KR101583459B1 - Energy efficient acid gas capture system and process using treating gas - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 산성 기체 포집 공정에 관한 것으로, 특히 재생탑에서 배출되는 처리가스를 활용하는 에너지 절감형 산성 기체 포집 시스템 및 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acid gas collecting process, and more particularly, to an energy saving type acid gas collecting system and method utilizing a process gas discharged from a regenerator.
화석연료의 사용에 따라 대기 중에 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 황화수소(H2S), 카보닐 설파이드(COS) 등 산성 기체 농도가 증가하여, 이로 인한 지구 온난화가 문제되고 있다. 특히 대기 중 이산화탄소는 1992년 리우 환경회의 이후 그 저감을 위한 여러 방안이 세계적으로 활발히 논의되고 있다. Carbon dioxide (CO 2) to the atmosphere, depending on the use of fossil fuels, methane (CH 4), and hydrogen sulfide (H 2 S), carbonyl sulfide (COS), such as acid gas concentration is increased, there is a global warming and problems resulting. Especially, atmospheric carbon dioxide has been actively discussed worldwide since the 1992 Rio Environment Conference.
이산화탄소 포집 및 저장(CCS; Carbon Dioxide Capture& Storage) 기술은 화석연료를 사용하여 이산화탄소를 대량 배출하는 발전소, 철강, 시멘트 공장 등에서 배출되는 이산화탄소를 대기로부터 격리시키는 기술이다. Carbon dioxide capture and storage (CCS) technology is a technology that isolates carbon dioxide emitted from power plants, steel, and cement plants that emit large amounts of carbon dioxide using fossil fuels from the atmosphere.
CCS 기술 중 이산화탄소 포집기술은 전체 비용의 70 내지 80%를 차지하는 핵심 기술로 크게 연소 후 포집기술(Post-combustion technology), 연소 전 포집기술(Pre-combustion technology) 및 순산소 연소기술(Oxy-fuel combustion technology)로 구분(이산화탄소 포집 및 저장기술, 박상도, 물리학과 첨단기술, June, 2009)된다. Among the CCS technologies, carbon dioxide capture technology is a key technology that accounts for 70% to 80% of the total cost. It is largely classified into post-combustion technology, pre-combustion technology and oxy- combustion technology "(CO2 capture and storage technology, optics, physics and high technology, June, 2009).
연소 후 포집기술(Post-combustion technology)은 화석연료 연소에서 나온 이산화탄소(CO2)를 여러 용매에 흡수시키거나 반응시켜 제거하는 기술이며, 연소 전 포집기술(Pre-combustion technology)은 연소 전에 이산화탄소를 분리해 내는 것으로 석탄과 같은 화석연료를 가스화 시키는 과정을 통해 사전 처리하여 CO2와 수소로 전환시킨 후에 이산화탄소(CO2)/수소(H2)혼합가스 중에서 이산화탄소(CO2)를 분리하거나 또는 혼합가스를 연소시켜서 배기가스 중의 이산화탄소(CO2)를 포집하는 기술이다. 또한, 순 산소 연소기술(Oxy-fuel combustion technology)은 화석연료를 연소시킬 때 공기 대신 산소만을 이용하여 연소시켜 이산화탄소(CO2) 포집을 용이하게 하는 기술이다. 위 기술 중 연소 후 포집기술이 현재 가장 폭넓게 사용되고 있다. Post-combustion technology is a technology that removes or removes carbon dioxide (CO 2 ) from fossil fuel combustion in various solvents. Pre-combustion technology uses carbon dioxide pre-treatment in a process for the gasification of fossil fuels such as coal as to separate and remove the carbon dioxide (CO 2) from carbon dioxide (CO 2) / hydrogen (H 2) gas mixture after conversion to CO 2 and hydrogen, or a mixed (CO 2 ) in the exhaust gas by burning the gas. In addition, Oxy-fuel combustion technology is a technology that burns fossil fuels using only oxygen instead of air, thereby facilitating the capture of carbon dioxide (CO 2 ). Among these technologies, post-combustion capture technology is currently the most widely used.
기존 이산화탄소 발생원에 적용하기 가장 용이한 기술은 연소 후 포집기술이다. 흡수제를 이용하여 이산화탄소를 흡탈착하여 이산화탄소를 분리하는 방법으로 흡수제 성능향상과 이에 따른 공정 개선 등에 초점이 맞추어져 있다. 이 기술은 요소비료 생산, 자동용접, 탄산음료 등에 필요한 이산화탄소를 공급하기 위하여 습식 흡수기술과 건식 흡착기술이 상용화되어 가동되고 있으며, 습식 흡수기술의 효율이 높은 편이다.The easiest technique to apply to existing carbon dioxide sources is the post-combustion capture technique. A method of separating carbon dioxide by absorbing and desorbing carbon dioxide by using an absorbent has been focused on improving the performance of the absorbent and accordingly improving the process. This technology is commercialized and operated by wet absorption technology and dry absorption technology to supply carbon dioxide necessary for urea fertilizer production, automatic welding, and carbonated beverage, and wet absorption technology is highly efficient.
습식 흡수기술의 대표적인 공정은 아민계 흡수제를 사용하는 포집공정으로 석유화학공정 중 개질공정에서 적용된 바 있는 기술적 신뢰성이 확보된 기술이지만, 다양한 오염물이 포함된 연도가스에 적용하기 위해서는 흡수제 성능 및 공정 개선이 필요하다. 아민계 흡수제를 사용하는 공정은, 알킬기에 아민과 hydroxyl기가 결합된 알칸올아민을 흡수제로 이용하는 화학흡수공정으로 유입 가스로부터 이산화탄소를 선택적으로 흡수하는 흡수탑과 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 재생하는 재생탑(가열 재생탑) 및 부대설비로 구성되어 있다.The representative process of wet absorption technology is the capture process using amine-based absorbent, which is technically reliable technology applied in the reforming process in petrochemical process. However, in order to apply it to flue gas containing various contaminants, Is required. A process using an amine-based absorbent is a chemical absorption process using an alkanolamine in which an alkyl group and an alkyl group are combined as an absorbent, and an absorption tower for selectively absorbing carbon dioxide from the incoming gas and a regeneration tower for regenerating an absorbent for absorbing carbon dioxide (Heating and regenerating tower) and ancillary equipment.
