KR101484932B1 - 연소 설비로부터 연도 가스를 액화시키기 위한 방법 및 설비 - Google Patents

연소 설비로부터 연도 가스를 액화시키기 위한 방법 및 설비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 높은 안전 수준을 갖고, 에너지 소비를 최소화시키고, 상이한 순도 수준에서 화석 연소 플랜트의 연도 가스로부터 액체 CO2를 전달할 수 있는 CO2 분리용 플랜트에 관한 것이다.

Description

연소 설비로부터 연도 가스를 액화시키기 위한 방법 및 설비{METHOD AND INSTALLATION FOR LIQUEFYING FLUE GAS FROM COMBUSTION INSTALLATIONS}
본 발명은 연소 공정들의 연도 가스들에 함유된 CO2의 액화를 위한 방법 및 디바이스; 예를 들어 화석 연료 연소 스팀 발전소에 관한 것이다. 극저온 방법들을 사용하는 연도 가스로부터의 CO2의 액화는 매우 오랜 기간 동안 알려져 왔다.
연소 연도 가스들로부터의 액체 CO2의 생성을 위한 극저온 방법들은 2개 이상의 분리 스테이지들을 갖는 통상적인 분리 계획들을 사용한다. CO2를 액화시키기 위한 이들 설비들은 비교적 간단하고 문제들 없이 작동한다. 이들 설비들의 하나의 주요 단점은 발전소의 효율에 대한 부정 효과를 갖는 이들의 높은 에너지 요구량에 있다.
따라서, 본 발명은 감소된 에너지 요구량으로 작동하는 연도 가스에 함유된 CO2를 액화시키고 따라서 발전소의 순효율을 증가시키는 방법 및 설비를 제공하기 위한 목적을 갖는다. 본 발명의 그 밖의 목적은 공정의 에너지 요구량을 증가시키지 않으면서 액화된 CO2의 순도를 증가시키는 데에 있다.
동시에, 방법은 가능한 한 간단해야 하고, 설비의 조작은 안정되고 문제 없는 조작을 보장하기 위해 조절하기 쉬어야 한다.
본 발명에 따라, 상기 목적은 특허청구범위 제 1 항 및 제 2항에 따르는 방법으로 해결된다.
제 1 항에 따르는 방법은 극저온 공정에 최소로 들어가기 전에 전용 건조 디바이스(예를 들어, 흡착 건조기)에 의해 연도 가스의 건조에 대한 요건을 감소시킨다. 결과적으로, 공정의 에너지 소비 및 건조 디바이스의 유지비는 감소된다.
본 발명의 추가의 유리한 구현예는 제 1 분리 스테이지에서 제 1 열교환기 및 제 1 분리기 드럼을 포함하며, 제 1 열교환기는 제 1 분리기 드럼으로부터 팽창된 C02에 의해 냉각된다. 상기 방법은 제 1의 더 높은 압력 수준으로 액체 C02 생성물을 제공하여, 압축 요건들을 최소화시킨다.
본 발명의 추가의 유리한 구현예는 제 2 분리 스테이지에서 제 2 열교환기 및 제 2 분리기 드럼을 포함하며, 제 2 열교환기는 제 2 분리기 드럼으로부터 팽창된 C02에 의해 냉각된다. 상기 방법은 최종 C02 질을 95 용적% 초과의 고순도로 유지시키면서 C02의 필요한 수율을 달성할 수 있다.
제 2 분리 스테이지에서 제 2 열교환기 및 C02 스트리퍼를 사용함으로써, 제 1 분리 스테이지의 액체 C02의 스트림은 C02 스트리퍼로 직접 들어가고, 제 1 분리 스테이지로부터의 C02 스트림은 제 2 열교환기를 통해 C02 스트리퍼로 들어간다. 상기 방법은 99 용적% 초과의 순도로 C02 질을 생성시키도록 한다. C02 스트리퍼 중의 액체 C02가 리보일러에 의해 비등하고, C02 스트리퍼의 상부로부터 오프가스가 추출되고, 압력 조절 밸브에서 팽창되고, 냉각을 위해 분리 스테이지들에 사용되는 경우, 보조 냉동 효율 요건들이 감소될 수 있다.
제 6 항에 따르는 방법은 액체 C02 생성물을 제 1의 더 높은 압력 수준으로 제공하여, 압축 요건들을 최소화시킨다.
제 7 항에 따르는 방법은 개방 냉동 루프를 수립하여, 전용 냉동 장치의 설비를 방지한다. 이는 에너지 효율을 증가시키고, C02 액화 플랜트를 확립하기 위한 비용을 감소시킨다.
