KR101583261B1 - 냉동 시스템을 사용하는 극저온 ｃｏ₂ 분리 - Google Patents

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Abstract

연도 가스 스트림 내의 이산화탄소(CO2)의 응축을 위한 냉동 시스템으로서, 상기 시스템은 냉동 회로, 연도 가스 압축기를 포함하는 연도 가스 처리 시스템, 연도 가스 흡착 건조기 및 CO2의 응축을 위한 냉동 시스템을 포함하는 냉동 시스템과, 외부 냉매의 순환 스트림을 사용하여 연도 가스 스트림 내의 CO2의 응축을 위한 방법이 개시된다.

Description

냉동 시스템을 사용하는 극저온 ＣＯ₂ 분리{CRYOGENIC CO₂ SEPARATION USING A REFRIGERATION SYSTEM}
본 발명은 그 내부에 존재하는 CO2를 응축하기 위해 연도 가스 스트림의 냉동에 의해 CO2 농후 연도 가스 스트림으로부터 CO2를 분리하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
발전소와 같은 연소 설비에서 석탄, 석유, 토탄, 폐기물 등과 같은 연료의 연소시에, 고온 프로세스 가스가 생성되고, 이러한 프로세스 가스는 다른 성분들 중에서도, 이산화탄소(CO2)를 함유한다. 증가하는 환경적 요구에 따라, 프로세스 가스로부터 이산화탄소를 제거하기 위한 다양한 프로세스가 개발되어 왔다.
CO2 포획은 종종 액체 또는 고체 형태의 CO2를 응축하고 이를 N2 및 O2와 같은 비응축성 연도 가스 성분으로부터 분리하기 위해 연도 가스의 냉각 또는 압축 및 냉각을 포함한다. CO2 포획에 앞서, 일반적으로 이산화탄소 농후 연도 가스를 세척하는 것이 필요하다. 가스 세척 작업은 일반적으로 먼지, 황 화합물, 금속, 질소 산화물 등의 제거를 포함할 수 있다.
그 응축 온도로의 연도 가스의 냉각은 다양한 수단에 의해, 예를 들어 적합한 외부 냉매를 사용하여 성취될 수 있다. 외부 냉매를 사용하는 CO2 포획 시스템은 자본 비용의 견지 그리고 작동 비용의 견지의 모두에서 고비용일 수 있다. 대안으로서, 자동 냉동 시스템이 종종 사용되고, 여기서 CO2 농후 연도 가스는 압축되고, 냉각되고, 팽창되어 CO2의 응축을 성취한다. 이들 시스템에서, 액체 CO2 생성물이 CO2 농후 연도 가스를 위한 냉각 매체로서 사용된다. 이들 시스템에서 응축 매체와 증발 매체 사이의 엄격한 온도 접근법에 기인하여, CO2 응축은 일반적으로 브레이징된 알루미늄 열교환기를 사용하여 행해져야 한다. 고비용인 것 외에, 알루미늄은 수은 및 미립자 물질과 같은 화석 연료 연소로부터 연도 가스 내에 함유된 다수의 미량 성분에 의한 오염에 민감하다. 따라서, 자동 냉동 시스템은 일반적으로 입자 필터, 수은 흡착기 및 SOx/NOx 스크러버(scrubber)와 같은 CO2 응축 단계의 상류측의 연도 가스 내의 유해 성분을 제거하기 위한 광대한 노력을 필요로 한다.
본 발명의 목적은 예를 들어 산소를 함유하는 가스의 존재에서 연료를 연소하는 보일러 내에 생성된 연도 가스 스트림으로부터 이산화탄소의 제거를 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이고, 시스템 및 방법은 전술된 문제점들 중 적어도 하나를 완화한다.
본 명세서에 설명된 다양한 양태에 따른 연도 가스 스트림으로부터 이산화탄소의 제거를 위한 시스템 및 방법은 간단한 강인한 열교환기 디자인 및 재료를 사용하여 비용 효율적인 CO2 분리를 허용한다.
본 명세서에 예시된 양태에 따르면, 연도 가스 스트림 내의 이산화탄소(CO2)의 응축을 위한 냉동 시스템이 제공되고, 상기 시스템은
냉매를 포함하는 냉동 회로를 포함하고, 상기 냉동 회로는
다단 냉매 압축기,
냉매 응축기,
냉매 냉각기,
연도 가스 냉각기,
제 1 CO2 응축기,
제 2 CO2 응축기를 포함하고,
다단 냉매 압축기는 연도 가스 냉각기, 제 1 CO2 응축기 및 제 2 CO2 응축기로부터 냉매를 압력(P0)으로 압축하도록 구성되고, 냉매 응축기는 압축된 냉매를 응축하도록 구성되고, 냉매 냉각기는 제 1 및/또는 제 2 CO2 응축기 내에서 분리된 액체 CO2를 사용하여 응축된 냉매의 적어도 일부를 냉각하도록 구성되고, 연도 가스 냉각기는 P0보다 낮은 제 1 팽창 압력(P1)에서 냉각된 응축된 냉매의 제 1 부분을 사용하여 연도 가스 스트림을 냉각하도록 구성되고, 제 1 CO2 응축기는 P1보다 낮은 제 2 팽창 압력(P2)에서 냉각된 응축된 냉매의 제 2 부분을 사용하여 냉각된 연도 가스 스트림으로부터 CO2의 제 1 부분을 응축하여 분리하도록 구성되고, 제 2 CO2 응축기는 P2보다 낮은 제 3 팽창 압력(P3)에서 냉각된 응축된 냉매의 제 3 부분을 사용하여 냉각된 연도 가스 스트림으로부터 CO2의 제 2 부분을 응축하여 분리하도록 구성된다.
냉동 시스템은 제 1 및/또는 제 2 CO2 응축기 내에서 분리된 액체 CO2를 사용하여 응축된 냉매의 적어도 일부를 냉각하도록 구성된 냉매 냉각기를 포함한다. 종래의 냉동 사이클은 외부 냉각제(예를 들어, 냉각수)에 의해 제공된 조건에서 냉매의 응축을 예측한다. 이는 단열 팽창 중에 잠열의 변화가 최종적인 증기 분율을 위한 기화의 열에 동일하기 때문에, 냉매가 규정된 온도에 대응하는 압력 레벨로 팽창될 때 높은 증기 분율을 유도할 수 있다. 이 증기 분율은 냉동 듀티에 단지 적게만 추가되지만, 냉매 압축기 내에서 압축되고 냉매 응축기 내에서 응축되어야 한다. 본 명세서에 설명된 냉동 시스템은 잔류 증기 분율이 시스템 내의 냉간 소스의 고도의 열 통합에 의해 최소화되게 한다. 공급 연도 가스 내의 충분히 높은 CO2 농도를 가져, 90% 초과의 CO2 수율이 성취될 수 있다.
몇몇 실시예에 따르면, 냉동 회로는
냉매가 제 1 CO2 응축기에 사용되기 전에, 제 1 CO2 응축기 내에서 분리된 액체 CO2를 사용하여 냉각된 응축된 냉매의 제 2 부분을 더 냉각하도록 구성된 제 1 보조 냉매 냉각기, 및/또는
냉매가 제 2 CO2 응축기에 사용되기 전에, 제 2 CO2 응축기 내에서 분리된 액체 CO2를 사용하여 냉각된 응축된 냉매의 제 3 부분을 더 냉각하도록 구성된 제 2 보조 냉매 냉각기를 추가로 포함한다.
제 1 및/또는 제 2 보조 냉매 냉각기는 제 1 및/또는 제 2 CO2 응축기 내에서 분리된 액체 CO2로부터 냉기의 회수를 최대화한다.
몇몇 실시예에 따르면, 연도 가스 냉각기, 제 1 CO2 응축기 및 제 2 CO2 응축기로부터 냉매의 각각의 부분은 이후에 다단 냉매 압축기의 적합한 압축 스테이지로 공급되어 압력(P0)으로 재압축된다.
몇몇 실시예에 따르면, 냉동 회로는
제 2 CO2 응축기로부터 CO2 고갈된 연도 가스를 사용하여 응축된 냉매의 적어도 일부를 냉각하도록 구성된 열교환기를 추가로 포함한다.
제 2 CO2 응축기로부터 냉간 CO2 고갈된 연도 가스는 냉매 냉각기 및/또는 보조 냉매 냉각기 내에서 냉각되기 전에, 냉매 응축기로부터 오는 응축된 냉매를 사전 냉각하기 위해 유리하게 사용될 수 있다는 것이 판명되었다.
냉동 시스템은 연도 가스 스트림, 예를 들어 산소를 함유하는 가스의 존재에서 연료를 연소하는 보일러 내에 생성된 연도 가스 스트림으로부터 CO2를 제거하기 위한 연도 가스 처리 시스템 내에 일체화될 수 있다. 연도 가스 스트림으로부터 CO2를 제거하기 위해 연도 가스 처리 시스템 내로 냉동 시스템을 합체하는 것은 시스템 내의 냉간 소스의 고도의 열 통합을 허용하고, 이는 시스템 내의 상당한 전체 에너지 절약을 제공할 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같은 냉동 시스템을 사용하는 연도 가스 처리 시스템 내의 효율적인 CO2 응축을 성취하기 위한 2개의 중요한 팩터는 (a) CO2 농후 연도 가스 스트림의 압력 및 (b) CO2 농후 연도 가스 스트림의 수증기 함량이다.
CO2 응축을 받게 될 CO2 농후 연도 가스 스트림은 바람직하게는, 연도 가스의 온도가 CO2 응축기 내에서 감소될 때 연도 가스 내의 기체 CO2가 액체 형태로 변환되는 압력에 있어야 한다.
연도 가스 압축기는 연도 가스의 온도가 CO2 응축기 내에서 감소될 때 기체 CO2가 액체 형태로 변환되는 압력(예를 들어, 약 30 bar 또는 그 이상)으로 연도 가스를 압축하기 위해 작동한다.