아민계 흡수제로 가장 널리 이용되고 있는 MEA(Mono Ethanol Amine)는 아민기의 비공유 전자에 의하여 형성되는 알칼리성이 수용액에서 산성인 이산화탄소와 산-염기 중화반응의 원인을 제공하며, 생성된 염(carbamate 또는 bicarbonate)은 약 110℃ 내지 130℃ 에서 분해되어 재생된다. 흡수제로 사용되는 아민들은 각각의 구조적인 특성에 따라 이산화탄소의 흡수능과 흡수 속도 등에 많은 차이를 보이고 있다. MEA (Mono Ethanol Amine), which is most widely used as an amine-based absorbent, provides the cause of the acidic carbon dioxide and acid-base neutralization reaction in the aqueous solution of the alkali group formed by the non-covalent electrons of the amine group, bicarbonate is decomposed and regenerated at about 110 ° C to 130 ° C. Amines used as sorbents show a large difference in the absorption and absorption rates of carbon dioxide depending on their respective structural characteristics.
이산화탄소를 흡수하는 공정은 약 40℃ 내지 50℃ 에서 이루어지는데 비해, 재생공정은 약 110℃ 내지 130℃ 에서 진행되므로 재생공정에서 흡수제의 일부가 증기화되어 이산화탄소와 함께 배출되므로 이를 냉각응축시키기 위한 냉각기 및 재생공정의 재비기의 요구 열량을 줄일 수 있는 예열 기술이 필요하다.Since the regeneration process is carried out at about 110 ° C. to 130 ° C., a part of the absorbent is vaporized and discharged together with the carbon dioxide in the regeneration process, so that the cooler for cooling and condensing the carbon dioxide And a preheating technique capable of reducing the required calorific value of the regeneration of the regeneration process.
대한민국 등록특허 제 0983677호는 산성 기체 흡수 분리 시스템 및 방법에 관한것으로, 증기 발생용 보일러에서 발생된 증기를 흡수제 재생용 열원으로 활용하는 방법을 개시한다. 하지만 이는 발생된 증기를 흡수제 재생용으로만 활용하는 것의 한계가 있다.Korean Patent No. 0983677 relates to an acidic gas absorption separation system and method, and discloses a method for utilizing steam generated in a boiler for generating steam as a heat source for regenerating an absorbent. However, there is a limitation in utilizing the generated steam only for regenerating the absorbent.
따라서 재생공정을 위한 가열과 냉각에 따른 에너지의 소모가 많으므로 이를 감소시키기 위한 기술개발이 요구된다.
Therefore, energy consumption due to heating and cooling for the regeneration process is high, and development of techniques for reducing the energy consumption is required.
본 발명은 재생탑에서 배출되는 처리가스를 활용하는 에너지 절감형 산성 기체 포집 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention seeks to provide an energy saving acid gas capture system and method that utilizes process gases discharged from a regenerator.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 시스템의 재생탑에서 배출되는 처리가스를 압축하여 증기생성의 열원으로 이용하고, 생성된 증기를 재생탑으로 주입함으로써 재비기의 요구열량을 감소함에 따라 시스템 전체의 에너지 효율을 극대화할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다. In order to solve the above problems, the inventors of the present invention have found that by reducing the amount of heat required for re-boiling by using the process gas discharged from the regeneration tower of the system as a heat source for generating steam and injecting the generated steam into the regeneration tower, And thus the present invention has been completed.
본 발명은 흡수제를 이용하여 산성 기체를 흡수하는 흡수탑 및 상기 흡수제로부터 처리 가스를 분리하는 재생탑을 구비한 산성 기체 포집 시스템으로, 상기 포집 시스템은 산성 기체를 포함하는 배기가스를 흡수탑으로 공급하되 흡수탑 주입 전에 제 1열교환기 및 물분리기를 거쳐 상기 흡수탑으로 향하도록 하는 배기가스 공급라인; 상기 흡수탑 내에서 산성 기체를 흡수한 흡수제를 상기 재생탑에 공급하되 제2 열교환기를 거쳐 상기 재생탑으로 향하도록 하는 흡수제 공급 라인; 상기 재생탑 하부로 부터 산성가스가 탈거된 재생된 흡수제를 배출하는 재생된 흡수제 배출 라인; 상기 재생탑에서 산성기체를 포함한 기체가 방출되어 응축기로 향하도록 하는 처리가스 라인; 및 상기 응축기를 거쳐 생성된 응축수를 활용하는 응축수 공급라인을 포함하고, 상기 처리가스 라인은 산성기체를 포함한 기체를 제4 열교환기로 공급하되 압축기군을 거쳐 공급하는 증기 압축 및 가열라인; 및 상기 제4 열교환기에서 열교환된 증기를 응축기로 공급하되 제3 열교환기를 거쳐 공급하는 증기 응축라인을 포함하고,상기 응축수 공급라인은 분기장치로 공급하되 팽창기를 거쳐 공급하는 제1 응축수 공급라인; 상기 분기장치로 공급된 응축수를 재상탑 상부로 직접 주입하는 제2 응축수 공급라인; 및 상기 분기장치로 공급된 응축수를 재생탑하부로 주입하되 제4 열교환기를 거쳐 증기로 변환 후 공급하는 제3 응축수 공급라인을 포함하는, 처리가스를 이용한 에너지 절감형 산성 기체 포집 시스템을 제공한다.The present invention relates to an acidic gas collection system comprising an absorption tower for absorbing an acidic gas using an absorbent and a regeneration tower for separating the process gas from the absorbent, wherein the collection system supplies exhaust gas containing an acidic gas to the absorption tower An exhaust gas supply line for directing the absorption tower through the first heat exchanger and the water separator to the absorption tower before the absorption tower is injected; An absorber supply line for supplying an absorber that has absorbed an acidic gas in the absorber to the regeneration tower and through the second heat exchanger to the regeneration tower; A regenerated sorbent discharge line for discharging the regenerated sorbent from which acid gas has been removed from the bottom of the regeneration tower; A process gas line through which the gas including the acid gas is discharged to the condenser; And a condensed water supply line utilizing the condensed water generated through the condenser, wherein the processing gas line is a vapor compression and heating line for supplying a gas including an acidic gas to the fourth heat exchanger through a group of compressors; And a steam condensing line for supplying the steam heat-exchanged in the fourth heat exchanger to the condenser, and supplying the steam to the condenser through the third heat exchanger, wherein the condensed water supply line is connected to a first condensed water supply line for supplying the expanded condensed water to the branch device, A second condensed water supply line for directly injecting the condensed water supplied to the branching unit into the upper portion of the recycle tower; And a third condensed water supply line for injecting the condensed water supplied to the branching unit into the lower part of the regeneration tower, and converting the steam into steam via the fourth heat exchanger, and supplying the condensed water to the lower part of the regeneration tower.
