KR101955782B1 - 황산화물 및/또는 질소산화물에 의해 오염된 세정제를 위한 처리 유닛 - Google Patents

황산화물 및/또는 질소산화물에 의해 오염된 세정제를 위한 처리 유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 증발기(3) 및/또는 열교환기(53) 및, 증발기(3) 및/또는 열교환기(53)와 연결된 수집 용기(7)를 갖는 세정제의 활성 성분의 농축을 위한 증발 단계(2, 2)를 포함하는, 황산화물 및/또는 질소산화물에 의해 오염된 액체 세정제를 위한 처리 유닛(1, 51)에 관한 것이며, 상기 처리 유닛은, 수집 용기(7)가 황산염, 특히 황산칼륨의 결정화를 통해 세정제로부터 황산화물을 제거하기 위한 결정화기(9)로서 구성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 상응하는 처리 유닛(1, 51)을 갖는 이산화탄소 분리 장치(61), 및 상응하는 처리 유닛(1, 51)이 사용되는, 황산화물 및/또는 질소산화물에 의해 오염된 세정제의 처리 방법에 관한 것이다.

Description

황산화물 및/또는 질소산화물에 의해 오염된 세정제를 위한 처리 유닛{PROCESSING UNIT FOR A WASHING MEDIUM CONTAMINATED WITH SULPHUR OXIDES AND/OR NITROGEN OXIDES}
본 발명은 황산화물 및/또는 질소산화물에 의해 오염된 세정제를 위한 처리 유닛에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상응하는 처리 유닛을 갖는 분리 장치, 및 황산화물 및/또는 질소산화물에 의해 오염된 세정제 처리 방법에 관한 것이다.
기후 변화를 배경으로, 대기로의 유해 물질의 배출을 감소시키는 것이 국제적인 목표이다. 이는, 지구의 열 방사를 방해하며 온실 효과로서 지구 표면 온도의 상승을 야기하는 대기 내에 축적되는 특히 이산화탄소(CO2)의 배출에 대해 적용된다.
특히 전기 에너지 또는 열의 생성을 위한 화력 발전소에서, 화석 연료의 연소에 의해 이산화탄소 함유 연도 가스가 발생한다. 대기로의 이산화탄소 배출을 방지하거나 감소시키기 위해, 이산화탄소가 연도 가스로부터 분리되어야 한다. 따라서, 특히 현존하는 화력 발전소에서는, 연소 후에 발생하는 이산화탄소를 연도 가스로부터 분리하기 위한 적절한 조치가 논의된다(연소 후 포집; post combustion capture). 이러한 목적으로, 기술적인 구현으로서, 연도 가스 내에 함유된 이산화탄소가 흡착-탈착 공정을 통해 세정제 또는 흡착제를 이용하여 각각의 연도 가스 유동으로부터 세정된다.
이산화탄소에 추가로, 특히 아민 함유 알칼리 세정제 내에는 다른 산성 가스, 특히 질소산화물(NOx) 및/또는 황산화물(SOx)도 흡수된다. 이산화탄소와는 달리, 예를 들어 SOx는 알칼리 세정제에 의해, 특히 예를 들어 황산염 같은 내온도성 염에 의해 형성된다. 칼륨 함유 세정제의 사용 시에, SOx는, 탈착 유닛 내에 더 이상 잔류할 수 없는 칼륨과 함께 황산칼륨(K2SO4)으로서 침전된다. 이에 의해 발생하는 알칼리 농도의 변경으로 인해, 내온도성 염은 이산화탄소를 수용하기 위한 세정제의 용량을 지속적으로 하강시킨다. NOx는 세정제에 의해 흡수되며, 용액 내에서 불균등화되며, 용액에서 니트로사민을 형성하며, 그 외의 가용성(soluble) 파괴 부산물(breakdown product)을 형성한다.
이러한 오염물을 제거하기 위해, 세정제의 2단 처리가 통상적이다. 이를 위해, SOx 또는 황산염을 제거하기 위한 SOx-리클레이밍(reclaiming) 단계 및 NOx, 니트라이트, 니트레이트 및 상응하는 부산물을 제거하기 위한 NOx-리클레이밍 단계를 갖는 이른바 리클레이머("처리기")가 사용된다.
SOx-리클레이밍 단계, 즉, SOx-리클레이머에서, 예를 들어 황산칼륨은 산업 규모에서 바람직하게는 냉각 결정화를 이용하여 결정질 형태로 분리된다. 가용성 성분은 이산화탄소 분리 공정으로 재순환되고, 분리된 황산칼륨은, 예를 들어 비료 첨가물로서 또는 특수 화학 생산물을 위한 원재료로서 추가의 사용을 위해 공급된다. NOx-리클레이밍 단계, 즉 NOx-리클레이머는 세정제의 활성 성분, 예를 들어 아미노산염의 회수를 위해 사용된다. 이를 위해, 세정제는 증발 단계에서 농후화되고 증발 단계로부터 NOx-리클레이머의 결정화기 내로 펌핑된다. 여기서, 아미노산염이 고체로서 결정화된다. 가용성 부차적 성분은 폐기물로서 분리되어 상응하게 폐기 처분된다.
그러나 모든 발전소 유형에서 SOx-리클레이머 및 NOx-리클레이머의 사용이 동일하게 경제적인 것은 아니다. 발전소로부터 방출되는 연도 가스가 특히 사용된 연료에 따라 그 조성물에 있어서 상당히 차이가 나기 때문에, 발전소 유형에 따라 상이한 리클레이밍 단계가 "지배적이다". 석탄 화력 발전소에서, 연도 가스의 탈황 후에도 통상적으로 여전히 매우 높은 황의 양이 세정제 내에 존재하기 때문에, 예를 들어 황산칼륨이 결정질 형태로 분리되어 판매될 수 있다. 따라서, 석탄 화력 발전소에서 특히 냉각 결정화를 기초로 하는 SOx-리클레이머의 사용은 경제적이다.