완충 드럼에서 리보일러 및 C02 스트리퍼로부터 액체 C02를 수집함으로써, 후속 증발 C02의 압축 요건들이 최소화된다. 이들 장점들은 또한 제 9 항에 따르는 방법에 의해 달성될 수 있다.
액체 C02의 일부가 완충 드럼으로부터 추출되거나 제 2 생성물 펌프에 의해 제 2 압축기의 전달 측면 또는 제 1 생성물 펌프의 흡인 측면으로 전달되는 경우에, 압축 요건들의 추가의 감소가 달성될 수 있다.
제 11 항에 따르는 방법은 제 1 분리 스테이지로 들어가기 전에 연도 가스가 제 1 압축기에서 압축되고/거나, 제 1 냉각기에서 냉각되고/거나 건조기에서 건조되어, 공정의 에너지 소비 및 건조 디바이스의 유지비를 감소시키는 것을 포함한다.
최종 분리 스테이지로부터의 오프가스가 최종 분리 스테이지의 열교환기로 들어가기 전에 약 17 바아로 팽창되고 약 -54℃의 온도를 야기시키는 경우, 드라이아이스 생성을 방지하면서 연도 가스 압축 요건들이 최소로 감소될 수 있다.
하기의 도면들은 본 발명의 수가지 구현예들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제 1 구현예이다.
도 2는 분리 칼럼 및 개방 냉동 루프를 포함하는 본 발명의 제 2 구현예이다.
도 3은 액화된 C02에 대한 제 2 생성물 펌프을 포함하는 본 발명의 제 3 구현예이다.
도 4는 2개의 팽창 터어빈을 사용하는 오프가스에 대한 2가지 스테이지 팽창법을 갖는 제 4 구현예이다.
도 5는 본 발명의 제 5 구현예이다.
공정 설명
도면들에서, 연도 가스 스트림 및 C02의 다양한 지점에서의 온도들 및 압력들은 소위 플래그들에 의해 표시된다. 각각의 플래그에 속하는 온도들 및 압력들은 하기의 챠트에서 준수된다. 이들 온도들 및 압력들이 일례로서 의미됨이 당업자에게 명백하다. 이들은 연도 가스의 조성, 주변 온도 및 액체 C02의 요구되는 순도에 의존하여 변할 수 있다.
도 1에서, 본 발명의 제 1 구현예는 블록 다이어그램으로서 도시된다. 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 1 압축기(1)에서 연도 가스가 압축된다. 제 1 압축기(1)는 연도 가스(3)로부터 수증기 흡입 물의 대부분을 분리시키는 각각의 압축 스테이지(도시되지 않음) 사이에서 냉각기들 및 수분 분리기들을 사용하여 다중-스테이지 압축 공정을 수행할 수 있다.
제 1 압축기(1)에 의해 방출되는 경우에, 연도 가스(3)는 주변 온도보다 현저히 더 높은 온도를 갖고, 제 1 냉각기(5)에 의해 약 13℃로 냉각된다. 압력은 약 35.7 바아이다(참조, 플래그 1).
제 1 압축기(1)와 제 1 냉각기(5) 사이에서, 연도 가스는 응축할 수 있고 알루미늄 브레이징 열교환기들(11 및 17)에 확실히 해를 주는 수은이 제거되어야 한다. 수은 제거는 고정층 Hg-흡착기(도시되지 않음)에서 수행될 수 있다.
연도 가스 스트림(3) 중에 여전히 함유된 수분은 적합한 건조 공정에 의해 물로부터 제거되며, 예를 들어, 건조기(7)에서 흡착 건조되고, 이어서 제 1 분리 스테이지(9)로 전달된다. 상기 제 1 분리 스테이지(9)는 제 1 열교환기(11) 및 제 1 분리 드럼(13)을 포함한다. 제 1 열교환기(11)는 연도 가스 스트림(3)을 냉각시키는 역할을 한다. 상기 냉각의 결과로서, 연도 가스 스트림(3) 중에 함유된 CO2의 부분 응축이 일어난다. 결과적으로, 연도 가스 스트림(3)은 가스 및 액체의 2-상 혼합물로서 제 1 분리 드럼(13)으로 들어간다. 제 1 분리 드럼(13)에서 연도 가스 스트림(3)의 액체상 및 가스상은 주로 중력에 의해 분리된다. 제 1 분리 드럼(13)에서 압력은 약 34,7 바아이고 온도는 -19℃이다(참조, 플래그 번호 5).