본 발명은 또한, 상기 제4 열교환기에서는 상기 응축수를 이송하는 제3 응축수 공급라인 및 상기 처리가스가 압축기를 거쳐 이송되는 증기 공급라인이 서로 교차하는 것인, 처리가스를 이용한 에너지 절감형 산성 기체 포집 시스템.The present invention also relates to an energy-saving acidic gas processing gas using processing gas, wherein the third heat exchanger is a third condensed water supply line for transferring the condensed water and a steam supply line for transferring the processing gas through the compressor, Collection system.
본 발명은 또한, 상기 압축기군은 3개의 압축기가 연속적으로 설치된 것인, 처리가스를 이용한 에너지 절감형 산성 기체 포집 시스템을 제공한다.The present invention also provides an energy saving acid gas capture system using a process gas, wherein the compressor group is provided with three compressors in series.
본 발명은 또한, 상기 응축기의 작동 온도는 30℃ 내지 40℃ 인, 처리가스를 이용한 에너지 절감형 산성 기체 포집 시스템을 제공한다.The present invention also provides an energy saving acid gas capture system using a process gas, wherein the operating temperature of the condenser is between 30 캜 and 40 캜.
본 발명은 또한, 상기 산성 기체는, 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 황화수소(H2S), 카보닐 설파이드(COS) 또는 머캡탄(RSH, R= 탄화수소)인, 처리가스를 이용한 에너지 절감형 산성 기체 포집 시스템을 제공한다.The present invention is also directed to a process for the production of an acidic gas comprising the step of contacting the acidic gas with a process gas comprising carbon dioxide (CO 2 ), methane (CH 4), hydrogen sulfide (H 2 S), carbonyl sulfide (COS) or mercaptans (RSH, R = Energy-saving acid gas collection system.
본 발명은 또한, 상기 제2 열교환기에서는 상기 흡수제 공급라인, 및 재생탑 하부와 연결된 재비기(Reboiler)를 거쳐 재생된 흡수제를 흡수탑으로 이송하는 재생된 흡수제 공급라인이 서로 교차하는 것인, 처리가스를 이용한 에너지 절감형 산성 기체 포집 시스템을 제공한다.The present invention is also characterized in that in the second heat exchanger, the regenerated absorbent feed lines for conveying the regenerated absorbent to the absorber via the absorber feed line and the reboiler connected to the regenerator bottom intersect each other. An energy saving type acid gas collection system using a process gas is provided.
본 발명은 또한, 흡수제를 이용하여 산성 기체를 흡수하는 흡수탑 및 상기 흡수제로부터 처리 가스를 분리하는 재생탑을 구비한 산성 기체 포집 방법으로, 상기 포집 방법은 산성 기체를 함유하고 있는 배기가스를 흡수탑에 공급하여 산성 기체를 흡수제에 흡수시키는 단계; 흡수탑에서 방출되는 산성 기체를 흡수한 흡수제를 재생탑으로 공급하여 상기 흡수제로부터 산성 기체를 포함하는 처리 가스를 분리하고, 상기 처리가스를 응축기로 공급하여 응축수를 분리하는 단계; 상기 재생탑에서 재생된 흡수제를 재비기를 거쳐 흡수탑으로 재공급하는 흡수제 재공급 단계; 및 상기 응축기를 거쳐 생성된 응축수를 활용하는 응축수 공급 라인으로 응축수를 공급하는 단계를 포함하고, 상기 응축수를 분리하는 단계는 상기 처리 가스를 압축기군에 공급하여 처리가스를 압축 및 가열하는 단계; 상기 압축 및 가열된 처리가스를 제4 열교환기 및 제3 열교환기를 차례로 거쳐 응축기로 공급하는 단계를 포함하고, 상기 응축수를 공급하는 단계는 응축수를 팽창기로 공급하여 팽창시키고 분기장치로 공급하여 제 4열교환기 또는 재생탑 상부로 공급하는 단계; 상기 재생탑 상부로 공급된 응축수를 냉각수로 사용하는 단계; 상기 제4 열교환기로 공급된 응축수는 증기로 변환 후 재생탑 하부로 공급하여 흡수제 재생에 사용하는 단계를 포함하는, 처리가스를 이용한 에너지 절감형 산성 기체 포집 방법을 제공한다.The present invention also provides an acid gas collecting method comprising an absorption tower for absorbing an acidic gas using an absorbent and a regeneration tower for separating the processing gas from the absorbent, wherein the absorption method absorbs the exhaust gas containing the acidic gas Absorbing the acidic gas into the absorbent; Supplying an absorbent that has absorbed the acid gas discharged from the absorption tower to a regeneration tower to separate the treatment gas containing the acidic gas from the absorbent and supplying the treatment gas to the condenser to separate the condensed water; A step of supplying the absorbent material regenerated in the regeneration tower to the absorber through reboiler; And supplying condensed water to the condensed water supply line utilizing the condensed water generated through the condenser, wherein the step of separating the condensed water comprises the steps of: supplying the process gas to the compressor group to compress and heat the process gas; And supplying the compressed and heated process gas to a condenser in turn through a fourth heat exchanger and a third heat exchanger, wherein the step of supplying the condensed water includes supplying the condensed water to the expander and expanding the same, Feeding to a heat exchanger or a regenerator top; Using the condensed water supplied to the upper part of the regeneration tower as cooling water; Wherein the condensed water supplied to the fourth heat exchanger is converted into steam and then supplied to the lower portion of the regeneration tower for use in regenerating the absorbent.