가스 화력 발전소에서, 상황은 다르게 나타난다: 투입된 황의 양이 석탄 화력 발전소에서보다 명확히 적기 때문에, SOx-리클레이머의 운전 비용에 비해, 결정화된 황산칼륨의 판매로부터의 수익은 미미하다. 다시 말하자면, 가스 화력 발전소에서 SOx-리클레이머의 사용은 경제적이지 못하다.
본 발명의 제1 과제는 경제적인 관점에서 종래 기술에 비해 개선된 처리 유닛을 제공하는 것으로서, 이 처리 유닛을 이용하여 세정제로부터 효과적으로 함유된 오염물이 제거될 수 있다.
본 발명의 제2 과제는 상응하는 개선된 처리 유닛을 구비한 이산화탄소 분리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제3 과제는 개선점을 이용하여 경제적으로 실행 가능한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 제1 과제는, 증발기 및/또는 열교환기 및, 증발기 및/또는 열교환기와 연결된 수집 용기를 갖는 세정제의 활성 성분의 농축을 위한 증발 단계를 포함하는 처리 유닛에 의해 해결되며, 수집 용기가 황산염, 특히 황산칼륨의 결정화를 통해 세정제로부터 황산화물을 제거하기 위한 결정화기로서 구성되는 것을 특징으로 한다.
제1 단계에서, 본 발명은, 가스 화력 발전소 응용 시에 세정제의 처리를 위해 냉각 결정화를 기초로 하는 SOx-리클레이머의 사용이 비경제적이라는 상술된 사실을 근거로 한다. 연도 가스를 통해 투입된 황의 양은, SOx-리클레이머의 운전 비용에 비해 황산칼륨의 판매로부터의 수익이 무시될 정도로 적다.
제2 단계에서, 본 발명은, 세정제 내의 황산화물의 양이 적을 경우에도 이를 확실히 제거할 필요가 있다는 것을 고려한다. 황산화물로 이루어진 황산염을 통해, 그리고 특히 황산칼륨을 통해, NOx-리클레이머의 증발기 내에서 제어되지 않은 결정화의 위험 및 공정에 손상을 주는 상응하는 스케일 형성(incrustation)의 위험이 발생한다.
공급된 세정제가 아미노산염의 결정화를 위해 필요한 레벨로 농축되는 NOx-리클레이머의 증발기 내에서, 황산염, 특히 황산칼륨의 용해성은 증발을 위해 필요한 높은 온도로 인해 기본적으로 증가된다. 그러나 증발기 내에서 특히 황산칼륨의 용해성이 물 분율(water fraction)의 감소에 따라, 즉, 아미노산염-농도의 증가에 따라 초비례적으로 감소된다. 이렇게, 황산염의 바람직하지 못한 결정화는 제외될 수 없다.
따라서, 세정제 내의 황산염의 바람직하지 못한 농축의 방지를 위해, 세정제로부터 황의 고갈(depletion)을 보장하는 것이 처리 공정의 작동 기간 동안 절대적으로 필요하다. 따라서, SOx-리클레이밍 공정은 가스 화력 발전소 응용 시에도 기본적으로 필수적이다.
이러한 문제를 고려하여, 제3 단계에서 본 발명은, 통상적인 NOx-리클레이머가 세정제로부터 활성 성분의 분리에 부가적으로, 마찬가지로 황의 필수적인 고갈을 가능케 하도록 변형된 처리 유닛이 사용될 경우, 세정제의 바람직한 처리 또는 재생이 저렴하고 간단하게 실행되는 것이 가능한 것을 인식한다.
이를 위해, 황산염의 결정화, 그리고 특히 황산칼륨의 결정화를 통해 세정제로부터 황산화물을 제거하기 위한 결정화기로서 형성된 수집 용기가 증발 단계의 증발기 및/또는 열교환기에 연결된다. 이로써, 증발 단계의 부분으로서의 NOx-리클레이밍 공정에서 사용된 수집 용기가, 황산염의 제거를 위해, 특히 황산칼륨의 제거를 위해 바람직한 기능을 충족시키도록 변형된다.
이러한 방식으로, 처리 유닛은, 특히 적은 황 분율을 갖는 가스 화력 발전소 응용을 위해 적합하도록, 통상적인 SOx-리클레이머 및 통상적인 NOx-리클레이머의 기능을 조합한다. 주 공정으로부터 황의 고갈을 위해, 전형적인 SOx-리클레이머의 적어도 필요한 기능, 구체적으로, 예를 들어 황산칼륨 형태로, 세정제 내에 함유된 황산화물의 제어된 결정화는 확실히 덜 복잡하고 저렴한 조합된 처리 유닛으로 인계된다.
다시 말하자면, 결정화기로서 형성된 수집 용기에 의해 통상적인 SOx-리클레이머의 주요 부품이 NOx-리클레이머 내로 통합됨으로써, 별도의 부분 설비로서의 SOx-리클레이머가 제거될 수 있다.
통상적으로 NOx-리클레이밍 공정에 사용되는 증발기 및/또는 열교환기와, 결정화기로서 형성된 수집 용기의 조합을 통해, 세정제로부터 황산염의 제어된 결정화를 가능케 하는 적합한 증발 결정화기가 제공된다. 결정화가 증발 결정화기의 수집 용기 내로 변위됨으로써, 증발기가 스케일 성장으로부터 보호되거나 또는 스케일 형성 및 그 발생 가능성이 상당히 감소된다.
증발 단계에서 사용된 증발기는 예를 들어 강하막 증발기 또는 박막 증발기로서 형성될 수 있다. 증발기로부터, 농후화된 또는 농축된 세정제가 수집 용기 내로 안내된다. 농후화는 세정제의 활성 성분의 농축을 통해 수행되며, 이를 위해 물이 증발기 내에서 세정제로부터 축출된다.