제 1 분리 드럼(13)의 바닥에서 액체 CO2(참조, 3.1)는 약 18.4 바아의 압력으로 팽창되는 제 1 감압 밸브(15.1)에 의해 추출된다. 제 1 감압 밸브(15.1)에서의 팽창은 -22℃ 내지 -29℃의 CO2의 온도를 야기시킨다(참조, 플래그 10). 상기 C02 스트림(3.1)은 제 1 열교환기(11)에서 연도 가스 스트림(3)을 냉각시킨다. 결과적으로, CO2 스트림(3.1)은 증발한다. 제 1 열교환기(11)의 출구에서 CO2 스트림(3.1)은 약 + 25℃의 온도 및 약 18 바아의 압력을 갖는다(참조, 플래그 번호 11). 상기 C02 스트림(3.1)은 제 2 압축기(25)의 제 2 스테이지로 전달된다.
연도 가스의 제 2 스트림(3.2)은 가스 상태로 제 1 분리 드럼(13)의 헤드에서 추출되고, 이어서 제 2 열교환기(17)에서 냉각되고 부분적으로 응축된다. 제 2 열교환기(17)를 통과한 후에, 제 2 스트림(3.2)은 2-상 혼합물이고, 제 2 분리 드럼(19)으로 전달된다. 제 2 열교환기(17) 및 제 2 분리 드럼(19)은 제 2 분리 스테이지(21)의 주요 부품들이다.
제 2 분리 드럼(19)에서 다시 제 2 스트림(3.2)의 액체상과 가스상 사이의 중력-지지 분리가 일어난다. 제 2 분리 드럼(19)에서 압력은 약 34.3 바아이고 온도는 약 -50℃이다(참조, 플래그 번호 6).
제 2 분리 드럼(19) 중의 가스상, 이른바 오프가스(23)는 제 2 분리 드럼(19)의 헤드에서 추출되고, 제 2 감압 밸브(15.2)에서 약 17 바아로 팽창되어, 약 -54℃로 냉각되게 된다. 오프가스(23)는 제 2 열교환기(17)를 통해 유동하여 연도 가스(3.2)를 냉각시키고 부분적으로 응축시킨다.
제 2 분리 드럼(19)의 바닥에서 액체 CO2 스트림(3.3)이 추출되고, 제 3 감압 밸브(15.3)에서 약 17 바아로 팽창되어, 온도가 -54℃에 이르게 된다(참조, 플래그 번호 7a).
CO2 스트림(3.3)은 또한 제 2 열교환기(17)로 전달된다. 제 2 열교환기(17)에서 액체 CO2(3.3)의 일부는 증발하고, 스트림(3.3)은 제 2 열교환기(19)로부터 추출되고, 제 4 감압 밸브(15.4)에서 약 5 내지 10 바아로 팽창되어, 온도가 -54℃에 이르게 되고(참조, 플래그 번호 7b), 다시 제 2 열교환기(17)로 전달된다.
스트림(3.3)이 제 2 열교환기(17)를 통해 흐른 후에, 이는 제 1 열교환기(11)로 전달된다. 제 1 열교환기(11)의 입구에서 스트림(3.3)은 약 5 내지 10 바아의 압력 및 -22℃ 내지 -29℃의 온도를 갖는다(참조, 플래그 번호 14).
부분 스트림(3.3)은 제 1 열교환기(11)에서 열을 취하여, 이의 출구에서 약 5 내지 10 바아의 압력과 함께 약 -7℃의 온도를 갖는다. 제 3 부분 스트림(3.3)은 제 2 압축기(25)의 제 1 압축 스테이지로 전달되고, 약 18 바아로 압축된다. 이어서, 압축된 CO2 스트림(3.1)은 도 1에 도시된 다중-스테이지 압축기(25)의 제 2 스테이지로 전달된다.
제 2 압축기(25)의 여러 스테이지들 사이의 인터쿨러 및 압축된 CO2에 대한 애프터쿨러는 도 1 내지 5에 도시되지 않았다.
제 2 압축기(25)의 출구에서, 압축된 CO2는 60 바아 내지 110 바아의 압력 및 80℃ 내지 130℃의 온도를 갖는다(참조, 플래그 19). 도시되지 않은 애프터쿨러에서 CO2는 주변 온도로 냉각된다.