CO2 농후 연도 가스 내의 잔류수는 CO2 응축기의 열교환기 내의 얼음의 형성을 야기할 수 있어, 결국에는 감소된 냉각 능력 및 열교환기의 폐색을 갖는 문제점을 초래한다. CO2 응축기의 상류측에 흡착 건조기를 제공함으로써, 이러한 문제점이 회피되거나 적어도 최소화된다. 흡착 건조기는 예를 들어 연도 가스의 물 이슬점을 약 -60℃로 감소시키도록 구성될 수 있다.
본 명세서에 예시된 다른 양태에 따르면, 연도 가스 스트림으로부터 CO2를 제거하기 위한 연도 가스 처리 시스템으로서,
연도 가스 압축기와,
연도 가스 흡착 건조기와,
상기에 규정된 바와 같은 이산화탄소(CO2)의 응축을 위한 냉동 시스템을 포함하고,
연도 가스 냉각기는 연도 가스 압축기와 연도 가스 흡착 건조기 사이에 배열되고, 제 1 및 제 2 CO2 응축기는 연도 가스 흡착 건조기의 하류측에 직렬로 배열되는 연도 가스 처리 시스템이 제공된다.
몇몇 실시예에 따르면, 연도 가스 처리 시스템은
냉매가 제 1 CO2 응축기에 사용되기 전에, 제 1 CO2 응축기 내에서 분리된 액체 CO2를 사용하여 냉각된 응축된 냉매의 제 2 부분을 더 냉각하도록 구성된 제 1 보조 냉매 냉각기, 및/또는
냉매가 제 2 CO2 응축기에 사용되기 전에, 제 2 CO2 응축기 내에서 분리된 액체 CO2를 사용하여 냉각된 응축된 냉매의 제 3 부분을 더 냉각하도록 구성된 제 2 보조 냉매 냉각기를 추가로 포함한다.
제 1 및/또는 제 2 보조 냉매 냉각기는 제 1 및/또는 제 2 CO2 응축기 내에서 분리된 액체 CO2로부터 냉기의 회수를 최대화한다.
몇몇 실시예에 따르면, 연도 가스 처리 시스템은 냉매 냉각기 및/또는 제 1 보조 냉매 냉각기 및/또는 제 2 보조 냉매 냉각기 내의 응축된 CO2의 증발을 방지하기에 충분한 압력, 예를 들어 60 bar로 제 1 및/또는 제 2 CO2 응축기 내에서 분리된 액체 CO2를 펌핑하도록 구성된, 바람직하게는 CO2 응축기와 냉매 냉각기 또는 보조 냉매 냉각기 사이에 배열된 CO2 생성물 펌프를 추가로 포함한다.
몇몇 실시예에 따르면, 연도 가스 처리 시스템은 제 2 CO2 응축기로부터 CO2 고갈된 연도 가스를 사용하여 응축된 냉매의 적어도 일부를 냉각하도록 구성된 열교환기를 추가로 포함한다.
제 2 CO2 응축기로부터 냉간 CO2 고갈된 연도 가스는, 냉매 냉각기 및/또는 보조 냉매 냉각기 내에서 냉각되기 전에, 냉매 응축기로부터 오는 응축된 냉매를 사전 냉각하기 위해 유리하게 사용될 수 있다는 것이 판명되었다.
특정 실시예에 따르면, 연도 가스 처리 시스템은
제 2 CO2 응축기로부터 CO2 고갈된 연도 가스를 사용하여 응축된 냉매의 적어도 일부를 냉각하도록 구성된 제 1 열교환기,
연도 가스 압축기로부터 따뜻한 연도 가스를 사용하여 제 1 열교환기로부터 CO2 고갈된 연도 가스를 재가열하도록 구성된 제 2 열교환기,
제 2 열교환기로부터 재가열된 압축된 CO2 고갈된 연도 가스를 팽창하도록 구성된 연도 가스 팽창기, 및
연도 가스 팽창기로부터 CO2 고갈된 연도 가스를 사용하여 제 1 열교환기로부터 응축된 냉매를 더 냉각하도록 구성된 제 3 열교환기를 추가로 포함한다.
응축된 냉매를 단계적으로 냉각하는 것은 제 2 CO2 응축기로부터 CO2 고갈된 연도 가스로부터 냉기의 회수를 최대화한다.
연도 가스 처리 시스템의 몇몇 실시예에 따르면, 냉매 냉각기는 제 1 및/또는 제 2 CO2 응축기 내에서 분리된 액체 CO2를 사용하여 응축된 냉매의 제 1 부분을 냉각하도록 구성되고,
열교환기는 제 2 CO2 응축기로부터 CO2 고갈된 연도 가스를 사용하여 응축된 냉매의 제 2 부분을 냉각하도록 구성된다.
특정 실시예에 따르면, 연도 가스 처리 시스템은
제 1 및/또는 제 2 CO2 응축기 내에서 분리된 액체 CO2를 사용하여 응축된 냉매의 제 1 부분을 냉각하도록 구성된 냉매 냉각기, 및
제 2 CO2 응축기로부터 CO2 고갈된 연도 가스를 사용하여 응축된 냉매의 제 2 부분을 냉각하도록 구성된 제 1 열교환기,
연도 가스 압축기로부터 따뜻한 연도 가스를 사용하여 제 1 교환기로부터 CO2 고갈된 연도 가스를 재가열하도록 구성된 제 2 열교환기,
제 2 열교환기로부터 재가열된 압축된 CO2 고갈된 연도 가스를 팽창하도록 구성된 연도 가스 팽창기, 및
연도 가스 팽창기로부터 CO2 고갈된 연도 가스를 사용하여 응축된 냉매의 제 3 부분을 냉각하도록 구성된 제 3 열교환기를 포함한다.
몇몇 실시예에 따르면, 연도 가스 처리 시스템은 연도 가스 스트림의 일반적인 유동 방향을 참조하여 연도 가스 압축기의 상류측에 배열된 연도 가스 스트림으로부터 수증기의 제거를 위한 연도 가스 응축기를 추가로 포함한다.
몇몇 실시예에 따르면, 연도 가스 처리 시스템은 연도 가스 스트림의 일반적인 유동 방향을 참조하여 제 2 CO2 응축기의 하류측에 배열된 연도 가스 스트림으로부터 질소 산화물(NOx)의 제거를 위한 선택적 촉매 환원(SCR) 유닛을 추가로 포함한다.
본 명세서에 예시된 양태에 따르면, 외부 냉매의 순환 스트림을 사용하여 연도 가스 스트림 내의 이산화탄소(CO2)의 응축을 위한 방법이 제공되고, 상기 방법은
a) 응축된 외부 냉매를 얻기 위해 외부 냉매의 압축 및 적어도 부분적인 응축 단계,
b) 단계 a)에서 얻어진 응축된 외부 냉매의 적어도 부분적인 증발을 통해 연도 가스 스트림의 냉동에 의해 연도 가스 스트림 내의 CO2의 응축 단계,
c) 연도 가스 스트림으로부터 응축된 CO2의 분리 단계, 및
d) 단계 c)에서 분리된 응축된 CO2를 사용하여 단계 b)의 냉동에 사용을 위한 응축된 외부 냉매의 냉각 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에 따르면, 응축된 외부 냉매의 냉각을 위해 사용된 응축된 CO2의 압력은 냉각 중에 응축된 CO2의 증발을 방지하기에 충분히, 예를 들어 60 bar로 유지된다.
몇몇 실시예에 따르면, 방법은 단계 c)에서 분리된 응축된 CO2를 사용하여 응축된 외부 냉매의 냉각 전에, 응축된 CO2가 분리되어 있는 연도 가스 스트림을 사용하여 단계 b)의 냉동에 사용을 위해 응축된 외부 냉매를 사전 냉각하는 단계를 추가로 포함한다.
몇몇 실시예에 따르면, 방법은
단계 c)에서 분리된 응축된 CO2를 사용하여 단계 b)의 냉동에 사용을 위한 응축된 외부 냉매의 제 1 부분을 냉각하고, 응축된 CO2가 분리되는 연도 가스 스트림을 사용하여 단계 b)의 냉동에 사용을 위한 응축된 외부 냉매의 제 2 부분을 냉각하는 단계를 추가로 포함한다.
전술된 방법의 실시예의 외부 냉매는 예를 들어 프로판 또는 프로필렌일 수 있다.
전술된 및 다른 특징은 이하의 도면 및 상세한 설명에 의해 예시된다. 본 발명의 추가의 목적 및 특징은 상세한 설명 및 청구범위로부터 명백해질 것이다.
이제 예시적인 실시예인 도면을 참조한다.
도 1은 보일러 시스템을 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 CO2 분리 시스템의 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 3은 CO2 분리 시스템의 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 4는 CO2 분리 시스템의 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
본 명세서에서 압력은 단위가 "bar"이고, 달리 지시되지 않으면 절대압을 나타낸다.
용어 "간접" 또는 "간접적으로"는 본 명세서에서 가열, 냉각 또는 냉동과 같은 2개의 유체 사이의 열교환과 연계하여 사용될 때, 열교환이 2개의 유체를 함께 혼합하지 않고 발생하는 것을 나타낸다. 이러한 간접 열교환은 예를 들어 간접-접촉식 열교환기에서 수행될 수 있고, 여기서 유체 스트림은 분리되어 유지되고 열은 불투과성 분할벽을 통해 연속적으로 전달된다.
본 명세서에 개시된 다양한 양태의 냉동 시스템 또는 연도 가스 처리 시스템은 예를 들어 보일러 시스템과 같은 연소 설비에서 구현될 수 있다. 도 1은 그 측면으로부터 보여지는 바와 같이, 보일러 시스템(1)의 개략도이다. 보일러 시스템(1)은 주 구성 요소로서, 이 실시예에서 산소-연료 보일러인 보일러(2), 개략적으로 도면 부호 4로 지시된 증기 터빈 전기 발전 시스템 및 연도 가스 처리 시스템(3)을 포함한다. 연도 가스 처리 시스템은 예를 들어 직물 필터 또는 전기 집진기(8)일 수 있는 먼지 제거 디바이스, 습식 스크러버(10)일 수 있는 이산화황 제거 시스템 및 CO2 분리 시스템(40, 140, 240)을 포함할 수 있다.