증발 단계에서 열교환기가 사용될 경우, 열교환기 내에서 특히 입자로 적재된 세정제의 가열이 수행된다. 가열된 세정제는 입자의 분리를 위해 마찬가지로 수집 용기 내로 안내된다. 전체적으로, 열교환기 및 수집 용기를 갖는 증발 단계를 통해, 세정제의 가열 과정 및 세정제의 증발 과정이 세정제의 농후화 또는 농축을 위해 서로로부터 분리된다.
열교환기와 상응하는 수집 용기의 조합으로서, 예를 들어 오슬로 정출기(Oslo crystallizer), 흡출관식(draft tube) 결정화기 또는 FC(forced circulation; 강제 순환)-결정화기가 알려져 있다.
순환 결정화기로서 사용되는 FC-결정화기에서, 수집 용기에서 부분 유동, 즉, 세정제 내의 황산칼륨의 현탁액이 추출되어 열교환기의 가열 도관을 통해 펌핑된다. 열교환기 내에서 가열된 현탁액은 다시 수집 용기로 재순환된다. 수집 용기 내의 부압에 의해 수집 용기의 경계면에서 물이 증발된다. 수증기가 배출됨으로써, 수집 용기 내에 과포화가 형성되며 입자가 결정화된다. 결정화된 입자는 생성물 스트림으로서 배출되며 재이용을 위해 공급될 수 있다.
처리 유닛 내에서, 특히 황산염이 알칼리 금속으로부터 분리될 수 있다. 그러나 칼륨 함유 세정제의 사용을 통해, 특히 세정제로부터 황산칼륨의 결정화가 가능하며 바람직하다.
수집 용기의 결정화기 기능을 보장하기 위해, 수집 용기가 통상적인 NOx-리클레이머에 사용된 수집 용기에 비해 더 크게 치수화되는 것은 특히 바람직하다. 세정제 또는 세정제로부터의 현탁액과, 결정화된 황산염 입자의 혼합을 위해, 수집 용기에는 상응하는 교반기를 장착된다. 대안적으로, 혼합을 위해 순환식 펌핑도 가능하다.
수집 용기 내로의 처리되는 세정제의 공급은 바람직하게는 세정제의 황산염 풍부 유입 유동을 처리 유닛으로 공급하는 분리 장치의 탈착 유닛과 수집 용기의 결합을 통해 수행된다.
본 발명의 바람직한 구성에서, 수집 용기는 황산염 입자의 형성을 위한 결정화 챔버를 포함한다. 바람직하게는, 결정화된 황산염 입자를 그 입자 크기에 따라 분리하기 위한 분류 장치도 수집 용기 내에 포함된다. 이 경우에, 결정화된 입자는 특히 황산칼륨 입자이다. 특히 황산칼륨 입자가 그 안에서 형성되는 결정화 챔버는 바람직하게는, 실제로 원통형 용기로 형성되며, 이 용기 내에는 세정제 및 세정되는 황산염 입자가 존재한다. 분류 장치 내에서, 형성된 황산염 입자가 그 크기에 따라 분리된다. 이 경우에, 큰 황산염 입자가 전반적으로 중간 및 작은 황산염 입자로부터 분리된다.
본 발명의 다른 바람직한 구성에서, 황산염 입자를 그 입자 크기에 따라 분리하기 위한 분류 장치는 제1 분류 영역 및 제2 분류 영역을 갖는 분류 구역 형태로 결정화기 내에 구성된다. 따라서, 이는 바람직하게는 결정화기의 주변 영역 내에 제공된 내부 분류 구역이다. 이 경우에, 분류 구역은 바람직하게는 예를 들어 이른바 안정화 배플(calming baffles)이 이용되는 동심의 안정화 구역으로서 형성된다. 이로써, 수집 용기 및 증발기는 내부 분류 기능을 갖는 증발 결정화기를 나타낸다.
수집 용기가 분리 유닛과 연결되는 경우 더 바람직하다. 분리 유닛은 수집 용기 또는 결정화기로부터 추출된 현탁액의 고체-액체 분리에 사용된다. 순수 활성 성분의 분리를 위해, 종래에는 증발기 또는 NOx-리클레이머의 연결된 수집 용기로부터 직접 SOx-리클레이밍 공정의 결정화기로 공급된 세정제가 먼저, 고체-액체 분리의 범주 내에서, 분리 유닛 내에서, 결정화된 황산염으로부터 정화된다. 여기서 형성된 분리 유닛의 상부 흐름(overflow)은, 후속적으로 상이하게 사용될 수 있는 입자가 적은(low-particle) 정화 흐름(clean flow)이다.
분리 유닛의 생성된 하부 흐름(underflow)은 고체-액체 분리의 범주 내에서 분리된 황산염 입자를 함유한다. 하부 흐름 내에 함유된 황산염 입자를 결정핵으로서 수집 용기 내에서 사용할 수 있기 위해, 분리 유닛의 추가의 유출부가 바람직하게는 수집 용기의 유입부와 연결된다.
기본적으로, 분리 유닛 내에서 고체-액체 분리를 위해, 분리 유닛에 공급된 현탁액 내에 여전히 함유된 황산염 입자의 세정제로부터의 바람직한 분리를 허용하는 다앙한 장치가 사용될 수 있다. 분리 유닛이 습식 사이클론으로서 구성되는 경우 바람직하다. 습식 사이클론은, 그 안에서 현탁액 내에 함유된 고체 입자가 분리되거나 분류되는 액체 혼합물을 위한 원심력 분리기이다. 이 경우에, 고체-액체 분리의 범주 내에서, 입자가 사이클론의 벽에 침착되며 하부 흐름에 의해 방출되는 반면, 실제로 입자가 없는 부분은 상부 흐름을 통해 배출된다.
