록, 더 많은 물이 증발될 수 있다. 따라서, 스트립퍼는 또한 순환 암모니아 처리 용액의 수분 평형을 조절하는데 사용될 수 있다. 도 7에 도시된 실시예에 따르면, 스트립퍼(41)는 또한 전술된 NH3 스트립퍼(62)로부터 오버헤드 연기, 즉 기상을 수용한다. 스트립퍼(62)로부터의 기상은 스트립퍼(62)의 환경에서 NH3가 농후하지만, 통상적으로 약 4 몰랄 NH3과 같은 3 내지 5 몰랄을 포함하는 스트립퍼(41)의 환경에서 NH3가 비교적 희박하고, 이는 통상적으로 8 내지 14 몰랄과 같은 5 내지 15 몰랄의 순환 암모니아 처리 용액의 NH3 함량과 비교될 수 있다. 스트립퍼(62)로부터의 기상은 따라서 스트립퍼(41)에 열 에너지를 또한 추가하면서 스트립퍼(41) 내의 암모니아 처리 용액을 스트립핑하는 것을 지원할 수 있어, 스트립퍼(41)의 외부 가열 요구를 감소시킨다. 스트립퍼(62)로부터의 기상의 NH3는 또한 암모니아 처리 용액과 함께 스트립퍼(41) 내에서 스트립핑될 수 있어, 이에 의해 암모니아 흡수 장치(60) 및 스트립퍼(41)의 모두의 CO2와 같은 조합된 NH3 및 다른 휘발성 물질이 재생 장치를 향해 함께 스트립퍼(41)를 떠날 수 있다.
도 7의 실시예에서 스트립퍼(41)의 사용은 적어도 이하의 장점을 제공한다.
· 순환 암모니아 처리 용액으로부터 비휘발성 화합물의 제거.
· 스트립퍼(41) 내의 스트립퍼(62)로부터 열을 회수하여, 50%만큼 스트립퍼(41)의 가열 요구를 감소시킴.
· 그렇지 않으면 손실될 수 있는 암모니아를 시스템으로부터 재생 장치로 재차 유도함.
· 스트립핑 프로세스에서 사용된 열의 효율적인 회수를 허용함. 회수된 암모니아가 고온 증발된 형태로 재생 장치로 재차 전달됨에 따라, 스트립퍼(41)의 스트립핑 프로세스 중에 소비된 열이 회수되어 CO2 포집 시스템의 재생을 수행하는데 효과적으로 사용되어, 거기서의 가열 요구의 대응부를 대체함.
· 시스템 수분 평형의 더 효과적인 제어를 허용함.
본 발명이 다수의 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 다양한 변경이 이루어질 수 있고 등가물이 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 그 요소를 대체할 수 있다는 것이 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 이해될 수 있을 것이다. 게다가, 다수의 수정이 그 본질적인 범주로부터 벗어나지 않고 본 발명의 교시에 특정 상황 또는 재료를 적응시키도록 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 현재 고려되는 최선의 모드로서 개시된 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 모든 실시예를 포함하는 것으로 의도된다. 더욱이, 용어 제 1, 제 2 등의 사용은 임의의 순서 또는 중요도 또는 연대를 나타내는 것은 아니고, 오히려 용어 제 1, 제 2 등은 하나의 요소를 다른 요소로부터 구별하는데 사용된다.

