KR101956926B1 - 산성가스 처리장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

이 발명은, 플래시 드럼 및 압축기를 구성하여 고온의 증기를 발생시켜서 재생탑 내부로 공급함으로써 재생탑에서의 스팀 사용량을 줄이고, 고온의 스팀을 재생탑으로 바로 투입하지 않고 플래시 드럼과 열교환을 시킴으로써 고온 열화 및 부식이 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 플래시 드럼의 운전 온도를 높임으로써 동일 감압 조건하에서 기액분리 효율을 높이고 전제 증기 발생을 증대시킬 수 있는, 산성가스 처리장치 및 방법에 관한 것으로서,
가스투입라인을 통하여 입력되는 배가스의 이산화탄소를 흡수제와 결합시킴으로써 제거하는 흡수탑과, 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 펌프를 거쳐서 입력받아서 열교환하기 위한 열교환기와, 열교환된 흡수제에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시키기 위한 재생탑과, 재생탑으로부터 배출되는 이산화탄소와 수증기의 혼합가스를 응축시키기 위한 응축기와, 응축기에 연결되어 응축수를 분리해서 재생탑으로 다시 공급하는 기액분리장치와, 재생탑에 열에너지를 공급하는 리보일러와, 재생탑의 하단에서 배출되는 린아민을 플래시 증발시켜서 증기를 발생시키는 플래시 드럼과, 플래시 드럼으로부터 발생된 증기를 고온 고압의 증기로 압축시키는 압축기와, 재생탑으로부터 펌프에 의해 공급되는 이산화탄소가 탈거된 재생 흡수제를 흡수탑 수준의 온도로 낮추어서 흡수탑으로 공급하는 열교환기를 포함하여 이루어진다.