석탄, 석유 또는 토탄과 같은 연료는 연료 저장 장치(12) 내에 수납되고, 공급 파이프(14)를 경유하여 보일러(2)에 공급될 수 있다. 산소 가스 소스(16)가 그 자체로 공지된 방식으로 산소 가스를 제공하기 위해 작동한다. 산소 가스 소스(16)는 공기로부터 산소 가스를 분리하기 위해 작동하는 공기 분리 설비, 산소 분리 멤브레인, 저장 탱크 또는 산소 가스를 보일러 시스템(1)에 제공하기 위한 임의의 다른 소스일 수 있다. 공급 도관(18)은 통상적으로 90 내지 99.9 vol% 산소(O2)를 포함하는 생성된 산소 가스를 보일러(2)에 전송(forwarding)하기 위해 작동한다. 도관(20)은 이산화탄소를 함유하는 순환된 연도 가스를 보일러(2)에 전송하기 위해 작동한다. 도 1에 지시된 바와 같이, 공급 도관(18)은 보일러(2)의 상류측의 도관(20)에 연결하여, 산소 가스 및 이산화탄소를 함유하는 재순환된 연도 가스가 서로 혼합되게 되어 통상적으로 약 20 내지 50 체적 %의 산소 가스를 함유하고, 잔량은 주로 이산화탄소 및 수증기인 가스 혼합물을 보일러(2)의 상류측에 형성하게 할 수 있다. 공기가 보일러(2)에 거의 진입하지 않기 때문에, 보일러(2)에 공급된 질소 가스가 거의 없다. 실용적인 작동에서, 보일러(2)에 공급된 3 체적 % 미만의 가스 체적은 예를 들어 보일러(2) 및 연도 가스 처리 시스템(3)을 경유하는 공기의 누설물로서 보일러 시스템(1)에 주로 진입하는 공기이다. 보일러(2)는 도관(20)을 경유하여 공급될 이산화탄소를 함유하는 재순환된 연도 가스와 혼합된 산소 가스의 존재하에서 공급 파이프(14)를 경유하여 공급될 연료를 연소하기 위해 작동한다. 증기 파이프(22)는 연소의 결과로서 보일러(2) 내에 생성될 증기를 전력의 형태의 파워를 발전하기 위해 작동하는 증기 터빈 전기 발전 시스템(4)에 전송하기 위해 작동한다.
도관(24)은 보일러(2) 내에 생성된 이산화탄소 농후 연도 가스를 먼지 제거 디바이스(8)로 전송하기 위해 작동한다. "이산화탄소 농후 연도 가스"라는 것은 도관(24)을 경유하여 보일러(2)를 나오는 연도 가스가 적어도 40 체적 %의 이산화탄소(CO2)를 함유할 수 있는 것을 의미한다. 종종 보일러(2)를 나오는 50 체적 % 초과의 연도 가스는 이산화탄소일 것이다. 통상적으로, 보일러(2)를 나오는 연도 가스는 50 내지 80 체적 %의 이산화탄소를 함유할 것이다. "이산화탄소 농후 연료 가스"의 잔량은, 약 15 내지 40 체적 %의 수증기(H2O), 약간의 산소 과잉이 종종 보일러(2) 내에서 바람직하기 때문에 2 내지 7 체적 %의 산소(O2) 및 공기의 소정의 누설이 좀처럼 완전히 회피될 수 없기 때문에 주로 질소(N2) 및 아르곤(Ar)을 포함하는 다른 총 약 0 내지 10 체적 %의 다른 가스일 것이다.
보일러(2) 내에 생성된 이산화탄소 농후 연도 가스는 통상적으로 예를 들어 먼지 입자의 형태의 오염물, 염화수소산(HCl), 질소 산화물(NOx), 황 산화물(SOx) 및 수은(Hg)을 포함하는 중금속을 포함할 수 있다.
먼지 제거 디바이스(8)는 이산화탄소 농후 연도 가스로부터 대부분의 먼지 입자를 제거한다. 도관(26)은 직물 필터(8)로부터 습식 스크러버(10)로 이산화탄소 농후 연도 가스를 전송하기 위해 작동한다. 습식 스크러버(10)는 습식 스크러버(10)의 저부로부터 습식 스크러버(10)의 상부 부분에 배열된 노즐(32)의 세트로, 예를 들어 석회암을 포함하는 흡수 액체를 슬러리 순환 파이프(30) 내에서 순환시키기 위해 작동하는 순환 펌프(28)를 포함한다. 슬러리 노즐(32)은 도관(26)을 경유하여 습식 스크러버(10)에 전송되는 연도 가스와 흡수 액체 사이의 양호한 접촉을 성취하기 위해 습식 스크러버(10) 내에 흡수 액체를 미세하게 분배하고, 이산화탄소 농후 연도 가스로부터 이산화황(SO2) 및 다른 산 가스의 효율적인 제거를 행하기 위해 습식 스크러버(10) 내부에서 실질적으로 수직으로 상향으로 유동시키기 위해 작동한다.
연도 가스 처리 시스템(3)은 연도 가스 응축기(37)를 추가로 포함하고, 여기서 연도 가스는 그 물 이슬점 미만으로 냉각되고, 최종 응축에 의해 방출된 열은 저온 열로서 회수된다. 연도 가스의 물 함량은 예를 들어 연도 가스 응축기에 공급된 연도 가스 내의 약 40 체적 %로부터 연도 가스 응축기를 떠나는 연도 가스 내의 약 5 체적 %로 감소될 수 있다. 연도 가스 응축기 내의 pH 및 온도에 따라, 연도 가스 응축은 또한 연도 가스 내의 황 산화물(SOx)의 환원을 유도할 수도 있다. 황 산화물은 형성된 응축물 내에 포획되고 연도 가스로부터 분리된다. 더욱이, 이전의 이산화황 제거 단계로부터 연도 가스 내에 포집된 세척액 또는 슬러리, 예를 들어 석회 슬러리는 응축 중에 제거된다.
적어도 부분적으로 세척된 이산화탄소 농후 연도 가스는 가스 분할점(36)으로 연도 가스를 전송하는 도관(34)을 경유하여 습식 스크러버(10)를 떠나고, 여기서 적어도 부분적으로 세척된 이산화탄소 농후 연도 가스는 2개의 유동, 즉 도관(20)을 경유하여 보일러(2)로 재차 재순환되는 제 1 유동 및 연도 가스 응축기(37) 및 도관(38)을 경유하여 CO2 분리 시스템으로 전송되는 제 2 유동으로 분할된다. CO2 분리 시스템에서, CO2는 적어도 부분적으로는 압축 및 응축에 의해 연도 가스의 경가스(light gas)(예를 들어, N2, Ar, O2)로부터 분리된다. 따라서, 압축된 이산화탄소는 도관(43)을 경유하여 CO2 분리 시스템을 떠나고, 폐기를 위해 이격 운반되는데, 이는 때때로 "CO2 격리"라 칭한다. 도관(20)을 경유하여 보일러(2)로 재차 재순환되는 제 1 유동은 통상적으로 습식 스크러버(10)를 떠나는 이산화탄소 농후 연도 가스의 총 유동의 50 내지 70 체적 %를 포함한다. 통상적으로 습식 스크러버(10)를 떠나는 이산화탄소 농후 연도 가스의 총 유동의 25 내지 50 체적 %를 포함하는 제 2 유동은 따라서 연도 가스 응축기(37) 및 도관(38)을 경유하여 CO2 분리 시스템(40, 140, 240)으로 전송되고, 이는 이하에 더 상세히 설명될 것이다.
본 명세서에 설명된 실시예에서 CO2 분리는 연도 가스의 압축 및 냉동에 의한 응축에 의해 성취된다. 도 2는 연도 가스 스트림 내의 이산화탄소(CO2)의 응축을 위한 CO2 분리 시스템을 개략적으로 도시한다. 도 2의 CO2 분리 시스템은 도 1의 보일러 시스템에 구현될 수 있다. CO2 분리 시스템(40)은 선택적으로 먼지 제거 디바이스, 이산화황 제거 시스템 및 연도 가스 응축기와 같은 하나 이상의 연도 가스 처리 유닛을 경유하여 보일러로부터 스택으로 연도 가스를 전송하기 위해 작동하는 연도 가스 도관(55)을 포함한다.
CO2 분리 시스템(40)은 이산화탄소 농후 연도 가스를 압축하기 위한 적어도 하나, 통상적으로 2개 내지 10개의 압축 스테이지를 갖는 적어도 하나의 압축기(44)를 선택적으로 포함할 수 있다. 연도 가스 압축기는 연도 가스의 온도가 CO2 응축기(64, 70) 내에서 감소될 때 기체 CO2가 액체 형태로 변환되는 압력으로 연도 가스를 압축하기 위해 작동한다. 이산화탄소 농후 연도 가스는 일반적으로 다단 압축기 내에서 약 33 bar와 같은 약 20 bar 또는 그 이상의 압력으로 압축된다. 각각의 압축 스테이지는 개별 유닛으로서 배열될 수 있다. 대안으로서, 다수의 압축 스테이지가 공통 구동 샤프트에 의해 작동될 수 있다. 압축기(44)는 압축기 스테이지의 하나 이상의 하류측에 인터쿨링 유닛(도시 생략)을 또한 포함할 수 있다. 인터쿨링 유닛은 이산화탄소 농후 연도 가스의 압축 및/또는 냉각 중에 형성된 임의의 액체 응축물을 수집하고 폐기하도록 더 구성될 수 있다.