본 발명은 또한, 상기 응축기의 작동 온도는 30℃ 내지 40℃ 인, 처리가스를 이용한 에너지 절감형 산성 기체 포집 방법을 제공한다.The present invention also provides an energy-saving acid gas capture method using a process gas, wherein the operating temperature of the condenser is 30 ° C to 40 ° C.
본 발명은 또한, 상기 산성 기체는, 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 황화수소(H2S), 카보닐 설파이드(COS) 또는 머캡탄(RSH, R= 탄화수소)인, 처리가스를 이용한 에너지 절감형 산성 기체 포집 방법을 제공한다.
The present invention is also directed to a process for the production of an acidic gas comprising the step of contacting the acidic gas with a process gas comprising carbon dioxide (CO 2 ), methane (CH 4), hydrogen sulfide (H 2 S), carbonyl sulfide (COS) or mercaptans (RSH, R = Thereby providing an energy saving type acid gas capturing method.
본 발명은 이산화탄소 포집 시스템의 재생탑에서 배출되는 다량의 수증기를 포함하는 처리가스를 압축하여 증기생성의 열원으로 이용하고, 생성된 증기를 흡수제 재생에 이용하는 재비기의 요구열량이 감소함에 따라 시스템 전체의 에너지 효율을 극대화하는 효과가 있다.
The present invention uses a process gas containing a large amount of water vapor discharged from a regeneration tower of a carbon dioxide capture system as a heat source for generating steam and uses the generated steam to regenerate the absorbent, Thereby maximizing the energy efficiency of the battery.
도 1은 종래의 산성 기체 분리 회수 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산성 기체 포집 시스템을 나타낸다.Figure 1 shows a conventional acidic gas separation and recovery system.
2 shows an acidic gas collection system according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 산성 기체 분리 회수 시스템 및 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an acidic gas separation and recovery system and method of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Prior to the detailed description of the present invention, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
여기서, 본 발명의 실시 형태를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 붙이고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 본 발명에서는 열교환기에서 열을 교환하는 흡수제, 처리 가스 또는 응축수를 운송하는 라인은 서로 "교차"한다고 표현하였다. 즉, 두 유체 운송라인은 열교환기에서 서로 "교차"하여 열을 교환한다. Here, in the entire drawings for explaining the embodiments of the present invention, those having the same functions are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted. In the present invention, the absorber that exchanges heat in the heat exchanger, the line that carries the process gas or condensate is said to "cross" That is, the two fluid transfer lines "cross" with each other in the heat exchanger to exchange heat.
도 1은 종래의 산성 기체 포집 시스템을 나타낸다. 이산화탄소 등 산성 기체를 포함하고 있는 배기가스를 기체와 액체 사이의 접촉이 원활히 이루어지도록 넓은 표면적을 갖는 충전물이 충전되어 있는 흡수탑(10)에 공급하여, 상기 흡수탑의 상부에서 살포되는 용액 상태의 흡수제와 대기압 조건에서 접촉시킨다. 상기 접촉은 약 40 내지 50℃의 온도범위에서 진행되어, 배기가스 내의 이산화탄소 등 산성 기체를 흡수용액에 흡수시킨다.1 shows a conventional acid gas collection system. The exhaust gas containing an acidic gas such as carbon dioxide is supplied to an absorption tower 10 filled with a filler having a large surface area so that contact between the gas and the liquid can be smoothly performed, Contact with the absorbent under atmospheric conditions. The contact proceeds in a temperature range of about 40 to 50 DEG C to absorb the acidic gas, such as carbon dioxide, in the exhaust gas into the absorbing solution.