필요한 경우, CO2는 파이프라인 내로 직접 공급되거나 액화되고, 제 1 생성물 펌프(27)로부터 예를 들어 C02~파이프라인(도시되지 않음) 내로 전달될 수 있다. 제 1 생성물 펌프(27)는 액체 CO2의 압력을 CO2-파이프라인 내측의 압력으로 증가시키며, 약 120 바아일 수 있다.
분리기 드럼(19)의 상부로부터 추출되는 오프가스(23)로 돌아가서, 오프가스(23)는 제 2 압력 조절 밸브(15.2), 제 2 열교환기(17) 및 제 1 열교환기(11)를 통해 흘러서 연도 가스 스트림(3)으로부터 열을 취함을 알 수 있다. 제 1 열교환기(11)의 출구에서 오프가스(23)는 약 26 바아의 압력과 함께 약 26℃ 내지 30℃의 온도를 갖는다(참조, 플래그 번호 16).
에너지 회수를 최대화시키기 위해, 오프가스(23)는 오프가스 과열기(29)에서 과열된 후, 팽창 터어빈(31) 또는 임의의 다른 팽창기로 전달된다. 팽창기에서 기계 에너지는 재순환되고, 나중에 오프가스(23)는 주위 압력에 대략적으로 상응하는 압력에 의해 주위로 방출된다.
냉각을 위해, 제 1 냉각기(5)는 파이프(33) 및 냉각수 펌프(35)를 통해 제 1 열교환기(11)와 연결된다. 파이프(33) 내측에서 물과 글리콜의 혼합물이 유동하여 제 1 냉각기(5)에 냉각수를 공급한다(참조, 플래그 번호 3 및 4).
다운스트림 냉각 장비에서 동결될 물은 건조기(7)에서 예를 들어 흡착에 의해 공급 가스로부터 제거될 것이다. 그 다음, 건조기(7)에서 필요한 건조 질량을 최소화시키기 위해, 연도 가스는 콜드 박스 1의 제 1 열교환기(11)에서 냉각된 글리콜/물을 사용하여 제 1 냉각기(5)에서 약 13℃로 냉각될 것이다. 글리콜/물 순환로는 냉각수 펌프(35)를 포함한다.
제 1 냉각기(5)로부터의 글리콜/물은 약 40-50℃의 온도를 가지며(참조, 플래그 3), 공기 또는 물 열교환기(도시되지 않음) 내로 펌핑되고 주변 온도로 냉각된다. 그 다음, 냉각된 글리콜/물은 생성물 및 오프가스 스트림(3.1, 3.2 및 23)을 사용하는 냉각을 위해 제 1 열교환기(11)로 향한다.
제 1 열교환기(11)로부터 냉각된 글리콜/물은 약 10℃의 온도를 가지며(참조, 플래그 4), 제 1 냉각기(1)로 귀환된다. 냉각된 글리콜/물 배출구 온도는 순환 흐름 조절기 상에 쏟아질 수 있다. 제 1 냉각기(5)의 효율은 글리콜/물 공급 온도에 의해 조절된다.
제 1 열교환기(11)로부터 제 1 냉각기(5)를 공급하는 것은 몇 가지 장점을 갖는다: 우선, 연도 가스는 약 10℃까지 냉각되어, 건조기(7)에서의 효율적인 건조 공정을 허용할 수 있다.
글리콜/물 사이클 내로의 연도 가스 제 1 냉각기(5) 튜브 파열 또는 누출의 경우에, 이는 쉽게 검출될 수 있고, 제 1 열교환기(11)에 즉시 해를 주지 않는다. 최종적으로, 상기 배열은 매우 에너지 효율적이어서, 전체 공정의 에너지 소비를 감소시킨다.
플래그들, 압력들 및 온도들
플래그 온도(약) [℃] 압력(약) [바아]
l 13 35.7
2 13 35
3 40℃ 내지 50℃
4 10
5 -19 34.7
6 -50 34.3
7 -53℃ 5 내지 10
7a -54 27
7b -54 5 내지 10
7c -54 15.5
7d -54 5 내지 10
7e -45 약 20 내지 23
7f -45 20
8 -47 16.5
9 -47 16.5
10 -22 내지 -29 18.4
11 25 18
12 -7 5-10
13 -22 내지 -29 20
14 -22 내지 -29 5-10
15 -
16 26 내지 30 26
17 80 내지 100 25.8
18 -54 2.3
19 80 내지 130 60 내지 110
20 36.5
온도에 대한 허용 오차는 ± 5℃임 압력에 대한 허용 오차는 ± 5 바아임
수화물 생성 조건들로부터 충분히 떠어져 유지하면서 물의 대부분을 제거할 제 1 냉각기(5)와 건조기(7) 사이의 연도 가스 분리기(도시되지 않음)에서 응축된 물 분리 후에, 연도 가스는 연도 가스 건조기(7)에서 건조된다.