Claims (40)

  1. CO2가 순환 암모니아 처리 용액 스트림에 의해 가스 스트림으로부터 제거되도록 상기 가스 스트림을 상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림과 접촉하게 함으로써 상기 가스 스트림으로부터 CO2를 제거하도록 배열된, 이산화탄소(CO2) 제거 시스템의 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로부터 비휘발성 화합물의 제거 방법으로서, 상기 CO2 제거 시스템이,
    CO2를 함유하는 상기 가스 스트림을 수용하고 상기 가스 스트림을 상기 암모니아 처리 용액 스트림과 접촉시켜 CO2가 상기 암모니아 처리 용액 스트림에 의해 상기 가스 스트림으로부터 제거되어 CO2 농후 암모니아 처리 용액 스트림을 형성하게 하도록 구성된 CO2 흡수기를 포함하는 CO2 포집 장치; 및
    상기 CO2 포집 장치로부터 상기 CO2 농후 암모니아 처리 용액 스트림을 수용하고, 상기 암모니아 처리 용액으로부터 CO2를 분리하여 CO2 희박 암모니아 처리 용액 스트림을 형성하고, 상기 CO2 희박 암모니아 처리 용액 스트림을 상기 CO2 포집 장치에 복귀시키도록 구성된 재생기를 포함하는 재생 장치를 포함하고,
    당해 비휘발성 화합물의 제거 방법이,
    비휘발성 화합물을 갖는 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을, 순환 암모니아 처리 용액 스트림과 유체 접속하도록 배열된 기액 분리 디바이스 내로 제공하는 단계;
    상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을 암모니아 농후 기상 및 상기 비휘발성 화합물을 포함하는 액상으로 분리하는 단계;
    상기 암모니아 농후 기상을, 재생기에 제공된 순환 암모니아 처리 용액 스트림 내로 제공하는 단계; 및
    비휘발성 화합물을 포함하는 액상을 기액 분리 디바이스로부터 제거하는 단계를 포함하는,
    이산화탄소(CO2) 제거 시스템의 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로부터 비휘발성 화합물의 제거 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분이, 상기 기액 분리 디바이스 내로 도입될 때 1 내지 10 bar의 범위의 압력을 갖는, 이산화탄소(CO2) 제거 시스템의 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로부터 비휘발성 화합물의 제거 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분이, 상기 기액 분리 디바이스 내로 도입될 때 10 내지 30 bar의 범위의 압력을 갖는, 이산화탄소(CO2) 제거 시스템의 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로부터 비휘발성 화합물의 제거 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 비휘발성 화합물을 갖는 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분이, 상기 CO2 포집 장치로부터의 CO2 농후 암모니아 처리 용액 스트림의 부분인, 이산화탄소(CO2) 제거 시스템의 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로부터 비휘발성 화합물의 제거 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 비휘발성 화합물을 갖는 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분이, 상기 재생 장치로부터의 CO2 희박 암모니아 처리 용액 스트림의 부분인, 이산화탄소(CO2) 제거 시스템의 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로부터 비휘발성 화합물의 제거 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 비휘발성 화합물이 염 및 금속을 포함하는, 이산화탄소(CO2) 제거 시스템의 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로부터 비휘발성 화합물의 제거 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림이 수성이고, 상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 물의 대부분은 상기 암모니아 농후 기상으로 분리되고, 상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 물의 소부분은 상기 비휘발성 화합물을 포함하는 액상으로 분리되는, 이산화탄소(CO2) 제거 시스템의 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로부터 비휘발성 화합물의 제거 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 기액 분리 디바이스 내로 도입된 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분의 유량이, 상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 유량의 25 체적 % 미만인, 이산화탄소(CO2) 제거 시스템의 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로부터 비휘발성 화합물의 제거 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 기액 분리 디바이스가 스트립퍼(stripper)를 포함하는, 이산화탄소(CO2) 제거 시스템의 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로부터 비휘발성 화합물의 제거 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 스트립퍼가 10 bar 미만의 압력을 갖는 증기에 의해 가열되는, 이산화탄소(CO2) 제거 시스템의 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로부터 비휘발성 화합물의 제거 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 스트립퍼가 상기 재생기로부터 CO2 희박 암모니아 처리 용액에 의해 가열되는, 이산화탄소(CO2) 제거 시스템의 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로부터 비휘발성 화합물의 제거 방법.