상기 흡수탑에서 방출되는 흡수제, 즉 이산화탄소를 포함하는 산성 기체가 흡수된 흡수제는 재생탑(20)으로 보내져 약 120℃ 전후의 온도범위에서 가열 처리된 후 흡수제에서 유리된 처리 가스는 상기 재생탑의 상부로 방출하고, 재생된 흡수제는 재비기(Reboiler)(40)를 거쳐 흡수탑으로 다시 공급되는 순환과정을 거친다. 상기 재생탑에서 방출된 처리가스는 처리가스 배출라인(31)을 통해 응축기(50)로 공급되어 응축기에서 물은 응축되고 응축되지 않은 수증기와 이산화탄소 등 산성 기체는 최종산물로 얻어진다. 상기 응축된 물은 응축수 공급라인(51)을 따라 재생탑 안으로 재순환되고, 이러한 재순환은 재생탑의 분리효율을 높이는 효과가 있으나 저온의 응축된 물이 유입됨에 따라 재비기 요구 열량(Reboiler heat duty)을 증가시키는 요인이 된다. 상기 재생된 흡수제는 흡수제 재순환 라인을 따라 이동해 제2 열교환기(12)를 통해 상기 재생탑으로 보내지는 산성 기체를 흡수한 흡수제를 예열하고, 새로운 산성 기체를 흡수하기 위해 흡수탑에 다시 공급된다. 상기 제2 열교환기에서 재생된 흡수제 공급라인(41)과 흡수탑에서 산성 기체를 흡수한 흡수제를 재생탑으로 공급하는 흡수제 공급라인(21)이 서로 교차한다. The absorbent discharged from the absorber, that is, the absorbent absorbed by the acidic gas containing carbon dioxide, is sent to the
도 2는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 산성 기체 포집 시스템을 나타내는 것이다. 흡수제를 이용하여 산성 기체를 흡수하는 흡수탑(20) 및 상기 흡수제로부터 처리 가스를 분리하는 재생탑(30)을 구비한 산성 기체 포집 시스템으로, 상기 포집 시스템은 산성 기체를 포함하는 배기가스를 흡수탑(20)으로 공급하되 흡수탑 주입 전에 제 1열교환기(11) 및 물분리기(60)를 거쳐 상기 흡수탑으로 향하도록 하는 배기가스 공급라인(61); 상기 흡수탑(20) 내에서 산성 기체를 흡수한 흡수제를 상기 재생탑(30)에 공급하되 제2 열교환기(12)를 거쳐 상기 재생탑으로 향하도록 하는 흡수제 공급 라인(21); 상기 재생탑(30) 하부로 부터 산성 기체가 탈거된 재생된 흡수제를 배출하는 재생된 흡수제 배출 라인(41); 상기 재생탑(30)에서 산성기체를 포함한 기체가 방출되는 처리가스 라인(31); 및 상기 응축기(50)를 거쳐 생성된 응축수를 활용하는 응축수 공급 라인(51)을 포함하고, 상기 처리가스 라인은 산성기체를 포함한 기체를 제4 열교환기(14)로 공급하되 압축기(70)군을 거쳐 공급하는 증기 압축 및 가열라인(71); 및 상기 제4 열교환기(14)에서 열 교환된 증기를 응축기(50)로 공급하되 제3 열교환기(13)를 거쳐 공급하는 증기 응축라인(72)을 포함하고, 상기 응축수 공급라인은 응축수를 분기장치(90)로 공급하되 팽창기(80)를 거쳐 공급하는 제1 응축수 공급라인(511); 상기 분기장치(90)로 공급된 응축수를 재상탑(30) 상부로 직접 주입하는 제2 응축수 공급라인(512); 및 상기 분기장치(90)로 공급된 응축수를 재생탑하부로 주입하되 제4 열교환기(14)를 거쳐 증기로 변환 후 공급하는 제3 응축수 공급라인(513)을 포함한다.2 shows an acidic gas collection system according to another embodiment of the present invention. An acid gas collection system comprising an absorption tower (20) for absorbing an acid gas using an absorbent and a regeneration tower (30) for separating the process gas from the absorbent, wherein the absorption system absorbs the exhaust gas containing the acidic gas An exhaust gas supply line (61) for supplying the water to the tower (20) and passing through the first heat exchanger (11) and the water separator (60) to the absorption tower before the absorption tower is injected; An absorbent supply line (21) for supplying an absorbent having absorbed an acidic gas in the absorber (20) to the regeneration tower (30) and to be directed to the regeneration tower via a second heat exchanger (12); A regenerated sorbent discharge line (41) for discharging the regenerated sorbent from which the acid gas has been removed from the lower part of the regeneration tower (30); A
본 발명의 재생탑(20)은 흡수탑(30)에서 산성가스를 흡수한 흡수제 용액에 열을 공급하여 흡수제로부터 산성가스를 분리해내는 것이다. 재생탑의 열 매체는 재비기(40)로부터 재생탑 하부로 증기를 공급받는 것으로, 주입된 증기는 재생탑 하부에서 상부로 상승하면서 흡수제 용액에 지속적으로 열을 공급한다. 흡수제에 열이 공급되어 산성가스가 분리되면 재생된 흡수제는 하강하고, 분리된 산성기체를 포함하는 처리가스는 재생탑 상부의 처리가스 라인(31)을 통해 배출되고 증기 압축 및 가열라인(71) 및 증기 응축라인(72)를 통해 응축기로 공급된다. The regenerator (20) of the present invention separates the acid gas from the absorbent by supplying heat to the absorbent solution absorbing the acid gas in the absorption tower (30). The thermal medium of the regeneration tower is supplied with steam from the
증기 압축 및 가열라인(71)은 재생탑에서 배출된 처리가스를 열원으로 사용하기 위해 압축기(70)군에서 압축하여 추가적인 증기를 생성하고 가열한다. 본 발명의 한 구현예에서 상기 압축전의 처리가스는 165kPa, 99℃이나, 압축후의 처리가스 및 증기는 1000kPa, 180℃이다. 생성된 처리가스 및 증기는 제4 열교환기(14)로 공급되고 상기 제4 열교환기에서 응축수와 열 교환을 한 후, 증기 응축라인을 통해 제3 열교환기(13)를 거쳐 응축기(50)로 공급된다. 응축기(50)에 공급된 응축수는 활용을 위해 응축수 공급라인(51)을 통해 공급된다.The vapor compression and
상기 응축수 공급라인(51)을 통해 공급되는 응축수는 팽창기(80)를 거쳐 팽창된 후 제1 응축수 공급라인(511) 통해 분기장치(90)로 주입된다. 상기 분기장치로 주입된 응축수는 제2 응축수 공급라인(512) 및 제3 응축수 공급라인(513)을 통해 두 라인으로 분기되어 각각 재생탑 상부 및 재생탑 하부로 연결된다.The condensed water supplied through the condensed