열교환기(11, 17)의 막힘 및 냉각 섹션, 즉 제 1 냉각기(5)에서의 고체 퇴적을 방지하기 위해, 필터(도시되지 않음)가 연도 가스 중의 입자 크기를 1㎛로 제한하는 것으로 예견될 수 있다.
도 2에서, 동일한 부품들은 동일한 참조 번호로 표시된다. 도 1에 관한 설명들이 상응하게 적용된다.
건조기(7)로부터의 건조 가스는 생성물 스트림(3.3) 및 오프가스 스트림(23)을 사용하여 제 1 열교환기(11)에서 약 -19℃의 온도로 부분적으로 응축된다. 생성된 액체 CO2는 제 1 분리 드럼(13)에서 분리된다. 액체 목적은 필요한 생성물 질에 의존한다. 공정의 석유 고차 회수(Enhanced Oil recovery)(EOR) 방식의 경우에, 제 1 분리 드럼(13)으로부터의 액체는 즉각 공급 장소에서 CO2 스트리퍼(37) 칼럼으로 운반될 것이며, 염수층(Saline Acquifer) 방식으로 액체는 CO2 스트리퍼(37) 바닥 생성물 스트림으로 직접 운반된다. 제 2 대안은 도면들에 도시되지 않았다.
제 1 분리 드럼(13)으로부터의 오버헤드 증기(3.2)는 CO2 스트리퍼(37) 상부로 환류로서 운반되기 전에 생성물 스트림(3.3) 및 오프가스 스트림(23)을 사용하여 제 2 열교환기(17)에서 추가로 응축된다.
시스템 압력은 증기의 응축이 CO2의 승화 및 용융 지점으로부터의 충분히 높은 거리를 유지시키면서 가능할 정도로 선택된다.
CO2 스트리퍼(37)는 리보일러(32)를 갖는 칼럼으로 구성되며, 측면 리보일러(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 어떠한 상부 응축 시스템도 상기 셋업에 필요하지 않다.
CO2 스트리퍼(37)에 대한 공급물은 차냉각(sub-cooled)된다. 이는 전용 상부 응축 및 환류 시스템의 필요성을 제거한다. 차냉각된 공급물은 CO2 스트리퍼(37)에서 필요한 CO2 회수를 충족시키기에 충분한 CO2 응축을 제공한다. 필요한 경우, CO2의 스트림은 보일러(32) 귀환 라인으로부터 얻어져서 전체 환류(도시되지 않음)를 증가시킬 수 있다. CO2 질 /순도는 리보일러(32) 및 임의적 측면 리보일러의 효율의 조절에 의해 한계 내에서 유지될 것이다.
CO2 스트리퍼(37) 내의 압력은 상부 증기 드로잉률에 의해 조절될 것이다. CO2 스트리퍼(37)의 상부에서의 약 32 바아로부터의 스택 조건으로의 오프가스(23)의 플래싱은 -90℃의 온도를 유도하므로, 캐스케이드 시스템이 설치된다(참조, 도 4/5). 이는 오프가스(23)의 온도가 충분히 높게 유지될 수 있음을 보장한다. 도 2에는, 단지 하나의 감압 밸브(15.2)가 도시되어 있다. 제 2 및 제 1 열교환기(17 및 11)를 통과한 후에, 오프가스(23)는 에너지 회수를 위해 오프가스 가열기(도2에 참조 번호 없음) 및 팽창기에서 과열될 수 있다.
리보일러(32) 내로의 필요한 입열은 제 2 압축기(25)의 제 2 스테이지의 아웃풋으로부터의 CO2 냉매(3.4)의 응축에 의해 제공될 것이다. 상기 CO2 냉매(3.4)는 감압 밸브(15.7)를 통해 완충 드럼(39)으로 리보일러(32)를 통과한 후에 유동한다.
리보일러(32) 효율은 수준 조절을 통해 냉매 측면의 플러딩에 의해 조절될 것이다. 수준 설정값은 CO2 분석기 캐스케이드를 통해 조절된다. 샘플 포인트는 CO2 스트리퍼 칼럼(37)의 바닥 섹션에 위치한다. 생성된 액체 냉매는 냉매 수용기 또는 완충 드럼(39)으로 운반된다.