  12. 이산화탄소(CO2)가 순환 암모니아 처리 용액 스트림에 의해 가스 스트림으로부터 제거되도록 상기 가스 스트림을 상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림과 접촉하게 함으로써 상기 가스 스트림으로부터 CO2를 제거하기 위한 CO2 제거 시스템으로서, 상기 CO2 제거 시스템이,
    상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을 수용하고, 상기 수용된 암모니아 처리 용액을 암모니아 농후 기상 및 암모니아 희박 액상으로 분리하고, 상기 암모니아 농후 기상을 상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림 내로 재도입하도록 구성되고, 상기 수용된 암모니아 처리 용액과 혼합되도록 알칼리성 첨가제를 수용하도록 또한 구성되는 기액 분리 디바이스, 및 추가로
    CO2를 함유하는 상기 가스 스트림을 수용하고 상기 가스 스트림을 상기 암모니아 처리 용액 스트림과 접촉시켜 CO2가 상기 암모니아 처리 용액 스트림에 의해 상기 가스 스트림으로부터 제거되어 CO2 농후 암모니아 처리 용액 스트림을 형성하게 하도록 구성된 CO2 흡수기를 포함하는 CO2 포집 장치, 및
    상기 CO2 포집 장치로부터 상기 CO2 농후 암모니아 처리 용액 스트림을 수용하고, 상기 암모니아 처리 용액으로부터 CO2를 분리하여 CO2 희박 암모니아 처리 용액 스트림을 형성하고, 상기 CO2 희박 암모니아 처리 용액 스트림을 상기 CO2 포집 장치에 복귀시키도록 구성된 재생기를 포함하는 재생 장치를 포함하는, CO2 제거 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 암모니아 희박 액상이 7 내지 11의 범위의 pH를 갖는, CO2 제거 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 기액 분리 디바이스가 상기 암모니아 희박 액상의 pH를 측정하도록 배열된 pH 센서를 포함하는, CO2 제거 시스템.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 알칼리성 첨가제가 액체인, CO2 제거 시스템.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 알칼리성 첨가제가 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화칼륨(KOH)을 포함하는, CO2 제거 시스템.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 알칼리성 첨가제가 상기 기액 분리 디바이스에 의해 수용되는 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분에 첨가되는, CO2 제거 시스템.
  18. 제 12 항에 있어서, 상기 기액 분리 디바이스가 스트립퍼(stripper)를 포함하는, CO2 제거 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 알칼리성 첨가제가 상기 스트립퍼의 섬프(sump)에 첨가되는, CO2 제거 시스템.
  20. 제 12 항에 있어서, 상기 기액 분리 디바이스가 1 내지 10 bar의 범위의 압력에서 상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을 수용하도록 구성되는, CO2 제거 시스템.
  21. 제 12 항에 있어서, 상기 기액 분리 디바이스가 10 내지 30 bar의 범위의 압력에서 상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을 수용하도록 구성되는, CO2 제거 시스템.
  22. 제 12 항에 있어서, 상기 기액 분리 디바이스가 수용하도록 구성되는 상기 순환 암모니아 처리 용액의 부분이 상기 CO2 포집 장치로부터의 CO2 농후 암모니아 처리 용액 스트림의 부분인, CO2 제거 시스템.
  23. 제 12 항에 있어서, 상기 기액 분리 디바이스가 수용하도록 구성되는 상기 순환 암모니아 처리 용액의 부분은 상기 재생 장치로부터의 CO2 희박 암모니아 처리 용액 스트림의 부분인, CO2 제거 시스템.
  24. 이산화탄소(CO2)가 순환 암모니아 처리 용액 스트림에 의해 가스 스트림으로부터 제거되도록 상기 가스 스트림을 상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림과 접촉하게 함으로써 상기 가스 스트림으로부터 CO2를 제거하기 위한 CO2 제거 시스템으로서, 상기 CO2 제거 시스템이,
    CO2를 함유하는 상기 가스 스트림을 수용하고 상기 가스 스트림을 암모니아 처리 용액 스트림과 접촉시켜 CO2가 상기 암모니아 처리 용액 스트림에 의해 상기 가스 스트림으로부터 제거되어 CO2 농후 암모니아 처리 용액 스트림 및 CO2 희박 가스 스트림을 형성하게 하도록 구성된 CO2 흡수기를 포함하는 CO2 포집 장치;
    상기 CO2 포집 장치로부터 상기 CO2 농후 암모니아 처리 용액 스트림을 수용하고, 상기 암모니아 처리 용액으로부터 CO2를 분리하여 CO2 희박 암모니아 처리 용액 스트림을 형성하고, 상기 CO2 희박 암모니아 처리 용액 스트림을 상기 CO2 포집 장치에 복귀시키도록 구성된 재생기를 포함하는 재생 장치;