CO2 분리 시스템(40)은 액체 및/또는 증기 형태의 냉매를 함유하는 냉동 회로(51)를 갖는 냉동 시스템(50)을 포함한다. 다수의 상이한 냉매가 냉동 시스템 내의 CO2의 응축을 위해 요구되는 냉각 및 응축 듀티를 공급하도록 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 냉매의 예는 프로판(R290) 및 프로필렌(R1270) 및 이들의 혼합물을 포함한다. 원하는 열역학적 및 화학적 특성을 갖는 다른 냉매가 또한 원하는 바에 따라 사용될 수 있다.
냉동 회로(51)는 냉매를 사전 결정된 압력으로 압축하도록 구성된 다단 냉매 압축기(52)를 포함한다. 다단 압축기(52)는 예를 들어 3개 이상의 압축 스테이지를 포함할 수 있고, 각각의 압축 스테이지는 냉매를 특정 압력 레벨로 압축하도록 구성된다. 다단 압축기(52)는 압축 스테이지의 2개 이상 사이에 인터쿨링을 구비할 수 있다.
차가운 기체 냉매는 다단 압축기(52) 내의 낮은 압력으로부터, 예를 들어 약 8 내지 약 25 bar의 범위의 압력(P0)으로 압축되고(냉매 및 응축 매체 온도에 따라), 냉매 응축기(53) 내로 유도된다. 고압 냉매는 이어서 물, 강제된 공기 등에 의해 냉각될 수 있는 냉매 응축기(53) 내에서 실질적으로 응축된다.
응축된 냉매는 연도 가스 냉각기(60), 제 1 CO2 응축기(64) 및 제 2 CO2 응축기(70)로 분배되고, 여기서 CO2를 함유하는 연도 가스를 냉각하기 위해 사용된다.
연도 가스 냉각기(60)는 응축된 냉매의 증발을 유도하고 압력을 감소시키기 위해 계량 디바이스, 예를 들어 팽창 밸브(도시 생략)를 포함한다. 연도 가스 냉각기는 냉매가 압력(P1), 예를 들어 약 5 bar로 팽창되고 비등하는 냉매가 연도 가스 스트림을 약 10 내지 20℃의 범위의 온도로 간접적으로 냉각하는데 사용되는 열교환기를 추가로 포함한다. 연도 가스 냉각기 내에서의 냉각 중에 연도 가스로부터 석출되는 물은 연도 가스 스트림으로부터 분리되고 라인(61)을 경유하여 제거된다. 연도 가스 냉각기로부터의 수증기 내에서 고갈된 냉각된 연도 가스는 이어서 선택적으로 흡착 건조기(도시 생략)를 경유하여 제 1 CO2 응축기(64)로 전송된다.
제 1 CO2 응축기(64)는 예를 들어 응축된 냉매의 증발을 유도하고 압력을 감소시키기 위해, 계량 디바이스, 예를 들어 팽창 밸브(도시 생략)를 포함한다. 제 1 CO2 응축기(64)는 액화된 냉매가 P1보다 낮은 압력(P2), 예를 들어 약 2.7 bar로 팽창되고 비등하는 냉매가 연도 가스 스트림을 약 -20℃의 온도로 간접적으로 냉각하는데 사용되어, 연도 가스로부터의 CO2의 적어도 일부가 응축되게 하는 열교환기를 추가로 포함한다. 제 1 CO2 응축기(64)는 제 1 기액 분리기(65)를 추가로 포함한다. 기액 분리기(65)는 잔류 부분적으로 CO2 고갈된 연도 가스(통기 가스)로부터 액체 형태의 응축된 CO2를 분리한다. 액화된 CO2는 라인(66)을 경유하여 기액 분리기(65)를 떠나고, CO2 생성물 펌프(67)에 의해 CO2 생성물 드럼으로 펌핑된다. 통기 가스는 라인(68)을 경유하여 기액 분리기(65)를 떠난다.
부분적으로 CO2 고갈된 통기 가스는 라인(68)을 경유하여 제 2 CO2 응축기(70)로 전송된다. 제 2 CO2 응축기(70)는 응축된 냉매의 증발을 유도하고 압력을 감소시키기 위해, 계량 디바이스, 예를 들어 팽창 밸브(도시 생략)를 포함한다. 제 2 CO2 응축기(70)는 액화된 냉매가 P2보다 낮은 압력(P3), 예를 들어 대기압(약 1 bar)으로 팽창되고 비등하는 냉매가 연도 가스 스트림을 약 -42℃의 온도로 간접적으로 냉각하는데 사용되어, 연도 가스로부터의 CO2의 적어도 일부가 응축되게 하는 열교환기를 추가로 포함한다. 냉동 온도는 최소 성취 가능한 냉매의 온도에 의해 제한된다. 프로필렌 또는 프로판에 대해, 이 온도 한계는 분위기 압력 레벨에서 약 -45℃일 것이다. 제 2 CO2 응축기(70)는 기액 분리기(71)를 추가로 포함한다. 기액 분리기(71)는 잔류 부분적으로 CO2 고갈된 연도 가스(통기 가스)로부터 액체 형태의 응축된 CO2를 분리한다. 액화된 CO2는 라인(72)을 경유하여 기액 분리기(71)를 떠나고, CO2 생성물 펌프(73)에 의해 CO2 생성물 드럼으로 펌핑된다. 통기 가스는 라인(74)을 경유하여 기액 분리기(71)를 떠난다.
냉동 시스템(50)은 냉매 냉각기(80)를 추가로 포함한다. 냉매 냉각기(80)는 제 1 및/또는 제 2 CO2 응축기(64, 70)로부터 냉간 응축된 CO2와의 간접 접촉에 의해 냉매를 냉각하도록 구성된 열교환기를 포함한다. 제 1 및 제 2 CO2 응축기(64, 70)로부터의 응축된 CO2의 온도는 일반적으로 각각 약 -20℃ 및 -42℃일 수 있다. 냉매의 온도는 냉매 냉각기(80) 내에서 약 15 내지 30℃의 범위로부터 약 -17℃로 감소될 수 있다.
냉매 냉각기(80)로부터의 냉각된 냉매는 라인(81, 82, 83)을 경유하여 연도 가스 냉각기(60), 제 1 CO2 응축기(64) 및 제 2 CO2 응축기(70)로 분배된다. 연도 가스 냉각기, 제 1 CO2 응축기 및 제 2 CO2 응축기의 각각으로 분배된 냉매의 양은 각각의 열교환기 내의 원하는 냉동을 제공하기 위해 선택될 수 있다.
연도 가스 냉각기(60), 제 1 CO2 응축기(64) 및 제 2 CO2 응축기(70)로부터의 사용된 냉매는 연도 가스 스트림의 추가의 냉각을 위한 재압축 및 사용을 위해 다단 압축기(52)로 복귀된다. 제 1 압력(P1), 예를 들어 약 5 bar에서 연도 가스 냉각기(60)로부터의 사용된 냉매는 P1의 압력에서 냉매를 수용하기에 적합한 다단 압축기(52)의 제 1 압축 스테이지(52')로 전송된다. 압력 P2, 예를 들어 약 2.7 bar에서 제 1 CO2 응축기(64)로부터의 사용된 냉매는 선택적으로 냉매 압축기 흡인 드럼(56)을 경유하여 P2의 압력에서 냉매를 수용하기 위해 적합한 다단 압축기(52)의 제 2 압축 스테이지(52")로 전송된다. 압력(P3), 예를 들어 약 1 bar에서 제 2 CO2 응축기(70)로부터의 사용된 냉매는 선택적으로 냉매 압축기 흡인 드럼(57)을 경유하여 P3의 압력에서 냉매를 수용하기 위해 적합한 다단 압축기(52)의 제 3 압축 스테이지(52"')로 전송된다. 사용된 냉매 스트림은 이어서 압력 P0로 재압축되고 냉동 회로에서 재사용된다.
냉매 냉각기(80)로부터의 액체 CO2 생성물은 CO2 생성물 드럼(87) 내에 수집될 수 있고, 이어서 운반 또는 추가의 처리를 위해 적합한 압력 레벨로 CO2 생성물 펌프(88)에 의해 펌핑될 수 있다. 압력이 CO2 생성물 펌프(67 또는 73) 내에서 단일 단계에 이 레벨로 증가될 수 있으면, 펌프는 CO2 생성물 스트림 내로 너무 많은 열을 도입할 것이고, 이에 의해 냉매 냉각기 및/또는 보조 냉매 냉각기(들) 내의 냉매의 냉각을 위해 이용 가능한 듀티를 감소시킨다.
도 3은 연도 가스 스트림, 예를 들어 산소를 함유하는 가스의 존재에서 연료를 연소하는 보일러 내에 생성된 연도 가스 스트림으로부터 CO2를 제거하기 위한 연도 가스 처리 시스템 내로 일체화된 CO2 분리 시스템의 실시예를 개략적으로 도시한다.
CO2 분리 시스템(140)은 이산화탄소 농후 연도 가스를 압축하기 위한 적어도 하나, 통상적으로 2개 내지 10개의 압축 스테이지를 갖는 적어도 하나의 압축기(144)를 포함한다. 연도 가스 압축기(144)는 연도 가스의 온도가 CO2 응축기(164, 170) 내에서 감소될 때 기체 CO2가 액체 형태로 변환되는 압력으로 연도 가스를 압축하기 위해 작동한다. 이산화탄소 농후 연도 가스는 일반적으로 다단 압축기 내에서 약 33 bar와 같은 약 20 bar 또는 그 이상의 압력으로 압축된다. 각각의 압축 스테이지는 개별 유닛으로서 배열될 수 있다. 대안으로서, 다수의 압축 스테이지가 공통 구동 샤프트에 의해 작동될 수 있다. 압축기(144)는 압축기 스테이지의 하나 이상의 하류측에 인터쿨링 유닛(도시 생략)을 또한 포함할 수 있다. 인터쿨링 유닛은 이산화탄소 농후 연도 가스의 압축 및/또는 냉각 중에 형성된 임의의 액체 응축물을 수집하고 폐기하도록 더 구성될 수 있다.