바람직하게는, 분류 장치의 경우에, 수집 용기의 제1 분류 영역으로부터 배출되고, 실제로 단지 중간 크기 및 작은 크기의 황산염 입자만을 포함하는 현탁액이 분리 유닛으로 공급된다.
바람직하게는, 분리 유닛의 유출부는 세정제의 활성 성분의 회수를 위해 추가의 결정화기와 연결된다. 이로써, 분리 유닛은 결정화기로서 형성된 수집 용기와, NOx-리클레이머의 결정화기 사이에 유동 기술적으로 중간 연결됨으로써, 분리 유닛으로부터 NOx-리클레이머의 결정화기로의 황산염 및 입자가 적은 제1 부분 유동의 전달이 수행될 수 있다. 이 경우에, 제1 부분 유동은 바람직하게는 분리 유닛의 상부 흐름의 부분 유동이다.
세정제 내에 함유된 활성 성분, 즉, 예를 들어 칼륨 아미노산염의 회수 하의 결정화기 내 처리는 이산화탄소의 첨가 및 동시적인 냉각을 이용하는 이와 관련된 세정제의 pH값의 하강에 의해 수행된다. 이에 의해, 활성 성분이 침전되고 결과적으로 다시 공정으로 재순환될 수 있다. 특히, 니트라이트 및 니트레이트와 같은 추가의 부산물 및 분해 부산물(decomposition product) 그리고 붕괴 부산물(degradation product)은 용해된 형태로 폐수로서 공정으로부터 제거되어 폐기물 재이용을 위해 공급될 수 있다.
분리 유닛의 유출부가 증발기의 유입부와 연결되는 것은 특히 바람직하다. 이 경우에, 분리 유닛의 상부 흐름의 제2 부분 유동, 즉, 주 유동은 종래와 같이 통상 증발기 내로 도달되는데, 이는 증발기에서 세정제의 활성 성분의 농축 및 이와 관련된 세정제의 농후화를 목적으로 물을 축출하기 위한 것이다.
다른 바람직한 구성에서, 수집 용기는 유출부를 통해 수집 용기의 유입부와 연결된다. 이러한 구성은, 증발 단계가 수집 용기가 연결된 열교환기를 포함할 경우 특히 바람직하다. 바람직하게는, 열교환기가 수집 용기의 유출부와 수집 용기의 유입부 사이에 연결됨으로써, 추출된 세정제가 순환부 내에서 열교환기를 통해 안내될 수 있다. 세정제의 가열은 증발 단계의 열교환기 내에서 수행되며, 물의 증발 및 그로부터 형성되는 세정제의 과포화는 증발 단계의 수집 용기 내에서 수행된다.
바람직하게는, 분리 유닛의 유출부가 수집 용기의 유입부와 연결된다. 이러한 연결을 통해, 분리 유닛에서 추출된 상부 흐름의 부분 유동, 바람직하게는 주 유동이 상기 연결을 통해 수집 용기 내로 재순환된다. 이러한 연결은, 수집 용기와 연결된 열교환기가 증발 단계 내에서 사용될 경우 바람직하다.
바람직한 다른 구성에서, 분리 유닛의 유출부가 이산화탄소 분리 장치의 흡착 유닛의 유입부와 연결된다. 이로써, 분리 유닛의 상부 흐름의 제3 부분 유동이 연도 가스로부터의 이산화탄소 분리 공정으로 다시 재순환될 수 있다. 이러한 재순환은, 황산염의 축출을 위해, 세정제의 손실과 관련된 세정제의 재생을 위해 경제적으로 요구될 수도 있는 것보다 더 많은 세정제가 처리되어야 할 경우에 특히 바람직하다.
다른 바람직한 구성에서, 세정제 내의 알칼리 농도, 특히 칼륨 농도의 설정을 위한 계량 장치가 수집 용기에 연결된다. 계량 장치에 의해, 공정 중에 알칼리 평형 또는 칼륨 평형이 일정하게 유지되는 것이 가능하다. 이는, 예를 들어 공정으로부터 칼륨의 공급 또는 회수를 통해 수행될 수 있다. 이 경우에, 칼륨 공급은 오히려 SOx-리클레이머가 지배적인 석탄 화력 발전소 응용의 황 농후 연도 가스에서 예측된다. 통상적으로 NOx-리클레이머가 지배적인 가스 화력 발전소 응용에서와 같이 황이 매우 희박한 공정에서, 상기 공정으로부터 제거되어야 하는 칼륨이 농축될 수 있다.
바람직하게는, 제2 분류 영역은 수집 용기의 유출부를 통해, 침전된 황산염을 위한, 특히 황산칼륨을 위한 재이용 장치와 결합된다. 결정화 시에 그리고 황산염 입자의 그 크기에 따른 분류 시에, 바람직하게는 수집 용기의 바닥에 위치하는 제2 분류 영역으로부터 현탁액이 추출될 수 있다. 이를 위해, 바람직하게는, 결정화된 황산염을 공정으로부터 축출하는 오수 펌프로서 구성된 펌프가 사용된다. 이 경우에, 축출된 현탁액은, 재이용 장치의 수집 용기 내에 축적되는 통상 3중량%와 10중량% 사이의 황산칼륨의 분율을 갖는다. 여기서, 고체 분율은 NOx-리클레이머의 결정화기 및 주 공정에 공급된 입자가 적은 유출 유동을 위한 펌프의 방출율에 대한 오수 펌프의 방출율의 비율을 통해 설정될 수 있다.
수집 용기 또는 결정화기로부터 추출된 현탁액은 특히 황산칼륨 입자를 고체-액체 분리를 통해 분리할 수 있으며, 계속 처리하여 결과적으로 저장 또는 예를 들어 비료로서 계속 사용을 위해 이용될 수 있다. 고체-액체 분리를 위한 분리 장치로서, 예를 들어 필터, 경사 분리기(decanter) 또는 원심 분리기가 사용될 수 있다.