상기 제2 응축수 공급라인(512)은 재생탑 상부와 직접 연결 되어있어, 상기 제2 응축수 공급라인(512)을 통해 공급된 응축수는 재생탑 상부를 냉각한다. 본 발명의 한 구현에에서 상기 분기장치에 공급된 응축수의 온도는 90℃ 내지 100℃이다. 상기 제3 응축수 공급라인(513)은 제4 열교환기(14)를 거쳐 재생탑하부로 연결되어 있는데, 상기 제4 열교환기에서는 상기 응축수를 이송하는 제3 응축수 공급라인 및 상기 처리가스가 압축기를 거쳐 이송되는 증기 압축 및 가열라인이 서로 교차하는 것이다. 본 발명의 한 구현예에서 상기 제4 열교환기에서 열교환된 응축수는 200 kPa, 120℃의 증기이나 이로 한정하는 것은 아니다. The second condensed
상술한 압축기(70)군에서 압축과정을 거친 고온의 처리가스를 응축수의 일부와 열 교환하여 응축수를 증기로 변환한 후 이를 재생탑 하부로 주입함으로써, 손실될 수 있는 증기의 대부분을 재생탑에서 흡수제를 재생하는데 필요한 열원으로 사용가능하며 또한 이는 재비기의 요구 열량을 크게 감소시켜 시스템에 필요한 총 에너지 소비를 절감하는 우수한 효과가 있다. In the
본 발명의 한 구현예에서 상기 응축기의 작동 온도는 30℃ 내지 40℃이다. 또한 상기 산성 기체는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 황화수소(H2S), 카보닐 설파이드(COS) 또는 머캡탄(RSH, R= 탄화수소) 등이 선택될 수 있으나 이로 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the operating temperature of the condenser is between 30 캜 and 40 캜. The acidic gas may be selected from carbon dioxide (CO 2 ), methane (CH 4 ), hydrogen sulfide (H 2 S), carbonyl sulfide (COS) or mercaptan (RSH, R = hydrocarbon) no.
본 발명의 한 구현에에서 상기 제2 열교환기에서는 상기 산성 기체를 흡수한 흡수제 공급라인, 및 재생탑 하부와 연결된 재비기(Reboiler)를 거쳐 재생된 흡수제를 흡수탑으로 이송하는 재생된 흡수제 공급라인이 서로 교차하여 재생된 흡수제 용액을 냉각한다.In one embodiment of the present invention, in the second heat exchanger, a regenerated absorbent supply line for transferring the regenerated absorbent through the absorber feed line which absorbs the acidic gas and the reboiler connected to the regenerator bottom, Are crossed with each other to cool the regenerated absorbent solution.
본 발명의 한 구현예에서 상기 포집 방법은 산성 기체를 함유하고 있는 배기가스를 흡수탑에 공급하여 산성 기체를 흡수제에 흡수시키는 단계; 흡수탑에서 방출되는 산성 기체를 흡수한 흡수제를 재생탑으로 공급하여 상기 흡수제로부터 산성 기체를 포함하는 처리 가스를 분리하고, 상기 처리가스를 응축기로 공급하여 응축수를 분리하는 단계; 상기 재생탑에서 재생된 흡수제를 재비기를 거쳐 흡수탑으로 재공급하는 흡수제 재공급 단계; 및 상기 응축기를 거쳐 생성된 응축수를 활용하는 응축수 공급 라인으로 응축수를 공급하는 단계를 포함하고, 상기 응축수를 분리하는 단계는 상기 처리 가스를 압축기군에 공급하여 처리가스를 압축 및 가열하는 단계; 상기 압축 및 가열된 처리가스를 제4 열교환기 및 제3 열교환기를 차례로 거쳐 응축기로 공급하는 단계를 포함하고, 상기 응축수를 공급하는 단계는 응축수를 팽창기로 공급하여 팽창시키고 분기장치로 공급하여 제 4열교환기 또는 재생탑 상부로 공급하는 단계; 상기 재생탑 상부로 공급된 응축수를 냉각수로 사용하는 단계; 상기 제4 열교환기로 공급된 응축수는 증기로 변환 후 재생탑 하부로 공급하여 흡수제 재생에 사용하는 단계를 포함한다.In one embodiment of the present invention, the collecting method includes the steps of supplying an exhaust gas containing an acidic gas to an absorption tower to absorb an acidic gas into an absorbent; Supplying an absorbent that has absorbed the acid gas discharged from the absorption tower to a regeneration tower to separate the treatment gas containing the acidic gas from the absorbent and supplying the treatment gas to the condenser to separate the condensed water; A step of supplying the absorbent material regenerated in the regeneration tower to the absorber through reboiler; And supplying condensed water to the condensed water supply line utilizing the condensed water generated through the condenser, wherein the step of separating the condensed water comprises the steps of: supplying the process gas to the compressor group to compress and heat the process gas; And supplying the compressed and heated process gas to a condenser in turn through a fourth heat exchanger and a third heat exchanger, wherein the step of supplying the condensed water includes supplying the condensed water to the expander and expanding the same, Feeding to a heat exchanger or a regenerator top; Using the condensed water supplied to the upper part of the regeneration tower as cooling water; And the condensed water supplied to the fourth heat exchanger is converted into steam and then supplied to the lower portion of the regeneration tower to be used for regenerating the absorbent.