잔류수는 CO2 응축기의 열교환기 내의 얼음의 형성을 야기할 수 있어, 결국에는 감소된 냉각 능력 및 열교환기의 폐색(clogging)을 갖는 문제점을 초래한다. CO2 응축기의 상류측에 흡착 건조기를 제공함으로써, 이러한 문제점이 회피되거나 적어도 최소화된다. 따라서, CO2 분리 시스템(140)은 CO2 농후 연도 가스 스트림 내의 잔여 수증기의 적어도 일부를 제거하기 위해 작동하는 흡착 건조기(162)를 추가로 포함할 수 있다. 흡착 건조기(162)는 수증기에 대한 친화도를 갖는 건조제라 또한 칭하는 수증기 흡착제를 포함하는 패킹을 구비한다. 건조제는 예를 들어 실리카겔, 칼슘 설페이트, 염화칼슘, 몬모릴로나이트 점토(montmorillonite clay), 분자체 또는 건조제로서 그 사용이 공지된 것과 같은 다른 재료일 수 있다. 따라서, 압축되고 냉각된 이산화탄소 농후 연도 가스가 패킹을 통해 통과함에 따라, 가스의 수증기의 함량의 적어도 일부가 패킹의 건조제 상에 흡착될 것이다. 연도 가스 내의 수증기는 CO2 응축기의 열교환기를 차단할 수 있기 때문에, 연도 가스의 물 이슬점은 흡착 건조기 내에서 약 -60℃로 감소된다. 건조기 재료는 바람직하게는 이것이 최종적으로 형성하는 산을 견딜 수 있도록 선택될 수 있다. 이는 흡착제의 완전성에 다른 방식으로 해를 입힐 수 있는 SOx 및 NOx 화합물의 제거를 위한 부가의 단계를 생략하는 것을 허용한다.
흡착 건조기(162)는 흡착 건조기의 수증기 흡착 능력의 간헐적인 재생을 위한 재생 및 가열 시스템을 구비할 수 있다. 공급 도관(190)이 재생 가스를 시스템에 공급하기 위해 배열된다. 재생 가스는 바람직하게는 흡착 건조기의 패킹과 반응하지 않는 불활성 가스이다. 적합한 가스의 예는 바람직하게는 저량의 수은 및 수증기를 유지하는 질소 또는 다른 불활성 가스를 포함한다. 바람직하게는, CO2 분리 시스템(140) 내의 이산화탄소로부터 분리된 그 주성분 중 하나로서 질소를 일반적으로 포함하는 통기 가스가 재생 가스로서 이용된다. 재생 시스템은 재생 가스를 가열하기 위해 적용된 가열기(191)를 포함한다. 가열 회로가 중기와 같은 가열 매체를 가열기 내에서 순환하기 위해 가열기에 접속된다. 흡착 건조기(162)의 패킹의 재료의 재생을 위해, 가열기는 통상적으로 약 120 내지 300℃의 온도로 재생 가스를 가열할 수 있다. 재생 시퀀스 중에, 가열된 재생 가스는 재생 및 가열 시스템으로부터 흡착 건조기(162)에 공급된다. 재생 가스는 패킹의 재료를 가열하고, 수증기의 탈착을 야기한다.
일 실시예에 따르면, 시스템은 2개의 병렬 흡착 건조기를 구비할 수 있고, 이들 병렬 흡착 건조기 중 하나는 작동하고 반면에 다른 병렬 흡착 건조기는 재생을 경험한다. 다른 실시예에 따르면, 이산화탄소 농후 연도 가스는 흡착 건조기의 패킹의 재생 중에 분위기로 배출될 수 있다.
도 3을 참조하면, 연도 CO2 분리 시스템(140)은 연도 가스 스트림 내의 이산화탄소의 응축을 위한 냉동 시스템(150)을 포함한다. 냉동 시스템(150)은 액체 및/또는 증기 형태의 냉매를 함유하는 냉동 회로(151)를 포함한다. 다수의 상이한 냉매가 냉동 시스템 내의 CO2의 응축을 위해 요구되는 냉각 및 응축 듀티를 공급하도록 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 냉매의 예는 프로판(R290) 및 프로필렌(R1270) 및 이들의 혼합물을 포함한다. 원하는 열역학적 및 화학적 특성을 갖는 다른 냉매가 또한 원하는 바에 따라 사용될 수 있다.
냉동 회로(151)는 냉매를 사전 결정된 압력으로 압축하도록 구성된 다단 냉매 압축기(152)를 포함한다. 다단 압축기는 예를 들어 3개 이상의 압축 스테이지를 포함할 수 있고, 각각의 압축 스테이지는 냉매를 특정 압력 레벨로 압축하도록 구성된다. 다단 압축기는 압축 스테이지의 2개 이상 사이에 인터쿨링을 구비할 수 있다.
차가운 기체 냉매는 다단 압축기(152) 내의 낮은 압력으로부터, 예를 들어 약 8 내지 약 25 bar의 범위의 압력(P0)으로 압축되고(냉매 및 응축 매체 온도에 따라), 냉매 응축기(153) 내로 유도된다. 고압 냉매는 이어서 물, 강제된 공기 등에 의해 냉각될 수 있는 냉매 응축기(153) 내에서 실질적으로 응축된다.
응축된 냉매는 연도 가스 냉각기(160), 제 1 CO2 응축기(164) 및 제 2 CO2 응축기(170)로 분배되고, 여기서 연도 가스 도관(155) 내에서 이동하는 CO2를 함유하는 연도 가스를 냉각하기 위해 사용된다.
연도 가스 냉각기(160)는 응축된 냉매의 증발을 유도하고 압력을 감소시키기 위해 계량 디바이스, 예를 들어 팽창 밸브(도시 생략)를 포함한다. 연도 가스 냉각기는 냉매가 압력(P1), 예를 들어 약 5 bar로 팽창되고 비등하는 냉매가 연도 가스 스트림을 약 6 내지 20℃의 범위의 온도로 간접적으로 냉각하는데 사용되는 열교환기를 추가로 포함한다. 연도 가스 냉각기 내에서의 냉각 중에 연도 가스로부터 석출되는 물은 연도 가스 스트림으로부터 분리되고 라인(161)을 경유하여 제거된다. 연도 가스 냉각기로부터의 수증기 내에서 고갈된 냉각된 연도 가스는 이어서 흡착 건조기(162)로 전송된다.
흡착 건조기(162)로부터 냉각되고 건조된 연도 가스는 제 1 CO2 응축기(164)로 전송된다. 제 1 CO2 응축기는 응축된 냉매의 증발을 유도하고 압력을 감소시키기 위해, 계량 디바이스, 예를 들어 팽창 밸브(도시 생략)를 포함한다. 제 1 CO2 응축기는 액화된 냉매가 P1보다 낮은 압력(P2), 예를 들어 약 2.7 bar로 팽창되고 비등하는 냉매가 연도 가스 스트림을 약 -20℃의 온도로 간접적으로 냉각하는데 사용되어, 연도 가스로부터의 CO2의 적어도 일부가 응축되게 하는 열교환기를 추가로 포함한다. 제 1 CO2 응축기(164)는 제 1 기액 분리기(165)를 추가로 포함한다. 기액 분리기(165)는 잔류 부분적으로 CO2 고갈된 연도 가스(통기 가스)로부터 액체 형태의 응축된 CO2를 분리한다. 액화된 CO2는 라인(166)을 경유하여 기액 분리기(165)를 떠나고, 냉매 냉각기(180) 및/또는 보조 냉매 냉각기(184) 내의 냉매를 냉각하기 위해 사용될 때 CO2 생성물의 증발을 방지하는데 충분한 압력, 예를 들어 약 60 bar로 CO2 생성물 펌프(167)에 의해 펌핑된다. 통기 가스는 라인(168)을 경유하여 기액 분리기(165)를 떠난다.
부분적으로 CO2 고갈된 통기 가스는 라인(168)을 경유하여 제 2 CO2 응축기(170)로 전송된다. 제 2 CO2 응축기는 응축된 냉매의 증발을 유도하고 압력을 감소시키기 위해, 계량 디바이스, 예를 들어 팽창 밸브(도시 생략)를 포함한다. 제 2 CO2 응축기는 액화된 냉매가 P2보다 낮은 압력(P3), 예를 들어 대기압(약 1 bar)으로 팽창되고 비등하는 냉매가 연도 가스 스트림을 약 -42℃의 온도로 간접적으로 냉각하는데 사용되어, 연도 가스로부터의 CO2의 적어도 일부가 응축되게 하는 열교환기를 추가로 포함한다. 냉동 온도는 최소 성취 가능한 냉매의 온도에 의해 제한된다. 프로필렌 또는 프로판에 대해, 이 온도 한계는 분위기 압력 레벨에서 약 -45℃일 것이다. 제 2 CO2 응축기는 기액 분리기(171)를 추가로 포함한다. 기액 분리기(171)는 잔류 부분적으로 CO2 고갈된 연도 가스(통기 가스)로부터 액체 형태의 응축된 CO2를 분리한다. 액화된 CO2는 라인(172)을 경유하여 기액 분리기(171)를 떠나고, 냉매 냉각기(180) 및/또는 보조 냉매 냉각기(186) 내의 냉매를 냉각하기 위해 사용될 때 CO2 생성물의 증발을 방지하는데 충분한 압력, 예를 들어 약 60 bar로 CO2 생성물 펌프(173)에 의해 펌핑된다. 통기 가스는 라인(174)을 경유하여 기액 분리기(171)를 떠난다.
냉동 시스템(150)은 냉매 냉각기(180)를 추가로 포함한다. 냉매 냉각기(180)는 제 1 및 제 2 CO2 응축기(164, 170)로부터 냉간 응축된 CO2와의 간접 접촉에 의해 냉매를 냉각하도록 구성된 열교환기를 포함한다. 제 1 및 제 2 CO2 응축기(164, 170)로부터의 응축된 CO2의 온도는 일반적으로 각각 약 -20℃ 및 -42℃일 수 있다. 냉매의 온도는 냉매 냉각기(180) 내에서 약 15 내지 30℃의 범위로부터 약 -10℃로 감소될 수 있다.