칼럼 섬프 생성물은 2가 경로로 배출되며, 하나는 수준 조절이고, 나머지 하나는 흐름 조절이다.
CO2 섬프 생성물의 제 1 경로는 리보일러(32)로부터 완충 드럼(39)으로의 수준 조절이다. 임의적인 측면 리보일러(도시되지 않음)가 설치되어, 액체가 추가로 차냉각될 수 있다. 이는 플래싱 후에 증기 분획이 최소화됨을 보장한다. 차냉각된 액체는 완충 드럼(39)으로 향한다.
완충 드럼(39)은 액체 관리를 위한 것으로 생각되었으며, 이는 제 1 열교환기(11) 및/또는 제 2 열교환기(17)로의 냉매의 수집 및 분포를 의미한다.
완충 드럼(39)으로부터의 액화된 CO2 냉매는 상이한 수준으로 팽창된다(참조, 플래그들 7 및 10). 결과적으로, CO2 냉매는 2가지 온도 수준으로 제공된다. 최저 온도 수준은 5.8 바아(참조, 플래그 7), 각각 7.3 바아인 경우에 약 -54℃이다. 상기 CO2 생성물 및 저압 스트림(3.3)은 제 2 열교환기(17)로 들어간다.
제 2 온도 수준은 약 -22℃ 내지 - 29℃이다. 고압 냉매 스트림(3.1)은 팽창 밸브를 통해 15.6에서 약 18 바아로 팽창되며(참조, 플래그 10), 제 1 열교환기(11)에서 냉동을 제공하기 위해 사용된다.
제 1 열교환기(11) 및 제 2 열교환기(17)에서 CO2 생성물 스트림(3.3)은 증발될 것이며, 3℃에서 제 1 열교환기(11)의 배출구로부터 제 2 압축기(25)의 제 1 스테이지로 운반된다. 고압 냉매(3.1)는 제 1 열교환기(11)에서 약 26℃로 과열된다.
통과한 후에 생성물 스트림(3.3)은 압축되고, 다중-스테이지 제 2 압축기(25)에 의해 액화된다. 고압 냉매 스트림(3.1)은 제 2 스테이지에서 제 2 압축기(25)로 들어간다.
제 1 열교환기(11)로부터 배출되는 CO2 생성물 증기(3.3)는 3개의 스테이지 CO2 압축기(25)에 의해 재압축된다.
제 2 압축기(25) 로드는 흡인 압력 조절을 통해 조절된다. 압축 요건들을 최소화시키기 위해, 유입구 온도는 저압 냉매 흐름을 조절하기 위한 컨트롤로서 사용된다.
제 1 스테이지 압축 및 냉각 후에, CO2 생성물 흐름(3.3)은 제 1 열교환기(11)로부터의 고압 냉매 스트림(3.1)과 조합된다.
리보일러(32) 작동을 위한 CO2 배출은 약 36,5 바아의 압력에서 압축의 제 2 스테이지 후에 일어난다(참조, 플래그 20). 이는 응축 온도가 리보일러 온도보다 약 5℃ 더 높은 것을 보장한다. 여기에 적용되는 원리는 개방 루프 냉동 사이클이다. 이러한 방식의 장점은 CO2 생성물이 열교환기에서의 누출 또는 파열의 경웨 오염되지 않을 것을 보장한다.
압축기(25)의 제 2 스테이지의 배출구 압력은 제 3 스테이지 입구 가이드 밴을 통해 조절된다. 흐름 조절에 대한 킥 백이 제 1 및 제 2 스테이지를 위해 제공된다.
제 2 압축기(25)의 제 3 스테이지의 배출구는 오프가스를 적어도 40℃로 재가열되는 스택으로 가열하기 위해 사용될 수 있다.
흐름 조절에 대한 킥 백이 제 3 스테이지를 위해 제공된다.
제 3 스테이지의 배출구 압력은 바람직하게는 또한 CO2의 임계 압력(73.773 바아)보다 낮은 72 바아 미만이다. 따라서, 최종 공기/물(후-) 냉각기(도시되지 않음)에서의 초임계 응축이 가능하다. 배출구 압력은 공기/물 냉각기 응축 효율을 변동시킴으로써 조절되고, 스택으로 배압된다.
액화된 CO2 생성물은 생성물 수용기(도시되지 않음)로 유도될 수 있으며, 이로부터 생성물 파이프라인 내로 펌핑될 수 있다.
주변 조건들이 고온인 경우에, 단지 초임계 조건들에 대한 압축 및 CO2의 냉각이 적용될 수 있다.