본 발명의 한 구현예에서 상기 응축기의 작동 온도는 30℃ 내지 40℃이다. 또한 상기 산성 기체는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 황화수소(H2S), 카보닐 설파이드(COS) 또는 머캡탄(RSH, R= 탄화수소) 등이 선택될 수 있으나 이로 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the operating temperature of the condenser is between 30 캜 and 40 캜. The acidic gas may be selected from carbon dioxide (CO 2 ), methane (CH 4 ), hydrogen sulfide (H 2 S), carbonyl sulfide (COS) or mercaptan (RSH, R = hydrocarbon) no.
이상에서 본원의 예시적인 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본원의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본원의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본원의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the preferred embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, .
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.
All technical terms used in the present invention are used in the sense that they are generally understood by those of ordinary skill in the relevant field of the present invention unless otherwise defined. The contents of all publications referred to herein are incorporated herein by reference.
11. 제1 열교환기
12. 제2 열교환기
13. 제3 열교환기
14. 제4 열교환기
20. 흡수탑
21. 흡수제 공급라인
30. 재생탑
31. 처리가스 라인
40. 재비기
41. 재생된 흡수제 배출라인
50. 응축기
51. 응축수 공급라인
60. 물 분리기
61. 배기가스 공급라인
70. 압축기
71. 증기 압축 및 가열라인
72. 증기 응축라인
80. 팽창기
90. 분기장치
511. 제1 응축수 공급라인
512. 제2 응축수 공급라인
513. 제3 응축수 공급라인11. First heat exchanger
12. The second heat exchanger
13. Third heat exchanger
14. Fourth heat exchanger
20. Absorption tower
21. Absorbent supply line
30. Rehearsal Tower
31. Process gas line
40. Rebuilding
41. The regenerated absorbent discharge line
50. Condenser
51. Condensate supply line
60. Water separator
61. Exhaust gas supply line
70. Compressor
71. Vapor Compression and Heating Lines
72. Steam condensation line
80. Inflator
90. The branching device
511. First Condensate Supply Line
512. Second condensate supply line
513. Third Condensate Supply Line
Claims (9)
상기 포집 시스템은 산성 기체를 포함하는 배기가스를 흡수탑으로 공급하되 흡수탑 주입 전에 제 1열교환기 및 물분리기를 거쳐 상기 흡수탑으로 향하도록 하는 배기가스 공급라인;
상기 흡수탑 내에서 산성 기체를 흡수한 흡수제를 상기 재생탑에 공급하되 제2 열교환기를 거쳐 상기 재생탑으로 향하도록 하는 흡수제 공급 라인;
상기 재생탑 하부로 부터 산성가스가 탈거된 재생된 흡수제를 배출하는 재생된 흡수제 배출 라인;
상기 재생탑에서 산성기체를 포함한 기체가 방출되어 응축기로 향하도록 하는 처리가스 라인; 및
상기 응축기를 거쳐 생성된 응축수를 활용하는 응축수 공급라인을 포함하고,
상기 처리가스 라인은 산성기체를 포함한 기체를 제4 열교환기로 공급하되 압축기군을 거쳐 공급하는 증기 압축 및 가열라인; 및
상기 제4 열교환기에서 열교환된 증기를 응축기로 공급하되 제3 열교환기를 거쳐 공급하는 증기 응축라인을 포함하고,
상기 응축수 공급라인은 분기장치로 공급하되 팽창기를 거쳐 공급하는 제1 응축수 공급라인;
상기 분기장치로 공급된 응축수를 재상탑 상부로 직접 주입하는 제2 응축수 공급라인; 및
상기 분기장치로 공급된 응축수를 재생탑하부로 주입하되 제4 열교환기를 거쳐 증기로 변환 후 공급하는 제3 응축수 공급라인을 포함하는,
처리가스를 이용한 에너지 절감형 산성 기체 포집 시스템.
An acidic gas collection system comprising an absorption tower for absorbing an acidic gas using an absorbent and a regeneration tower for separating the process gas from the absorbent,
The collection system comprising: an exhaust gas supply line for supplying exhaust gas containing an acidic gas to the absorption tower, and passing the absorption tower through the first heat exchanger and the water separator to the absorption tower before the absorption tower is injected;
An absorber supply line for supplying an absorber that has absorbed an acidic gas in the absorber to the regeneration tower and through the second heat exchanger to the regeneration tower;
A regenerated sorbent discharge line for discharging the regenerated sorbent from which acid gas has been removed from the bottom of the regeneration tower;
A process gas line through which the gas including the acid gas is discharged to the condenser; And
And a condensed water supply line utilizing the condensed water generated through the condenser,
Wherein the process gas line comprises a vapor compression and heating line for supplying a gas including an acidic gas to a fourth heat exchanger through a group of compressors; And
And a steam condensing line for supplying the heat-exchanged steam in the fourth heat exchanger to the condenser, and supplying the steam via the third heat exchanger,
A first condensed water supply line for supplying the condensed water supply line to the branching device via the inflator;
A second condensed water supply line for directly injecting the condensed water supplied to the branching unit into the upper portion of the recycle tower; And
And a third condensed water supply line for injecting the condensed water supplied to the branching unit into the lower part of the regeneration tower and converting it into steam through the fourth heat exchanger,
Energy Saving Type Acid Gas Collection System Using Process Gas.
상기 제4 열교환기에서는 상기 응축수를 이송하는 제3 응축수 공급라인 및 상기 처리가스가 압축기를 거쳐 이송되는 증기 공급라인이 서로 교차하는 것인,
처리가스를 이용한 에너지 절감형 산성 기체 포집 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the fourth heat exchanger intersects a third condensed water supply line for transferring the condensed water and a steam supply line for transferring the process gas through the compressor,
Energy Saving Type Acid Gas Collection System Using Process Gas.