냉매 냉각기(180)로부터의 냉각된 냉매는 분할되어 라인(181, 182, 183)을 경유하여 연도 가스 냉각기(160), 제 1 CO2 응축기(164) 및 제 2 CO2 응축기(170)로 분배된다. 연도 가스 냉각기(160), 제 1 CO2 응축기(164) 및 제 2 CO2 응축기(170)의 각각으로 분배된 냉매의 양은 각각의 열교환기 내의 원하는 냉동을 제공하기 위해 선택될 수 있다.
도 3의 냉동 시스템은 제 1 및 제 2 CO2 응축기(164, 170)로부터 냉간 응축된 CO2로부터 냉기의 회수를 더 향상시키기 위한 2개의 보조 냉매 냉각기(184, 186)를 추가로 포함한다. 제 1 보조 냉매 냉각기(184)는 제 1 CO2 응축기와 냉매 냉각기(180) 사이에서 라인(168) 상에 배열되고, 제 1 CO2 응축기(164)로부터의 냉간 응축된 CO2와의 간접 접촉에 의해, 냉매 냉각기(180)로부터 오는 냉매를 약 -17℃로 더 냉각하도록 구성된다. 제 2 보조 냉각기(186)는 제 2 CO2 응축기(170)와 냉매 냉각기(180) 사이에서 라인(174) 상에 배열되고, 제 2 CO2 응축기(170)로부터의 냉간 응축된 CO2와의 간접 접촉에 의해, 냉매 냉각기(180)로부터 오는 냉매를 약 -39℃로 더 냉각하도록 구성된다.
냉매 냉각기(180)로부터의 액체 CO2 생성물은 CO2 생성물 드럼(187) 내에 수집될 수 있고, 이어서 운반 또는 추가의 처리를 위해 적합한 압력 레벨로 CO2 생성물 펌프(188)에 의해 펌핑될 수 있다. 압력이 CO2 생성물 펌프(167 또는 173) 내에서 단일 단계에 이 레벨로 증가될 수 있으면, 펌프는 너무 많은 열을 CO2 생성물 스트림 내로 도입할 것이고, 이에 의해 냉매 냉각기 및/또는 보조 냉매 냉각기(들) 내의 냉매의 냉각을 위해 이용 가능한 듀티를 감소시킨다.
도 3의 냉동 시스템(150)은 제 2 CO2 응축기로부터 차가운 CO2 고갈된 연도 가스를 사용하여 냉매 응축기로부터 오는 응축된 냉매의 적어도 일부를 사전 냉각하기 위한 장치를 추가로 포함한다. 장치는 제 2 CO2 응축기(170)로부터 라인(174)을 경유하여 차가운 CO2 고갈된 연도 가스와 간접 접촉에 의해, 냉매 응축기(153)로부터 오는 냉매를 냉각하기 위해 구성된 제 1 열교환기(192)를 포함한다. 제 2 열교환기(193)가 연도 가스 압축기(144)로부터 따뜻한 연도 가스를 사용하여 제 1 열교환기(192)로부터 CO2 고갈된 연도 가스를 재가열하도록 구성된다. 연도 가스 팽창기(194)가 제 2 열교환기로부터 재가열된 압축된 CO2 고갈된 연도 가스를 팽창시켜 연도 가스의 온도의 감소를 야기하도록 구성된다. 연도 가스 팽창기(194)로부터의 연도 가스는 제 3 열교환기(195)로 전송되고, 여기서 이 연도 가스는 제 1 열교환기로부터 응축된 냉매를 더 냉각하는데 사용된다.
선택적으로, 장치는 연도 가스 압축기(144)로부터 따뜻한 연도 가스를 사용하여 제 3 열교환기(195)로부터 CO2 고갈된 연도 가스를 재가열하도록 구성된 제 4 열교환기(196), 제 4 열교환기(196)로부터 재가열된 CO2 고갈된 연도 가스를 팽창하여 연도 가스의 온도의 감소를 야기하도록 구성된 제 2 연도 가스 팽창기(197) 및 연도 가스 압축기(144)로부터 따뜻한 연도 가스를 사용하여 제 2 연도 가스 팽창기(197)로부터 팽창된 연도 가스를 재가열하도록 구성된 제 5 열교환기(198)를 추가로 포함한다. 이 선택적 장치는 전술된 바와 같이 흡착 건조기(162)의 재생을 위한 재생 가스로서 사용을 위해, 가능하게는 재생 가스 가열기(191) 내의 부가의 가열 후에 적합한 재가열된 연도 가스를 제공한다. 재가열된 연도 가스는 N2로의 선택적 촉매 환원에 의해 연도 가스로부터 질소 산화물의 제거를 위해 (선택적) SCR 유닛으로 전송될 수 있다.
연도 가스 냉각기(160), 제 1 CO2 응축기(164) 및 제 2 CO2 응축기(170)로부터의 사용된 냉매는 연도 가스 스트림의 추가의 냉각을 위한 재압축 및 사용을 위해 다단 압축기(152)로 복귀된다. 제 1 압력(P1), 예를 들어 약 5 bar에서 연도 가스 냉각기(160)로부터의 사용된 냉매는 P1의 압력에서 냉매를 수용하기에 적합한 다단 압축기(152)의 제 1 압축 스테이지(152')로 전송된다. 압력 P2, 예를 들어 약 2.7 bar에서 제 1 CO2 응축기(164)로부터의 사용된 냉매는 선택적으로 냉매 압축기 흡인 드럼(156)을 경유하여 P2의 압력에서 냉매를 수용하기 위해 적합한 다단 압축기(152)의 제 2 압축 스테이지(152")로 전송된다. 압력(P3), 예를 들어 약 1 bar에서 제 2 CO2 응축기(170)로부터의 사용된 냉매는 선택적으로 냉매 압축기 흡인 드럼(157)을 경유하여 P3의 압력에서 냉매를 수용하기 위해 적합한 다단 압축기(152)의 제 3 압축 스테이지(152"')로 전송된다. 사용된 냉매 스트림은 이어서 압력 P0로 재압축되고 냉동 회로에서 재사용된다.
도 4를 참조하면, CO2 분리 시스템(240)은 대안적인 냉동 시스템(250)을 포함한다. 냉동 시스템(250)은 액체 및/또는 증기 형태의 냉매를 함유하는 냉동 회로(251)를 포함한다. 다수의 상이한 냉매가 냉동 시스템 내의 CO2의 응축을 위해 요구되는 냉각 및 응축 듀티를 공급하도록 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 냉매의 예는 R290(프로판) 및 R1270 프로필렌 및 이들의 혼합물을 포함한다. 원하는 열역학적 및 화학적 특성을 갖는 다른 냉매가 또한 원하는 바에 따라 사용될 수 있다.
냉동 회로는 사전 결정된 압력으로 냉매를 압축하도록 구성된 다단 냉매 압축기(252)를 포함한다. 다단 압축기는 예를 들어, 3개 이상의 압축 스테이지를 가질 수 있고, 각각의 압축 스테이지는 특정 압력 레벨로 냉매를 압축하도록 구성된다. 다단 압축기는 압축 스테이지의 2개 이상 사이에 인터쿨링을 구비할 수도 있다.
차가운 기체 냉매는 다단 압축기(252) 내의 낮은 압력으로부터, 예를 들어 약 8 내지 약 25 bar의 범위의 압력(P0)으로 압축되고(냉매 및 응축 매체 온도에 의존하여) 냉매 응축기(253) 내로 안내된다. 고압 냉매는 이어서 냉매 응축기(253) 내에서 실질적으로 응축되는데, 이는 물, 강제 공기 등에 의해 냉각될 수도 있다.
냉동 회로(251)는 냉매 응축기(253)로부터의 냉매 유동을 제 1 및 제 2 부분으로 분할하는 액체 분할부를 포함한다. 응축된 냉매의 제 1 부분은 라인(254a)을 경유하여, 제 1 및/또는 제 2 CO2 응축기(264, 270) 내에서 분리된 액체 CO2를 사용하여 응축된 냉매의 제 1 부분을 냉각하도록 구성된 냉매 냉각기(280)로 안내된다. 응축된 냉매의 제 2 부분은 라인(254b)을 경유하여, 제 2 CO2 응축기(270)로부터 CO2 고갈된 연도 가스를 사용하여 응축된 냉매의 제 2 부분을 냉각하도록 구성된 열교환기 장치로 안내된다.
응축된 냉매의 제 1 부분은 냉매 응축기(253)로부터 라인(254a)을 경유하여 냉매 냉각기(280)로 전송된다. 냉매 냉각기는 제 1 및 제 2 CO2 응축기(264, 270)로부터 냉각 응축된 CO2와의 간접 접촉에 의해 냉매를 냉각하도록 구성된 열교환기를 포함한다. 제 1 및 제 2 CO2 응축기(264, 270)로부터의 응축된 CO2의 온도는 일반적으로 각각 약 -20℃ 및 -42℃일 수 있다. 냉매의 온도는 냉매 냉각기(280) 내에서 약 15 내지 30℃의 범위로부터 약 -17℃로 감소될 수 있다.
냉매 냉각기(280)로부터 냉각된 냉매는 분할되어 라인(281, 282, 283)을 경유하여 연도 가스 냉각기(260), 제 1 CO2 응축기(264) 및 제 2 CO2 응축기(270)로 분배된다. 연도 가스 냉각기(260), 제 1 CO2 응축기(264) 및 제 2 CO2 응축기(270)의 각각으로 분배된 냉매의 양은 각각의 열교환기 내의 원하는 냉동을 제공하기 위해 선택될 수 있다.