    상기 CO2 포집 장치로부터 상기 CO2 희박 가스 스트림을 수용하고 상기 가스 스트림을 5 중량 % 미만의 암모니아 농도를 갖는 수성 세척 용액 스트림과 접촉시켜 암모니아가 상기 수성 세척 용액 스트림 내에서 흡수되어 암모니아 농후 세척 용액을 형성하게 하도록 구성되는 암모니아 흡수기, 및 상기 암모니아 흡수기로부터 상기 암모니아 농후 세척 용액을 수용하고 상기 수용된 세척 용액을 암모니아 농후 기상 및 암모니아 희박 액상으로 분리하도록 구성된 제 1 기액 분리 디바이스를 포함하는 암모니아 흡수 장치; 및
    상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을 수용하고, 상기 수용된 암모니아 처리 용액을 암모니아 농후 기상 및 암모니아 희박 액상으로 분리하고, 상기 암모니아 농후 기상을 상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림 내로 재도입하도록 구성되고, 상기 제 1 기액 분리 디바이스로부터 상기 암모니아 농후 기상의 적어도 기체부를 수용하도록 또한 구성되는 제 2 기액 분리 디바이스를 포함하는, CO2 제거 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 제 2 기액 분리 디바이스가 상기 기액 분리 디바이스의 질량 전달 디바이스 내 또는 아래의 상기 제 1 기액 분리 디바이스로부터 상기 암모니아 농후 기상의 적어도 기체부를 수용하도록 구성되는, CO2 제거 시스템.
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 암모니아 흡수기의 세척 용액 스트림의 유량이 상기 제 2 기액 분리 디바이스에 의해 수용된 상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분의 유량의 적어도 2배인, CO2 제거 시스템.
  27. 제 24 항에 있어서, 상기 제 2 기액 분리 디바이스가 수용하도록 구성되는 상기 암모니아 처리 용액이 상기 CO2 포집 장치로부터 상기 CO2 농후 암모니아 처리 용액 스트림의 부분인, CO2 제거 시스템.
  28. 제 24 항에 있어서, 상기 제 2 기액 분리 디바이스가 1 내지 10 bar의 범위의 압력에서 상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을 수용하도록 구성되는, CO2 제거 시스템.
  29. 제 24 항에 있어서, 상기 제 2 기액 분리 디바이스가 상기 암모니아 흡수기로부터 암모니아 농후 세척 용액의 적어도 일부를 수용하도록 또한 구성되는, CO2 제거 시스템.
  30. 이산화탄소(CO2)가 순환 암모니아 처리 용액 스트림에 의해 가스 스트림으로부터 제거되도록 상기 가스 스트림을 상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림과 접촉하게 함으로써 상기 가스 스트림으로부터 CO2를 제거하기 위한 CO2 제거 시스템으로서, 상기 CO2 제거 시스템이,
    CO2를 함유하는 상기 가스 스트림을 수용하고 상기 가스 스트림을 상기 암모니아 처리 용액 스트림과 접촉시켜 CO2가 상기 암모니아 처리 용액 스트림에 의해 상기 가스 스트림으로부터 제거되어 CO2 농후 암모니아 처리 용액 스트림을 형성하게 하도록 구성된 CO2 흡수기를 포함하는 CO2 포집 장치;
    상기 CO2 포집 장치로부터 상기 CO2 농후 암모니아 처리 용액 스트림을 수용하고, 상기 암모니아 처리 용액으로부터 CO2를 분리하여 CO2 희박 암모니아 처리 용액 스트림을 형성하고, 상기 CO2 희박 암모니아 처리 용액 스트림을 상기 CO2 포집 장치에 복귀시키도록 구성된 재생기를 포함하는 재생 장치; 및
    상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을 수용하도록 구성되고, 상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을 수용하고 이를 암모니아 농후 기상 및 암모니아 희박 액상으로 분리하도록 구성된 제 1 스테이지로서, 상기 암모니아 농후 기상이 상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림 내로 재도입되는, 제 1 스테이지, 및 상기 제 1 스테이지로부터 상기 암모니아 희박 액상을 수용하고 상기 액상을 수증기로 실질적으로 이루어지는 기상 및 비휘발성 화합물을 포함하는 액상으로 분리하도록 구성되는 제 2 스테이지를 포함하는 기액 분리 디바이스를 포함하는, CO2 제거 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 수용된 암모니아 처리 용액이 수성이고, 상기 암모니아 처리 용액의 물의 대부분이 상기 제 2 스테이지의 기상으로 분리되고, 상기 암모니아 처리 용액의 물의 소부분이 상기 비휘발성 화합물을 포함하는 액상으로 분리되고, 상기 암모니아 처리 용액의 물의 다른 소부분이 상기 암모니아 농후 기상으로 분리되는, CO2 제거 시스템.