상기 압축기군은 3개의 압축기가 연속적으로 설치된 것인,
처리가스를 이용한 에너지 절감형 산성 기체 포집 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the compressor group includes three compressors continuously installed,
Energy Saving Type Acid Gas Collection System Using Process Gas.
상기 응축기의 작동 온도는 30℃ 내지 40℃인,
처리가스를 이용한 에너지 절감형 산성 기체 포집 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the operating temperature of the condenser is between < RTI ID = 0.0 > 30 C < / RTI &
Energy Saving Type Acid Gas Collection System Using Process Gas.
상기 산성 기체는, 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 황화수소(H2S), 카보닐 설파이드(COS) 또는 머캡탄(RSH, R= 탄화수소)인,
처리가스를 이용한 에너지 절감형 산성 기체 포집 시스템.
The method according to claim 1,
The acidic gas may be at least one selected from the group consisting of carbon dioxide (CO 2 ), methane (CH 4), hydrogen sulfide (H 2 S), carbonyl sulfide (COS) or mercaptans (RSH, R =
Energy Saving Type Acid Gas Collection System Using Process Gas.
상기 제2 열교환기에서는 상기 흡수제 공급라인, 및 재생탑 하부와 연결된 재비기(Reboiler)를 거쳐 재생된 흡수제를 흡수탑으로 이송하는 재생된 흡수제 공급라인이 서로 교차하는 것인,
처리가스를 이용한 에너지 절감형 산성 기체 포집 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the regenerated absorbent feed line for conveying the regenerated absorbent to the absorber via the reboiler connected to the absorber feed line and the regenerator bottom is crossed in the second heat exchanger,
Energy Saving Type Acid Gas Collection System Using Process Gas.
상기 포집 방법은 산성 기체를 함유하고 있는 배기가스를 흡수탑에 공급하여 산성 기체를 흡수제에 흡수시키는 단계;
흡수탑에서 방출되는 산성 기체를 흡수한 흡수제를 재생탑으로 공급하여 상기 흡수제로부터 산성 기체를 포함하는 처리 가스를 분리하고, 상기 처리가스를 응축기로 공급하여 응축수를 분리하는 단계;
상기 재생탑에서 재생된 흡수제를 재비기를 거쳐 흡수탑으로 재공급하는 흡수제 재공급 단계; 및
상기 응축기를 거쳐 생성된 응축수를 활용하는 응축수 공급 라인으로 응축수를 공급하는 단계를 포함하고,
상기 응축수를 분리하는 단계는 상기 처리 가스를 압축기군에 공급하여 처리가스를 압축 및 가열하는 단계;
상기 압축 및 가열된 처리가스를 제4 열교환기 및 제3 열교환기를 차례로 거쳐 응축기로 공급하는 단계를 포함하고,
상기 응축수를 공급하는 단계는 응축수를 팽창기로 공급하여 팽창시키고 분기장치로 공급하여 제 4열교환기 또는 재생탑 상부로 공급하는 단계;
상기 재생탑 상부로 공급된 응축수를 냉각수로 사용하는 단계;
상기 제4 열교환기로 공급된 응축수는 증기로 변환 후 재생탑 하부로 공급하여 흡수제 재생에 사용하는 단계를 포함하는,
처리가스를 이용한 에너지 절감형 산성 기체 포집 방법.
An acidic gas collecting method comprising an absorption tower for absorbing an acidic gas using an absorbent and a regeneration tower for separating the process gas from the absorbent,
The absorption method includes supplying an exhaust gas containing an acidic gas to an absorption tower to absorb an acidic gas into an absorbent;
Supplying an absorbent that has absorbed the acid gas discharged from the absorption tower to a regeneration tower to separate the treatment gas containing the acidic gas from the absorbent and supplying the treatment gas to the condenser to separate the condensed water;
A step of supplying the absorbent material regenerated in the regeneration tower to the absorber through reboiler; And
And supplying condensed water to the condensed water supply line utilizing the condensed water generated through the condenser,
Separating the condensed water includes supplying the processing gas to a compressor group to compress and heat the processing gas;
And supplying the compressed and heated process gas to the condenser in order through the fourth heat exchanger and the third heat exchanger,
Wherein the step of supplying the condensed water includes supplying condensed water to the expander, expanding the condensed water, supplying the condensed water to the branching unit, and supplying the condensed water to the upper portion of the fourth heat exchanger or the regeneration tower;
Using the condensed water supplied to the upper part of the regeneration tower as cooling water;
Wherein the condensed water supplied to the fourth heat exchanger is converted into steam and supplied to the lower portion of the regeneration tower to be used for regenerating the absorbent.
Energy Saving Type Acid Gas Collection Using Process Gas.
상기 응축기의 작동 온도는 30℃ 내지 40℃인,
처리가스를 이용한 에너지 절감형 산성 기체 포집 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the operating temperature of the condenser is between < RTI ID = 0.0 > 30 C < / RTI &
Energy Saving Type Acid Gas Collection Using Process Gas.
상기 산성 기체는, 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 황화수소(H2S), 카보닐 설파이드(COS) 또는 머캡탄(RSH, R= 탄화수소)인,
처리가스를 이용한 에너지 절감형 산성 기체 포집 방법.8. The method of claim 7,
The acidic gas may be at least one selected from the group consisting of carbon dioxide (CO 2 ), methane (CH 4), hydrogen sulfide (H 2 S), carbonyl sulfide (COS) or mercaptans (RSH, R =
Energy Saving Type Acid Gas Collection Using Process Gas.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140156920A KR101583459B1 (en) | 2014-11-12 | 2014-11-12 | Energy efficient acid gas capture system and process using treating gas |
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Publications (1)
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|---|---|
| KR101583459B1 true KR101583459B1 (en) | 2016-01-11 |
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2014
- 2014-11-12 KR KR1020140156920A patent/KR101583459B1/en active IP Right Grant
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