연도 가스 냉각기(260)는 압력을 감소시키고 응축된 냉매의 증발을 유도하기 위한, 예를 들어 팽창 밸브(도시 생략)와 같은 계량 디바이스를 포함한다. 연도 가스 냉각기는 열교환기를 추가로 포함하고, 여기서 냉매는 예를 들어 약 5 bar의 압력(P1)으로 팽창되고, 비등하는 냉매가 연도 가스 스트림을 약 6 내지 20℃의 범위의 온도로 간접적으로 냉각하는데 사용된다. 연도 가스 냉각기 내의 냉각 중에 연도 가스로부터 석출하는 물은 연도 가스 스트림으로부터 분리되고 라인(261)을 경유하여 제거된다. 연도 가스 냉각기로부터 수증기 내에서 고갈된 냉각된 연도 가스는 이어서 선택적으로 흡착 건조기(262)를 경유하여 제 1 CO2 응축기(264)로 전송된다.
제 1 CO2 응축기는 압력을 감소시키고 응축된 냉매의 증발을 유도하기 위한, 예를 들어 팽창 밸브(도시 생략)와 같은 계량 디바이스를 포함한다. 제 1 CO2 응축기는 열교환기를 추가로 포함하고, 여기서 액화된 냉매가 P1, 예를 들어 약 2.7 bar보다 낮은 압력(P2)으로 팽창되고, 비등하는 냉매가 연도 가스 스트림을 약 -20℃의 온도로 간접적으로 냉각하여, 연도 가스로부터의 CO2의 적어도 일부가 응축되게 하는데 사용된다. 제 1 CO2 응축기(264)는 기액 분리기(265)를 추가로 포함한다. 기액 분리기(265)는 잔류 부분적으로 CO2 고갈된 연도 가스(통기 가스)로부터 액체 형태의 응축된 CO2를 분리한다. 액화된 CO2는 라인(266)을 경유하여 기액 분리기(265)를 나오고, 냉매 냉각기(280) 내의 냉매를 냉각하기 위해 사용될 때 CO2 생성물의 증발을 방지하기에 충분한, 예를 들어 약 60 bar의 압력으로 CO2 생성물 펌프(267)에 의해 펌핑된다. 통기 가스는 라인(268)을 경유하여 기액 분리기(265)를 나온다.
부분적으로 CO2 고갈된 통기 가스는 라인(268)을 경유하여 제 2 CO2 응축기(270)로 전송된다. 제 2 CO2 응축기는 압력을 감소시키고 응축된 냉매의 증발을 유도하기 위한, 팽창 밸브(도시 생략)와 같은 계량 디바이스를 포함한다. 제 2 CO2 응축기는 열교환기를 추가로 포함하고, 여기서 액화된 냉매가 P2, 예를 들어 대기압(약 1 bar)보다 낮은 압력(P3)으로 팽창되고, 비등하는 냉매가 연도 가스 스트림을 약 -42℃의 온도로 간접적으로 냉각하여, 연도 가스로부터의 CO2의 적어도 일부가 응축되게 하는데 사용된다. 냉매 온도는 냉매의 최소 성취 가능한 온도에 의해 제한된다. 프로필렌 또는 프로판에 대해, 이 온도 한계는 주위 압력 레벨에서 약 -45℃일 것이다. 제 2 CO2 응축기는 기액 분리기(271)를 추가로 포함한다. 기액 분리기(271)는 잔류 부분적으로 CO2 고갈된 연도 가스(통기 가스)로부터 액체 형태의 응축된 CO2를 분리한다. 액화된 CO2는 라인(272)을 경유하여 기액 분리기(271)를 나오고, 냉매 냉각기(280) 및 보조 냉매 냉각기(286) 내의 냉매를 냉각하기 위해 사용될 때 CO2 생성물의 증발을 방지하기에 충분한, 예를 들어 약 60 bar의 압력으로 CO2 생성물 펌프(273)에 의해 펌핑된다. 통기 가스는 라인(274)을 경유하여 기액 분리기(271)를 나온다.
도 4의 냉동 시스템(250)은 제 2 CO2 응축기(270)로부터 냉간 응축된 CO2로부터 냉기의 회수를 더 향상시키기 위한 보조 냉매 냉각기(286)를 추가로 포함한다. 보조 냉매 냉각기(286)는 제 2 CO2 응축기(270)와 냉매 냉각기(280) 사이의 라인(272) 상에 배열되고, 제 2 CO2 응축기(270)로부터의 냉간 응축된 CO2와의 간접 접촉에 의해 냉매 냉각기(280)로부터 오는 냉매를 약 -39℃로 더 냉각하도록 구성된다.
냉매 냉각기(280)로부터의 액체 CO2 생성물은 CO2 생성물 드럼(287) 내에 수집될 수 있고, 이어서 운반 또는 추가의 프로세싱을 위해 적합한 압력 레벨로 CO2 생성물 펌프(288)에 의해 펌핑될 수 있다. 압력이 CO2 생성물 펌프(273) 내에서 단일 단계에서 이 레벨로 증가될 수 있으면, 펌프는 CO2 생성물 스트림 내로 너무 많은 열을 도입할 것이고 이에 의해 냉매 냉각기(280) 및 보조 냉매 냉각기(286) 내의 냉매의 냉각을 위해 이용 가능한 듀티를 감소시킨다.
응축된 냉매의 제 2 부분은 제 2 CO2 응축기(270)로부터 CO2 고갈된 연도 가스를 사용하여 응축된 냉매의 제 2 부분을 냉각하도록 구성된 열교환기 장치로 라인(254b)을 경유하여 안내된다. 열교환기 장치는 병렬로 배열된 2개의 열교환기(292a, 292b)를 포함한다. 냉매 응축기로부터의 응축된 냉매의 제 2 부분은 각각 라인(254b1, 254b2)을 경유하여 2개의 열교환기 중 하나를 향해 각각 안내되는 2개의 서브스트림으로 분할된다. 열교환기(292a)는 제 2 CO2 응축기(270)로부터 CO2 고갈된 연도 가스를 사용하여 응축된 냉매의 서브스트림(254b1)을 냉각하도록 구성된다. 열교환기(293)는 연도 가스 압축기(244)로부터의 따뜻한 연도 가스를 사용하여 열교환기(292a)로부터의 CO2 고갈된 연도 가스를 재가열하도록 구성된다. 연도 가스 팽창기(294)는 열교환기(293)로부터 재가열된 압축된 CO2 고갈된 연도 가스를 팽창하도록 구성된다. 열교환기(292b)는 연도 가스 팽창기(294)로부터 CO2 고갈된 연도 가스를 사용하여 응축된 냉매의 서브스트림(254b2)을 냉각하도록 구성된다. 열교환기(292a, 292b)로부터의 냉각된 제 1 및 제 2 서브스트림은 조합되어 라인(295)을 경유하여 라인(283)으로 전송되고, 여기서 보조 냉매 냉각기(286)로부터 오는 냉매와 조합된다.
선택적으로, 장치는 연도 가스 압축기(244)로부터 따뜻한 연도 가스를 사용하여 열교환기(292b)로부터 CO2 고갈된 연도 가스를 재가열하도록 구성된 열교환기(296), 연도 가스의 온도의 감소를 야기하는 열교환기(296)로부터의 재가열된 CO2 고갈된 연도 가스를 팽창하도록 구성된 제 2 연도 가스 팽창기(297) 및 연도 가스 압축기(244)로부터 따뜻한 연도 가스를 사용하여 제 2 연도 가스 팽창기(297)로부터 팽창된 연도 가스를 재가열하도록 구성된 열교환기(298)를 추가로 포함한다. 이 선택적 장치는, 가능하게는 재생 가스 가열기(291) 내에서 부가의 가열 후에, 전술된 바와 같이 흡수 건조기(262)의 재생을 위한 재생 가스로서 사용을 위해 적합한 재가열된 연도 가스를 제공한다. 재가열된 연도 가스는 N2로의 선택적 촉매 환원에 의해 연도 가스로부터 질소 산화물의 제거를 위한 (선택적) SCR 유닛으로 전송될 수 있다.
연도 가스 냉각기(260), 제 1 CO2 응축기(264) 및 제 2 CO2 응축기(270)로부터 사용된 냉매는 연도 가스 스트림의 추가의 냉각을 위해 재압축 및 사용을 위해 다단 압축기(252)로 복귀된다. 압력(P1), 예를 들어 약 5 bar에서 연도 가스 냉각기(260)로부터의 사용된 냉매는 P1의 압력에서 냉매를 수용하기에 적합한 다단 압축기(252)의 제 1 압축 스테이지(252')에 전송된다. 압력(P2), 예를 들어 2.7 bar에서 제 1 CO2 응축기(264)로부터의 사용된 냉매는 선택적으로 냉매 압축기 흡인 펌프(256)를 경유하여 P2의 압력에서 냉매를 수용하기에 적합한 다단 압축기(252)의 제 2 압축 스테이지(252")로 전송된다. 압력(P3), 예를 들어 약 1 bar에서 제 2 CO2 응축기(270)로부터의 사용된 냉매는 선택적으로 냉매 압축기 흡인 드럼(257)을 경유하여 P3의 압력에서 냉매를 수용하기에 적합한 다단 압축기(252)의 제 3 압축 스테이지(252"')로 전송된다. 사용된 냉매 스트림은 이어서 압력(P0)으로 다단 압축기(252) 내에서 재압축되고 냉동 회로 내에서 재사용된다.
전술된 실시예의 장점은,
1) 통상의 냉동된 CO2 분리 시스템에 비교할 때 낮은 에너지 소비,
2) 오염 및 부식에 대해 강인한 간단하고 강인한 열교환기 디자인 및 재료의 사용의 허용,
3) 프로세스 이유로 필요한 연도 가스 연마 장비가 없다는 것을 포함한다.
본 발명이 다수의 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 다양한 변경이 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 이루어지고 등가물이 그 요소를 치환할 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 행해질 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 고려되는 최선의 모드로서 개시된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 모든 실시예를 포함할 수 있는 것으로 의도된다. 더욱이, 용어 제 1, 제 2 등의 사용은 임의의 순서 또는 중요도를 나타내는 것은 아니고, 오히려 용어 제 1, 제 2 등은 하나의 요소를 다른 요소로부터 구별하는데 사용된다.