제 1 냉각기(5), 냉각수 펌프(135), 제 1 열교환기(11) 및 필요한 배관(33)을 포함하는 물 글리콜 순환로는 약 60℃의 온도로부터 약 13℃로의 연도 가스의 효율적인 냉각을 허용한다(참조, 플래그. 1).
글리콜 물 순환로에 대한 열발산판으로서 제 1 열교환기(11)를 사용하는 것은 수가지 장점을 갖는다. 상기 레이아웃의 하나의 장점은 이것이 도달되는 온도에 대해 매우 효율적인 냉각을 허용하고 에너지 소비가 달성된다는 점이다. 한층 더, 건조기 크기가 최소화될 수 있다.
본 발명의 모든 구현예에 의해 실현될 수 있는 제 2 장점은 물 글리콜 순환로를 제외한 전체 플랜트에서 단지 연도 가스 또는 CO2가 공정을 수행하기 위해 사용된다는 사실이다. 이는 냉매로서 역할을 하는 유해하거나 폭발성 매질이 사용되지 않아야 하며, 이는 플랜트의 설치 및 작동에 대한 비용을 감소시킴을 의미한다.
추가의 장점은 C02-냉동의 부품들에서 기능 불량의 경우에 C02-생성물의 질이 영향 받지 않는다는 사실이다.
도 3은 본 발명의 제 3 구현예를 나타낸다. 도 2 및 3을 비교함으로써, 대부분의 부품들 및 관련된 배관이 동일함을 알 수 있다. 이러한 이유로, 단지 차이점만이 기술된다.
도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 2 생성물 펌프(41)이 설치된다. 상기 제 2 생성물 펌프(41)는 약 31 바아의 압력을 갖고 상기 고압 냉매의 압력을 주변 조건들에 의존하여 겨울에 53 바아의 압력 및 여름에 72 바아의 최대 압력으로 증가시키는 완충 드럼(39)으로부터 고압 냉매를 추출시킨다. 최악의 경우는 파이프라인 조건들에 대해 직접 압력을 증가시키는 것이다. 상기 압력 수준은 제 2 압축기(25)의 말단에서의 압력 수준과 유사하며, 따라서 고압 냉매를 직접 운반할 수 있으며, 이는 완충 드럼(39)으로부터 제 1 생성물 펌프(27)의 흡인 측면으로 직접 냉각시키는 것을 필요로 하지 않는다. 이는 전체 플랜트의 에너지 소비의 현저한 감소를 유도하고, 전체 플랜트를 가동시키기 위한 광범위한 로드를 허용한다.
도 4에 도시된 구현예는 오프가스(23)에 대해 제 1 팽창 터어빈(31.1) 및 제 2 팽창 터어빈(31.2)을 사용하여 오프가스(23)에 대한 2가지 스테이지 팽창을 포함한다. 팽창된 오프가스(23)는 열교환기들(11 및 17)에서 냉동을 위해 사용될 수 있다. 상기 방식으로, 플랜트의 에너지 소비는 2가지 스테이지들에서 오프가스 스트림(23)을 팽창시킴으로써 감소될 수 있으며, 발전기 또는 압축기(1 또는 25)를 구동시키기 위한 팽창기(31.1 및/또는 31.2)의 기계적 아웃풋을 사용한다.
도 5는 냉각수 순환로(5, 33, 35 및 11), CO2 스트리퍼(37), 제 2 생성물 펌프(41) 및 2가지 스테이지 팽창 터어빈(31.1 및 31)을 포함하는 본 발명의 제 5 구현예를 나타낸다. 상기 고급 구현예는 도 1 내지 4에 도시된 구현예들의 모든 특징 및 장점들을 포함한다. 이로부터, 상이한 구현예들의 특징은 임의의 조합으로 조합될 수 있음이 명백해진다. 예를 들어, 냉각수 순환로(5, 33, 35)을 생략하고, CO2 스트리퍼(37), 제 2 생성물 펌프(41) 및/또는 2가지 스테이지 팽창 터어빈(31.1 및 31.2)를 조합시키는 것이 또한 가능하다.