양호한 흡수 용량으로 인해, 세정제의 활성 성분으로서 바람직하게는, 아미노산염, 특히 칼륨 함유 암모니아산염이 사용된다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 제2 과제는, 세정제를 이용하여 연도 가스로부터 이산화탄소를 분리하기 위한 흡착 유닛 및, 유동 기술적으로 흡착 유닛 하류에 연결되며 세정제로부터 이산화탄소를 분리하기 위한 탈착 유닛을 포함하는 이산화탄소 분리 장치에 의해 해결되며, 상기 분리 장치는, 상술된 처리 유닛이 유동 기술적으로 탈착 유닛의 하류에 연결되는 것을 특징으로 한다.
흡착 유닛 및 탈착 유닛은, 이산화탄소가 적재된 세정제 및 상응하여 재생된 세정제가 순환하는 도관을 통해 유동 기술적으로 서로 연결된다. 분리 공정 중에, 분리 장치를 이용하여, 연도 가스 내에 함유된 이산화탄소가 세정제에 의해 원 가스로부터 세정된다. 세정제는 질소산화물뿐만 아니라 황산화물, 그리고 그 부산물을 공통의 리클레이밍 공정에서 제거할 수 있는 처리 유닛으로 공급된다.
상술된 분리 유닛 및 그 바람직한 구성에 대해 언급된 장점은 바람직하게는 분리 장치로 인계될 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 제3 과제는 황산화물 및/또는 질소산화물에 의해 오염된 세정제의 처리 방법에 의해 해결되며, 세정제는, 그 활성 성분의 농축을 위해, 증발기 및/또는 열교환기 및, 유동 기술적으로 증발기 및/또는 열교환기와 연결된 수집 용기를 갖는 증발 단계로 공급되며, 수집 용기 내에서, 세정제 내에 함유된 황산화물이 황산염 입자로서, 특히 황산칼륨 입자로서 결정화되는 것을 특징으로 한다.
다시 말하자면, 수집 용기는, 세정제 내에 함유된 황산화물이 황산염 입자로서, 특히 황산칼륨 입자로서 결정화되는 결정화기로서 구성된다.
본 발명의 바람직한 구성에서, 황산염 입자는 수집 용기의 결정화 챔버 내에서 형성된다. 더 바람직하게는, 황산염 입자는 수집 용기의 분류 장치 내에서 그 입자 크기에 따라 분리된다. 바람직하게는 결정화기의 주변 영역 내에 통합된 분류 구역 내에서 수행되는 분류 시에, 큰 황산염 입자가 특히 큰 황산칼륨 입자가 전반적으로 중간 및 작은 황산칼륨 입자로부터 분리된다.
바람직하게는, 황산염 입자가 수집 용기로부터 분리 장치로 공급된다. 바람직하게는, 분류 장치의 경우에, 실제로 작은 그리고 중간의 황산염 입자를 갖는, 특히, 실제로 작은 그리고 중간의 황산칼륨 입자를 갖는 제1 부분 유동이 수집 용기로부터 분리 장치로 공급된다. 분리 유닛 내에서, 세정제 내에 아직 존재하는 황산염 입자가 세정제로부터 분리된다. 이는 분리 유닛의 하부 흐름으로서 다른 바람직한 구성에서 결정핵으로서 다시 수집 용기로 공급될 수 있다.
바람직한 구성에서, 제2 부분 유동이 수집 용기로부터 열교환기로 공급된다. 이를 위해, 제2 부분 유동은 바람직하게는 수집 용기의 바닥에서 제2 분류 영역으로부터 추출되고 특히 큰 황산염 입자를 포함한다. 그 다음, 제2 부분 유동은 열교환기 내에서 가열된다.
세정제의 과포화를 달성하기 위해, 제2 부분 유동은 열교환기를 통과한 후에 바람직하게는 수집 용기 내로 재순환된다. 여기서, 수집 용기 내에 존재하는 바람직하게는 100밀리바의 부압에 의해 물이 열 방출 하에 수집 용기의 경계면에서 증발된다. 물 또는 수증기의 배출을 통해 과포화가 형성되고 용액 내에서 입자가 성장한다.
더 바람직하게는, 세정제로부터 활성 성분의 회수를 위해 분리 유닛의 상부 흐름의 제1 부분 유동이 추가의 결정화기 내로 공급된다. 이 경우에, 상부 흐름은 성공적인 고체-액체 분리 후에 그 유출부를 통해 분리 유닛을 벗어나는 입자가 적은 정화 흐름이다. 추가의 결정화기 내로의 제1 부분 유동의 공급을 통해, 세정제의 활성 성분의 바람직한 회수에 부가적으로, 추가로, 바람직하지 못한 추가의 부산물 및 분해 부산물이 세정제로부터 제거되어 폐수로서 재이용을 위해 공급될 수 있다.
바람직하게는, 분리 유닛의 상부 흐름의 제2 부분 유동이 증발기로 공급되어, 이로써 세정제의 활성 성분의 농축을 목적으로 물의 축출이 제공된다. 분리 유닛의 상부 흐름의 제3 부분 유동이 흡착 유닛의 다른 바람직한 구성에서 분리 장치에 공급된다.
열교환기의 사용 시에, 바람직하게는 마찬가지로, 세정제의 활성 성분의 회수를 위한 추가의 결정화기로의 상부 흐름의 제1 부분 유동의 공급이 수행된다. 또한, 분리 장치의 흡착 유닛으로 상부 흐름의 제3 부분 유동의 공급이 특히 바람직하다. 분리 유닛의 상부 흐름의 제2 부분 유동의 공급은 바람직하게는 수집 용기 내에서 수행된다. 이를 위해, 분리 유닛의 유출부가 바람직하게는 수집 용기의 유입부와 연결된다.