Claims (16)

  1. 연도 가스 스트림 내의 이산화탄소(CO2)의 응축을 위한 냉동 시스템(50)으로서,
    냉매를 포함하는 냉동 회로(51)를 포함하고, 상기 냉동 회로는
    다단 냉매 압축기(52),
    냉매 응축기(53),
    냉매 냉각기(80),
    연도 가스 냉각기(60),
    제 1 CO2 응축기(64),
    제 2 CO2 응축기(70)를 포함하고,
    상기 다단 냉매 압축기는 상기 연도 가스 냉각기, 제 1 CO2 응축기 및 제 2 CO2 응축기로부터의 냉매를 압력(P0)으로 압축하도록 구성되고, 상기 냉매 응축기는 상기 압축된 냉매를 응축하도록 구성되고, 상기 냉매 냉각기는 상기 제 1 CO2 응축기, 또는 상기 제 2 CO2 응축기, 또는 상기 제 1 CO2 응축기 및 상기 제 2 CO2 응축기 내에서 분리된 액체 CO2를 사용하여 상기 응축된 냉매의 적어도 일부를 냉각하도록 구성되고, 상기 연도 가스 냉각기는 P0보다 낮은 제 1 팽창 압력(P1)에서 상기 냉각된 응축된 냉매의 제 1 부분을 사용하여 상기 연도 가스 스트림을 냉각하도록 구성되고, 상기 제 1 CO2 응축기는 P1보다 낮은 제 2 팽창 압력(P2)에서 상기 냉각된 응축된 냉매의 제 2 부분을 사용하여 상기 냉각된 연도 가스 스트림으로부터의 CO2의 제 1 부분을 응축하고 분리하도록 구성되고, 상기 제 2 CO2 응축기는 P2보다 낮은 제 3 팽창 압력(P3)에서 상기 냉각된 응축된 냉매의 제 3 부분을 사용하여 상기 냉각된 연도 가스 스트림으로부터의 CO2의 제 2 부분을 응축하고 분리하도록 구성되고,
    상기 냉동 회로는
    상기 냉매가 상기 제 1 CO2 응축기에 사용되기 전에, 상기 제 1 CO2 응축기 내에서 분리된 액체 CO2를 사용하여 상기 냉각된 응축된 냉매의 제 2 부분을 더 냉각하도록 구성되는 제 1 보조 냉매 냉각기(184), 및
    상기 냉매가 상기 제 2 CO2 응축기에 사용되기 전에, 상기 제 2 CO2 응축기 내에서 분리된 액체 CO2를 사용하여 상기 냉각된 응축된 냉매의 제 3 부분을 더 냉각하도록 구성되는 제 2 보조 냉매 냉각기(186) 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 냉동 시스템.
  2. 연도 가스 스트림 내의 이산화탄소(CO2)의 응축을 위한 냉동 시스템(50)으로서,
    냉매를 포함하는 냉동 회로(51)를 포함하고, 상기 냉동 회로는
    다단 냉매 압축기(52),
    냉매 응축기(53),
    냉매 냉각기(80),
    연도 가스 냉각기(60),
    제 1 CO2 응축기(64),
    제 2 CO2 응축기(70)를 포함하고,
    상기 다단 냉매 압축기는 상기 연도 가스 냉각기, 제 1 CO2 응축기 및 제 2 CO2 응축기로부터의 냉매를 압력(P0)으로 압축하도록 구성되고, 상기 냉매 응축기는 상기 압축된 냉매를 응축하도록 구성되고, 상기 냉매 냉각기는 상기 제 1 CO2 응축기, 또는 상기 제 2 CO2 응축기, 또는 상기 제 1 CO2 응축기 및 상기 제 2 CO2 응축기 내에서 분리된 액체 CO2를 사용하여 상기 응축된 냉매의 적어도 일부를 냉각하도록 구성되고, 상기 연도 가스 냉각기는 P0보다 낮은 제 1 팽창 압력(P1)에서 상기 냉각된 응축된 냉매의 제 1 부분을 사용하여 상기 연도 가스 스트림을 냉각하도록 구성되고, 상기 제 1 CO2 응축기는 P1보다 낮은 제 2 팽창 압력(P2)에서 상기 냉각된 응축된 냉매의 제 2 부분을 사용하여 상기 냉각된 연도 가스 스트림으로부터의 CO2의 제 1 부분을 응축하고 분리하도록 구성되고, 상기 제 2 CO2 응축기는 P2보다 낮은 제 3 팽창 압력(P3)에서 상기 냉각된 응축된 냉매의 제 3 부분을 사용하여 상기 냉각된 연도 가스 스트림으로부터의 CO2의 제 2 부분을 응축하고 분리하도록 구성되고,
    상기 냉동 회로는 상기 제 2 CO2 응축기로부터의 CO2 고갈된 연도 가스를 사용하여 상기 응축된 냉매의 적어도 일부를 냉각하도록 구성되는 열교환기를 추가로 포함하는 냉동 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 연도 가스 냉각기, 상기 제 1 CO2 응축기 및 상기 제 2 CO2 응축기로부터의 냉매의 각각의 부분은 이후에 각각 상기 다단 냉매 압축기의 압축 스테이지로 공급되고 압력(P0)으로 재압축되는 냉동 시스템.
  4. 삭제
  5. 연도 가스 스트림으로부터 CO2를 제거하기 위한 연도 가스 처리 시스템으로서,
    연도 가스 압축기,
    연도 가스 흡착 건조기, 및
    제 1 항 또는 제 2 항에 따른 이산화탄소(CO2)의 응축을 위한 냉동 시스템을 포함하고,
    연도 가스 냉각기는 상기 연도 가스 압축기와 상기 연도 가스 흡착 건조기 사이에 배열되고, 제 1 및 제 2 CO2 응축기들은 상기 연도 가스 흡착 건조기의 하류측에 직렬로 배열되는 연도 가스 처리 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    냉매가 상기 제 1 CO2 응축기에 사용되기 전에, 상기 제 1 CO2 응축기 내에서 분리된 액체 CO2를 사용하여 냉각된 응축된 냉매의 제 2 부분을 더 냉각하도록 구성되는 제 1 보조 냉매 냉각기, 및
    상기 냉매가 상기 제 2 CO2 응축기에 사용되기 전에, 상기 제 2 CO2 응축기 내에서 분리된 액체 CO2를 사용하여 상기 냉각된 응축된 냉매의 제 3 부분을 더 냉각하도록 구성되는 제 2 보조 냉매 냉각기 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 연도 가스 처리 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 CO2 응축기로부터의 CO2 고갈된 연도 가스를 사용하여 상기 응축된 냉매의 적어도 일부를 냉각하도록 구성되는 열교환기를 추가로 포함하는 연도 가스 처리 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 CO2 응축기로부터의 CO2 고갈된 연도 가스를 사용하여 상기 응축된 냉매의 적어도 일부를 냉각하도록 구성되는 제 1 열교환기,
    상기 연도 가스 압축기로부터의 따뜻한 연도 가스를 사용하여 상기 제 1 열교환기로부터의 CO2 고갈된 연도 가스를 재가열하도록 구성되는 제 2 열교환기,
    상기 제 2 열교환기로부터의 재가열된 압축된 CO2 고갈된 연도 가스를 팽창시키도록 구성되는 연도 가스 팽창기, 및
    상기 연도 가스 팽창기로부터의 CO2 고갈된 연도 가스를 사용하여 상기 제 1 열교환기로부터의 응축된 냉매를 더 냉각하도록 구성되는 제 3 열교환기를 추가로 포함하는 연도 가스 처리 시스템.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 CO2 응축기, 또는 상기 제 2 CO2 응축기, 또는 상기 제 1 CO2 응축기 및 상기 제 2 CO2 응축기 내에서 분리된 액체 CO2를 사용하여 상기 응축된 냉매의 제 1 부분을 냉각하도록 구성되는 냉매 냉각기, 및
    상기 제 2 CO2 응축기로부터의 CO2 고갈된 연도 가스를 사용하여 상기 응축된 냉매의 제 2 부분을 냉각하도록 구성되는 열교환기를 포함하는 연도 가스 처리 시스템.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 CO2 응축기, 또는 상기 제 2 CO2 응축기, 또는 상기 제 1 CO2 응축기 및 상기 제 2 CO2 응축기 내에서 분리된 액체 CO2를 사용하여 상기 응축된 냉매의 제 1 부분을 냉각하도록 구성되는 냉매 냉각기,
    상기 제 2 CO2 응축기로부터의 CO2 고갈된 연도 가스를 사용하여 상기 응축된 냉매의 제 2 부분을 냉각하도록 구성되는 제 1 열교환기,
    상기 연도 가스 압축기로부터의 따뜻한 연도 가스를 사용하여 상기 제 1 열교환기로부터의 CO2 고갈된 연도 가스를 재가열하도록 구성되는 제 2 열교환기,
    상기 제 2 열교환기로부터의 재가열된 압축된 CO2 고갈된 연도 가스를 팽창시키도록 구성되는 연도 가스 팽창기, 및
    상기 연도 가스 팽창기로부터의 CO2 고갈된 연도 가스를 사용하여 상기 응축된 냉매의 제 3 부분을 냉각하도록 구성되는 제 3 열교환기를 포함하는 연도 가스 처리 시스템.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 연도 가스 스트림의 일반적인 유동 방향을 참조하여 상기 연도 가스 압축기의 상류측에 배열되는, 상기 연도 가스 스트림으로부터의 수증기의 제거를 위한 연도 가스 응축기를 추가로 포함하는 연도 가스 처리 시스템.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 연도 가스 스트림의 일반적인 유동 방향을 참조하여 상기 제 2 CO2 응축기의 하류측에 배열되는, 상기 연도 가스 스트림으로부터의 질소 산화물(NOx)의 제거를 위한 선택적 촉매 환원(SCR) 유닛을 추가로 포함하는 연도 가스 처리 시스템.
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  14. 삭제
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  16. 삭제
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