  32. 제 30 항에 있어서, 상기 CO2 포집 장치로부터 상기 CO2 희박 가스 스트림을 수용하고 상기 가스 스트림을 5 중량 % 미만의 암모니아 농도를 갖는 수성 세척 용액 스트림과 접촉시켜 암모니아가 상기 수성 세척 용액 스트림 내에서 흡수되어 암모니아 농후 세척 용액을 형성하게 하도록 구성되는 암모니아 흡수기, 및 상기 암모니아 흡수기로부터 상기 암모니아 농후 세척 용액을 수용하고 수용된 세척 용액을 암모니아 농후 기상 및 암모니아 희박 액상으로 분리하도록 구성된 제 1 기액 분리 디바이스를 포함하는 암모니아 흡수 장치를 추가로 포함하고,
    상기 제 1 기액 분리 디바이스가 상기 제 2 스테이지로부터 상기 기상의 적어도 일부를 수용하도록 구성되는, CO2 제거 시스템.
  33. 제 30 항에 있어서, 상기 제 1 기액 분리 디바이스가 상기 제 1 기액 분리 디바이스의 질량 전달 디바이스 아래의 상기 제 2 스테이지로부터 상기 기상의 적어도 일부를 수용하도록 구성되는, CO2 제거 시스템.
  34. 제 30 항에 있어서, 상기 시스템이, 상기 제 1 기액 분리 디바이스의 암모니아 농후 기상이 상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림 내로 재도입되기 전에 상기 제 1 스테이지의 암모니아 농후 기상과 조합할 수 있게 하도록 구성되는, CO2 제거 시스템.
  35. 제 30 항에 있어서, 상기 제 1 스테이지가 수용하도록 구성된 상기 암모니아 처리 용액이 상기 CO2 포집 장치로부터의 CO2 농후 암모니아 처리 용액 스트림의 부분인, CO2 제거 시스템.
  36. 제 30 항에 있어서, 상기 제 1 스테이지가 1 내지 10 bar의 범위의 압력에서 상기 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을 수용하도록 구성되는, CO2 제거 시스템.
  37. 제 1 항에 있어서, 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을 기액 분리 다바이스 내로 제공하는 단계가, 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을 기액 분리 디바이스에 배치된 질량 전달 디바이스 위의 기액 분리 디바이스 내로 제공하는 것인, 이산화탄소(CO2) 제거 시스템의 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로부터 비휘발성 화합물의 제거 방법.
  38. 제 1 항에 있어서, 암모니아를 갖는 제2 가스 스트림을 제2 기액 분리 디바이스로부터 기액 분리 디바이스로 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 이산화탄소(CO2) 제거 시스템의 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로부터 비휘발성 화합물의 제거 방법.
  39. 제 38 항에 있어서, 제2 가스 스트림을 제공하는 단계가, 기액 분리 디바이스에 배치된 수직으로 간격을 둔 한 쌍의 질량 전달 디바이스에 대한 중간 지점에서 기액 분리 디바이스 내로 제공하는 것인, 이산화탄소(CO2) 제거 시스템의 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로부터 비휘발성 화합물의 제거 방법.
  40. 제 39 항에 있어서, 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을 기액 분리 디바이스 내로 제공하는 단계가, 순환 암모니아 처리 용액 스트림의 부분을 한 쌍의 질량 전달 디바이스 위의 기액 분리 디바이스 내로 제공하는 것인, 이산화탄소(CO2) 제거 시스템의 순환 암모니아 처리 용액 스트림으로부터 비휘발성 화합물의 제거 방법.
KR1020137009116A 2010-09-14 2011-09-07 암모니아 - c0₂ 기반 - 흡수 용액으로부터 비휘발성 물질의 제거 KR101476310B1 (ko)

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