바람직하게는, 세정제 내의 알칼리 농도, 특히 칼륨 농도가, 수집 용기에 연결된 계량 장치를 통해 설정됨으로써, 필요에 따라, 알칼리 농도가 공정 중에 증가 또는 감소될 수 있다.
바람직하게는, 실제로 큰 황산염 입자, 특히 실제로 큰 황산칼륨 입자를 갖는 황산염 입자가 풍부한 제2 부분 유동이 수집 용기로부터 재이용 장치로 공급된다. 이를 위해, 큰 고체 분율을 갖는 액체의 공급을 위해 적합하며 수집 용기의 바닥에서 제2 부분 유동을 축출하는 예를 들어 오수 펌프가 이용될 수 있다.
바람직하게는, 세정제의 활성 성분은 아미노산염, 특히 칼륨 함유 아미노산염이 사용된다.
바람직하게는, 처리 유닛 및 분리 장치에 대해 그리고 그 개선예에 대해 언급된 장점들은 바람직하게는 방법의 바람직한 구성으로 인계된다.
이하, 본 발명의 실시예가 도면을 참조로 상세히 설명된다.
도 1은 증발기 및 그에 연결된 수집 용기를 가지며 황산화물 및/또는 질소산화물에 의해 오염된 세정제를 위한 처리 유닛을 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 처리 유닛을 갖는 이산화탄소 분리 장치를 도시한다.
도 1에는 황산화물 및/또는 질소산화물에 의해 오염된 세정제를 위한 처리 유닛(1)이 도시된다. 처리 유닛(1)은, 세정제의 활성 성분의 농축을 통해, 오염된 세정제를 농후화시키기 위한 박막 증발기로서 구성된 증발기(3)와, 증발기(3)와 연결된 수집 용기(7)를 갖는 증발 단계(2)를 포함한다.
이러한 수집 용기(7)는 기본적으로 NOx-리클레이머 내에서 세정제의 처리 시에 사용되는데, NOx-리클레이머 내에서 수집 용기는 NOx-리클레이머의 결정화기에 공급 가능한 세정제를 위한 리시버 용기로서 또는 펌프 리시버로서 사용된다.
이에 대한 차이점으로서, 처리 유닛(1)의 수집 용기(7)는 황산칼륨의 결정화를 통해 세정제로부터 황산화물의 제거를 위한 결정화기(9)로서 구성된다. 종래에 사용된 수집 용기에 비해 결정화기(9)는 더 크게 치수화되나, 경우에 따라 강제적으로 교반기(10)를 장착하지는 않는다.
결정화기(9)로서 형성된 수집 용기(7)로 세정제의 공급은 도시되지 않은 이산화탄소 분리 장치의 탈착 유닛으로부터 수행된다. 탈착 유닛으로부터, 세정제의 활성 성분으로서 사용된 아미노산염의 약 30중량%를 갖는 황산염 풍부 유입 유동(11)이 수집 용기(7) 내로 안내되어, 그곳에서, 증발기(3)로부터의 아미노산염의 농후화된 세정제 (약 60중량%)와 혼합된다. 유입 유동(11)은 30℃와 40℃ 사이의 유입 온도를 갖는 반면, 수집 용기(7) 내의 온도는 60℃와 65℃ 사이에 있다. 온도 상승에도 불구하고, 세정제 내의 황산칼륨의 용해도는 강하게 하강하고 세정제는 과포화된다.
그 다음, 세정제의 과포화는 결정화기(9) 내에서 황산칼륨의 결정화에 의해 감소된다. 이를 위해, 결정화기(9)는 결정화 챔버(12)를 장착하여 구성된다.
추가로, 결정화기(9)는, 결정화 챔버(12) 내에서 결정화된 황산칼륨 입자를 그 입자 크기에 따라 분리하는 것을 가능케 하는 분류 장치(13)를 포함한다. 분류 장치(13)는 제1 분류 영역(15) 및 제2 분류 영역(16)을 갖는 분류 구역(14) 형태로 결정기(9) 내에 형성된다. 제1 분류 영역(15) 내에는 실제로 작은 크기 및 중간 크기의 황산칼륨 입자가 수집되고, 제2 분류 영역(16) 내에는 큰 황산칼륨 입자가 수집된다. 따라서, 수집 용기(7) 및 증발기(3)는 내부 분류 기능을 갖는 증발 결정화기를 나타낸다.
그 입자 크기에 따라 황산칼륨 입자가 분리된 후에, 세정제의 제1 부분 유동(17)은 펌프(19)를 통해 수집 용기(7)로부터 습식 사이클론으로서 형성된 분리 유닛(21)으로 공급된다. 이를 위해, 제1 분류 영역(15)은 수집 용기(7)의 유출부(22)를 통해 분리 유닛(21)의 유입부(23)와 결합된다. 실제로 제1 부분 유동(17)은, 결정화기(9)의 분류 구역(15) 내에서 무거운 입자로부터 분리된 중간 및 작은 황산칼륨 입자를 포함한다.
또한, 수집 용기(7)의 유출부(24)를 통해, 황산칼륨 입자가 풍부한 제2 부분 유동(25)이 제2 분류 영역(16)으로부터, 오수 펌프로서 형성된 펌프(27)를 통해, 수집 용기(7)로부터 재이용 장치(29)로 공급된다. 이 경우에, 축출된 현탁액, 즉, 제2 부분 유동(25)은 3중량%와 10중량% 사이의 황산칼륨 분율을 가지며, 고체 분율은 오수 펌프(27)의 배출율을 통해 설정될 수 있다.
분리 유닛(21) 내에서 제1 부분 유동(17) 내에 함유된 황산칼륨의 중간 및 작은 입자가 세정제로부터 분리된다. 고체-액체 분리 시에 생성되는 하부 흐름(30)은 세정제로부터 분리된 황산칼륨 입자를 포함하는데, 이 황산 칼륨 입자는 분리 유닛(21)의 유출부(31)와 수집 용기(7)의 유입부(32)의 결합을 통해 결정핵으로서 다시 결정화 공정으로 공급된다.