(1) 제 1 압축기
(3) 연도 가스
(5) 제 1 냉각기
(7) 건조기
(9) 제 1 분리 스테이지
(11) 제 1 열교환기
(13) 제 1 분리 드럼
(17) 제 2 열교환기
(19) 제 2 분리 드럼
(21) 제 2 분리 스테이지
(25) 제 2 압축기
(27) 제 1 생성물 펌프
(35) 냉각수 펌프
(37) CO2 스트리퍼

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 연소 연도 가스들의 액체 CO2를 생성시키기 위한 방법으로서,
    상기 연도 가스(3)가 제 1 압축기(1)에서 압축되고, 이어서 제 1 냉각기(5)에서 냉각되고, 적어도 2개의 분리 스테이지들(9, 21)에서 부분적으로 응축되며, 상기 적어도 2개의 분리 스테이지들(9, 21)은 팽창된 오프가스(23) 및 팽창된 액체 CO2(3.1, 3.3)에 의해 냉각되고, 상기 제 2 분리 스테이지(21)는 제 2 열교환기(17) 및 CO2 스트리퍼(37)를 포함하고, 상기 제 1 분리 스테이지(9)로부터의 액체 CO2의 스트림(3.5)은 상기 C02 스트리퍼(37)로 직접 들어가며, 상기 제 1 분리 스테이지(9)로부터의 C02 스트림(3.2)은 상기 제 2 열교환기(17)를 통해 상기 CO2 스트리퍼(37)로 들어가는 방법(참조, 도 2).
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 분리 스테이지(9)는 제 1 열교환기(11) 및 제 1 분리기 드럼(13)을 포함하며, 상기 제 1 열교환기(11)는 상기 제 1 분리기 드럼(13)으로부터의 팽창된 CO2(3.1)에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 분리 스테이지(21)는 제 2 열교환기(17) 및 제 2 분리기 드럼(19)을 포함하며, 상기 제 2 열교환기(17)는 상기 제 2 분리기 드럼(19)으로부터의 팽창된 C02(3.3)에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 방법(참조, 도 1).
  5. 삭제
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 냉각기(5)에는 상기 제 1 분리 스테이지로부터의 냉각수가 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 CO2 스트리퍼(37) 중의 상기 액체 CO2는 리보일러(32)에 의해 비등하고, 상기 CO2 스트리퍼(37)의 상부로부터 오프가스(23)가 추출되고, 압력 조절 밸브(15.2)에서 팽창되고, 냉각을 위해 상기 분리 스테이지들(9, 21)에 사용되는 것을 특징으로 하는 방법(참조, 도 1 내지 도 5).
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 액체 CO2는 제 1 압력 수준(플래그 12) 및 제 2 압력 수준(플래그 11)으로 팽창되고, 상기 분리 스테이지들(9, 21) 중 적어도 하나를 통과한 후에 제 2 압축기(25)의 제 1 또는 제 2 스테이지에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법(참조, 도 1 내지 도 5).
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 리보일러(32)에는 상기 제 2 압축기(25)로부터 열이 공급되는 것을 특징으로 하는 방법(참조, 도 2 내지 도 5).
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 리보일러(32) 및 상기 CO2 스트리퍼(37)로부터의 상기 액체 CO2가 완충 드럼(39) 내에 수집되는 것을 특징으로 하는 방법(참조, 도 2 내지 도 5).
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 분리 스테이지들(9, 21)에는 상기 완충 드럼(39)으로부터의 액체 CO2가 공급되는 것을 특징으로 하는, 방법(참조, 도 2 내지 도 5).
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 액체 CO2의 일부가 상기 완충 드럼(39) 또는 상기 CO2 스트리퍼(37)로부터 추출되고, 제 2 생성물 펌프(41)에 의해 상기 제 2 압축기(25)의 전달 측면 또는 제 1 생성물 펌프(27)의 흡인 측면으로 전달되는 것을 특징으로 하는 방법(참조, 도 3 및 도 5).
  13. 제 2 항에 있어서, 상기 연도 가스는, 상기 제 1 분리 스테이지(9)로 들어가기 전에, 제 1 압축기(1)에서 압축되고, 제 1 냉각기(5)에서 냉각되고 그리고/또는 건조기(7)에서 건조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 분리 스테이지(21)로부터의 오프가스(23)는, 상기 제 2 분리 스테이지(21)의 열교환기(17)로 들어가기 전에, 약 17 바아로 팽창되고 그 결과 약 54℃의 온도로 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 2 항에 있어서, 상기 오프가스(23)는 모든 분리 스테이지들(21, 9)을 통과한 후에 과열기(29)에서 과열되고, 적어도 하나의 팽창기(31, 31.1, 31.2)에서 팽창되고, 이이서 상기 제 2 분리 스테이지(21)의 상기 열교환기들(17)로 다시 공급되는 것을 특징으로 하는 방법(참조, 도 1, 도 2, 도 4 및 도 5).
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