고체-액체 분리 시에 생성되는 상부 흐름(34), 즉 입자가 적은 정화 흐름의 제1 부분 유동(33)은, 세정제의 활성 성분의 회수를 위해 분리 유닛(21)의 유출부(35)로부터 펌프(36)를 통해 추가의 결정화기(37)로 공급된다. 결정화기(37)는 NOx-리클레이밍 공정을 위한 결정화기로서 구성된다.
또한, 분리 유닛(21)이 증발기(3)와 결합된다. 결합은 분리 유닛의 유출부(35)를 통해 증발기(3)의 유입부(38)로 이루어진다. 상부 흐름(34)의 제2 부분 유동(39), 즉, 주 유동은 다시 증발기(3) 내로 재순환될 수 있고, 그곳에서 세정제의 활성 성분의 농축을 위해 물을 축출한다.
분리 유닛(21)의 상부 흐름(34)의 제3 부분 유동(41)은 펌프(43)를 이용하여 도시되지 않은 이산화탄소 분리 장치의 흡착 유닛으로 공급된다. 이를 위해, 분리 유닛(21)의 유출부(35)는 흡착 유닛의 유입부(44)와 결합되며, 이는 도 2에 도시된다. 이러한 방식의 복귀는, 황산칼륨의 축출을 위해, 세정제의 손실과 관련된 세정제의 재생을 위해 경제적으로 요구될 수도 있는 것보다 더 많은 세정제가 처리되어야 하는 경우에 제공된다.
세정제 내의 칼륨 농도의 설정을 위해, 결정화기(9)로서 형성된 수집 용기(7)에 계량 장치(45)가 연결된다. 계량 장치(45)는 두 개의 펌프(47, 49)를 포함하며, 예를 들어 가스 화력 발전소 응용에서 칼륨의 바람직하지 못한 농축 또는 대안적으로, 예를 들어 석탄 화력 발전소 응용에서 칼륨의 바람직하지 못한 결핍을 방지하기 위해, 상기 펌프들을 이용하여 추가의 반응물이 시스템에 공급될 수 있다.
도 2에서 황산화물 및/또는 질소산화물에 의해 오염된 세정제를 위한 추가의 처리 유닛(51)이 도시된 것을 볼 수 있다. 처리 유닛(51)은 열교환기(53)를 갖는 증발 단계(52) 및 열교환기(53)에 연결된 수집 용기(7)를 포함한다. 열교환기(53)와 수집 용기(7)의 이러한 조합은 FC(forced circulation; 강제 순환)-결정화기로서 알려져 있다.
도 1에 따른 증발 단계(2)와의 차이점은, 본 실시예에서 제2 유출부(54)를 통해 제2 부분 유동(55)이 수집 용기(7)로부터 추출된다는 것이다. 제2 부분 유동(55)은 펌프(56)를 통해 열교환기(53)에 공급된다. 열교환기(53) 내에서 제2 부분 유동(55)은 가열 도관을 통과하여 상응하게 가열된다. 열교환기(53)를 통과한 후, 가열된 제2 부분 유동(55)은 수집 용기(7)의 유입부(57)를 통해 수집 용기에 공급된다.
수집 용기(7) 내에는 약 100밀리바의 부압이 존재함으로써, 물이 열 방출 하에 수집 용기(7)의 경계면에서 증발된다. 물 또는 수증기의 배출을 통해 과포화가 형성되고 세정제 내에서 입자가 성장한다.
도 1에 따른 처리 유닛(1)과의 차이점으로, 처리 유닛(51) 또는 증발 단계(52)가 증발기 대신에 열교환기(53)를 포함하기 때문에, 분리 유닛(21)의 유출부(35)로부터 추출된 상부 흐름(34)의 제2 부분 유동(39)이 수집 용기(7)로 공급된다. 이를 위해, 분리 유닛(21)의 유출부(35)는 수집 용기(7)의 유입부(58)와 연결된다.
여기서, 처리 유닛(51)의 다른 구성 부품의 기능의 설명과 관련하여 도 1에 따른 처리 유닛(1)의 상세한 설명이 참조된다.
도 3에는 도 1에 따른 처리 유닛(1)을 갖는 이산화탄소 분리 장치(61)가 도시된다. 분리 장치(61)는 흡착 유닛(63) 및 이와 유동 기술적으로 결합된 탈착 유닛(65)을 포함한다. 처리 유닛(1)은 유동 기술적으로 처리 유닛 하류에 연결된다.
흡착 유닛(63) 내에서, 연도 가스 유동이 세정제, 즉, 칼륨 함유 아미노산염과 접촉되며, 세정제 내에 함유된 이산화탄소가 세정제 내에서 흡수된다. 동시에, 연도 가스 내에 함유된 황산화물 및 질소산화물도 흡착 유닛(63) 내에 함께 적재되고 세정제 내에서 흡수된다. 그 다음, 적재된 세정제는 도시되지 않은 열교환기를 통해 탈착 유닛(65)으로 안내되는데, 탈착 유닛에서는 흡수된 이산화탄소가 열적 탈착을 통해 세정제로부터 제거된다.
그 다음, 세정제 내에 잔류하는 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)은 유동 기술적으로 탈착 유닛(65) 하류에 연결된 처리 유닛(1) 내에서 세정제로부터 제거되며, 이는 흡착-탈착 공정의 범주 내에서 새로운 사용을 위해 상응하게 재생된다. 이를 위해, 세정제는 유입 유동(11)으로서 처리 유닛(1)의 수집 용기(7) 내로 공급된다. 세정제의 상응하는 처리는 이러한 관점에서 참조되는 도 1에 상세히 설명된다.
물론, 도 2에 도시된 처리 유닛(51)도 분리 장치(61) 내에서 사용될 수 있다.

Claims (26)

  1. 황산화물 또는 질소산화물에 의해 오염된 액체 세정제를 위한 처리 유닛(1, 51)이며, 상기 처리 유닛은 증발기(3) 또는 열교환기(53) 및, 증발기(3) 또는 열교환기(53)와 연결된 수집 용기(7)를 갖는 세정제의 활성 성분의 농축을 위한 증발 단계(2, 52)를 포함하며, 수집 용기(7)는 유출부(22)를 통해 분리 유닛(21)과 연결되는 처리 유닛(1, 51)에 있어서,
    수집 용기(7)는 황산염의 결정화를 통해 세정제로부터 황산화물을 제거하기 위한 결정화기(9)로서 구성되고, 분리 유닛(21)의 유출부(35)는 세정제의 활성 성분의 회수를 위해 추가의 결정화기(37)와 연결되는 것을 특징으로 하는 처리 유닛(1, 51).
  2. 제1항에 있어서, 분리 유닛(21)은 습식 사이클론으로서 구성되는 것을 특징으로 하는 처리 유닛(1, 51).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 수집 용기(7)는 결정화된 황산염 입자를 그 입자 크기에 따라 분리하기 위한 분류 장치(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 유닛(1, 51).
  4. 제3항에 있어서, 분류 장치(13)는 제1 분류 영역(15) 및 제2 분류 영역(16)을 갖는 분류 구역(14) 형태로 결정기(9) 내에 형성되며, 제1 분류 영역(14)은 수집 용기(7)의 제1 유출부(22)를 통해 분리 유닛(21)의 유입부(23)와 연결되는 것을 특징으로 하는 처리 유닛(1, 51).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 분리 유닛(21)의 유출부(35)는 증발기(3)의 유입부(38)와 연결되는 것을 특징으로 하는 처리 유닛(1, 51).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 수집 용기(7)는 유출부(54)를 통해 수집 용기(7)의 유입부(57)와 연결되는 것을 특징으로 하는 처리 유닛(1, 51).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 분리 유닛(21)의 유출부(35)는 수집 용기(7)의 유입부(58)와 연결되는 것을 특징으로 하는 처리 유닛(1, 51).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 분리 유닛(21)의 유출부(35)는 이산화탄소 분리 장치(61)의 흡착 유닛(63)의 유입부(44)와 연결되는 것을 특징으로 하는 처리 유닛(1, 51).
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 세정제 내의 알칼리 농도의 설정을 위한 계량 장치(45)가 수집 용기(7)에 연결되는 것을 특징으로 하는 처리 유닛(1, 51).
  10. 제4항에 있어서, 제2 분류 영역(15)은 수집 용기(7)의 유출부(24)를 통해, 침전된 황산염을 위한 재이용 장치(29)와 연결되는 것을 특징으로 하는 처리 유닛(1, 51).
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 아미노산염이 세정제의 활성 성분으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 처리 유닛(1, 51).
  12. 세정제를 이용하여 연도 가스로부터 이산화탄소를 분리하기 위한 흡착 유닛(63)과, 흡착 유닛(63) 하류에 연결되며 세정제로부터 이산화탄소를 분리하기 위한 탈착 유닛(65)을 포함하는 이산화탄소 분리 장치(61)에 있어서,
    제1항 또는 제2항에 따른 처리 유닛(1, 51)이 탈착 유닛(65)의 하류에 연결되는 것을 특징으로 하는 분리 장치.
  13. 황산화물 또는 질소산화물에 의해 오염된 세정제의 처리 방법이며, 세정제는, 그 활성 성분의 농축을 위해, 증발기(3) 또는 열교환기(53) 및 증발기(3) 또는 열교환기(53)와 연결된 수집 용기(7)를 갖는 증발 단계(2, 52)로 공급되는 처리 방법에 있어서,
    수집 용기(7) 내에서, 세정제 내에 함유된 황산화물이, 수집 용기(7)로부터 분리 유닛(21)에 공급되는 황산염 입자로서 결정화되고, 분리 유닛(21)의 상부 흐름(34)의 제1 부분 유동(33)이 세정제의 활성 성분의 회수를 위해 추가의 결정화기(37)로 공급되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  14. 제13항에 있어서, 황산염 입자는 수집 용기(7)의 분류 장치(13) 내에서 그 입자 크기에 따라 분리되며, 작은 그리고 중간의 황산칼륨 입자를 갖는 제1 부분 유동(17)이 수집 용기(7)로부터 분리 유닛에 공급되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 증발기 단계(2, 52)에 열교환기(53)가 포함되고, 제2 부분 유동(55)이 수집 용기(7)로부터 열교환기(53)로 공급되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  16. 제15항에 있어서, 제2 부분 유동(55)은 열교환기(53)를 통과한 후 수집 용기(7) 내로 재순환되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  17. 제14항에 있어서, 분리 유닛(21)의 상부 흐름(34)의 제2 부분 유동(39)이 증발기(3)로 공급되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  18. 제14항에 있어서, 분리 유닛(21)의 상부 흐름(34)의 제2 부분 유동(39)이 수집 용기(7)에 공급되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  19. 제14항에 있어서, 분리 유닛(21)의 상부 흐름(34)의 제3 부분 유동(41)이 분리 장치(61)의 흡착 유닛(63)에 공급되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  20. 제13항 또는 제14항에 있어서, 세정제 내의 알칼리 농도가, 수집 용기(7)에 연결된 계량 장치(45)를 통해 설정되는 것을 특징으로 처리 방법.
  21. 제13항 또는 제14항에 있어서, 큰 황산염 입자를 갖는 황산염 입자가 풍부한 제2 부분 유동(25)이 수집 용기(7)로부터 재이용 장치(29)로 공급되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  22. 제13항 또는 제14항에 있어서, 세정제의 활성 성분으로서 아미노산염이 사용되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
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