Description

산성가스 처리장치 및 방법{Apparatus for treating acidic gas and methof thereof}
이 발명은 산성가스 처리장치 및 방법에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면, 플래시 드럼 및 압축기를 구성하여 고온의 증기를 발생시켜서 재생탑 내부로 공급함으로써 재생탑에서의 스팀 사용량을 줄이고, 고온의 스팀을 재생탑으로 바로 투입하지 않고 플래시 드럼과 열교환을 시킴으로써 고온 열화 및 부식이 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 플래시 드럼의 운전 온도를 높임으로써 동일 감압 조건하에서 기액분리 효율을 높이고 전제 증기 발생을 증대시킬 수 있는, 산성가스 처리장치 및 방법에 관한 것이다. 조
산업화가 시작된 19세기 초반부터 에너지 산업에서 사용되는 석탄, 석유, LNG 등과 같은 화석연료의 사용 증가로 인하여, 대기 중에 CO2, CH4, H2S, COS(황화 카르보닐) 등과 같은 산성가스의 농도가 급격하게 증가하였다. 이러한 산성가스, 특히 이산화탄소는 지구를 온난화시킨다는 것이 밝혀지면서, 세계적으로 배출 및 처리에 대한 규제가 엄격해지고 있다. 1992년 6월 브라질 리우에서 열린 환경과 개발에 관한 UN 회의를 통하여 지구온난화에 대한 국제적 관심을 불러 일으켰고, 미국과 일본을 포함한 선진국들은 지구온실가스 배출량을 1990년 대비 5.2% 감축하기로 합의하는 등 산성가스 저감방안에 대한 국제적 합의가 이루어지고 있다.
이산화탄소 배출 증가를 억제하기 위한 기술로서는, 이산화탄소 배출감소를 위한 에너지 절약기술, 배출가스로부터 이산화탄소의 포집 및 저장 기술(Carbon dioxide capture and storage: CCS), 이산화탄소를 이용하거나 고정화시키는 기술, 이산화탄소를 배출하지 않는 대체 에너지기술 등이 있다.
이 중에서 CCS 기술은 발전소 및 산업시설에서 대량으로 나오는 온실가스를 가장 효과적으로 처리할 수 있는 기술로 인식됨에 따라, G-8과 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change) 및 IEA(International Energy Agency) 등 국제 유력기구에서 기술개발 및 활용을 적극적으로 독려하고 있다.
CCS 기술 중에서도 이산화탄소 포집 기술은 전체 비용의 상당 부분을 차지하는 중요 기술로서, 지금까지 연구되고 있는 기술로는 이산화탄소의 처리 위치에 따라 연소전, 연소중, 연소후 방법으로 나뉘며, 처리 방법에 따라 흡수법, 흡착법, 막분리법, 심냉법 등이 있다.
이 중에서 흡수법은 대용량의 가스 및 저농도의 가스 분리에 적합하기 때문에, 대부분의 대형 산업체 및 발전소로의 적용이 용이하여 에이비비 러머스 크레스트(ABB lummus Crest)사의 공정이 트로나(Trona, CA, USA) 및 쉐디 포인트(Shady Point, Oklahoma, USA)에서 운전되고 있으며, 관련 기술들이 대한민국 특허공개 제2010-35335호 등에 개시되어 있다.
도 1은 일반적인 산성가스 처리 장치의 구성도이다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 일반적인 산성가스 처리치는, 가스투입라인(1)을 통하여 입력되는 배가스의 이산화탄소를 흡수제와 결합시킴으로써 제거하는 흡수탑(2)과, 이산화탄소를 흡수한 흡수제(3)를 펌프(9)를 거쳐서 입력받아서 열교환하기 위한 열교환기(12)와, 열교환된 흡수제에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시키기 위한 재생탑(4)과, 재생탑(4)으로부터 배출되는 이산화탄소와 수증기의 혼합가스(8)를 응축시키기 위한 응축기(도시되지 않음)와, 응축기(도시되지 않음)에 연결되어 응축수를 분리해서 재생탑(4)으로 다시 공급하는 기액분리장치(도시되지 않음)와, 재생탑(4)에 열에너지를 공급하는 리보일러(5)와, 재생탑(4)으로부터 펌프(10)에 의해 공급되는 이산화탄소가 탈거된 재생 흡수제(6)를 흡수탑 수준의 온도로 낮추어서 흡수탑(2)으로 공급하는 열교환기(11)를 포함하여 이루어진다.
상기한 구성에 의한 일반적인 산성가스 처리장치의 작용은 다음과 같다.
가스투입라인(1)의 냉각된 배가스가 흡수탑(2)으로 유입되어 40~60℃의 온도에서 흡수제(6)와 접촉되며, 이 과정에서 이산화탄소는 흡수제(6)와 결합되어 제거된다.
이와 같이 이산화탄소가 제거된 배가스(7)는 펌프에 의해 순환되는 세척수를 이용하여 흡수제 또는 증기가 비말되는 것이 방지되면서 흡수탑(2)으로부터 배출된다. 배가스(7)의 이산화탄소의 농도는 흡수제(6)와의 화학 반응으로 감소시킬 수 있지만, 낮은 이산화탄소 농도를 유지하기 위해서는 흡수탑(2)이 높아져야 한다. 흡수탑(2)의 운전온도는 흡수제의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 40℃ 내지 60℃의 범위로 유지될 수 있다.
흡수탑(2)에서 화학적 결합에 의해 이산화탄소를 흡수한 흡수제(3)는 펌프(9)를 통해 열교환기(12)로 전달되어 열교환기(12)에 의해서 가열되며, 이와 같이 열교환기(12)에 의해 가열된 흡수제는 재생탑(4)의 상부로 주입된다.
재생탑(4)에서는 높은 온도(110-140℃) 및 대기압 정도의 압력에서 흡수제의 재생이 수행된다. 이와 같은 고온의 재생 조건을 유지하기 위하여 터빈 수증기 등의 열원이 리보일러(5)로부터 공급되며, 이 과정에서 열에너지가 소모된다. 재생탑(4)으로 공급되는 열에너지는 흡수제에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시킨다.
이와 같이 흡수제로부터 탈거된 이산화탄소와 수증기의 혼합가스(8)는 응축기(도시되지 않음)에서 응축되고, 기액분리장치(도시되지 않음)에서 이산화탄소 가스와 응축수로 분리된 후, 응축수는 재생탑(4)으로 다시 공급된다.
이산화탄소가 탈거된 재생 흡수제는 펌프(10)에 의해 열교환기(11)로 공급되고, 열교환기(11)를 거쳐서 흡수탑 수준의 온도로 낮추어져서 흡수탑(2)으로 이송된다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래의 산성가스 처리장치는, 고온의 스팀이 재생탑으로 바로 들어감으로써 고온 열화 및 부식이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고온의 스팀을 재생탑으로 바로 투입하지 않고 플래시 드럼과 열교환을 시킴으로써 고온 열화 및 부식이 발생되는 것을 방지할 수 있는 산성가스 처리장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 플래시 드럼의 운전 온도를 높임으로써 동일 감압 조건하에서 기액분리 효율을 높이고 전제 증기 발생을 증대시킬 수 있는 산성가스 처리장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 장치의 구성은, 가스투입라인을 통하여 입력되는 배가스의 이산화탄소를 흡수제와 결합시킴으로써 제거하는 흡수탑과, 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 펌프를 거쳐서 입력받아서 열교환하기 위한 열교환기와, 열교환된 흡수제에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시키기 위한 재생탑과, 재생탑으로부터 배출되는 이산화탄소와 수증기의 혼합가스를 응축시키기 위한 응축기와, 응축기에 연결되어 응축수를 분리해서 재생탑으로 다시 공급하는 기액분리장치와, 재생탑에 열에너지를 공급하는 리보일러와, 재생탑의 하단에서 배출되는 린아민을 플래시 증발시켜서 증기를 발생시키는 플래시 드럼과, 플래시 드럼으로부터 발생된 증기를 고온 고압의 증기로 압축시키는 압축기와, 재생탑으로부터 펌프에 의해 공급되는 이산화탄소가 탈거된 재생 흡수제를 흡수탑 수준의 온도로 낮추어서 흡수탑으로 공급하는 열교환기를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 장치의 구성은, 상기한 플래시 드럼은 스테인레스 재질의 자켓 타입으로 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 장치의 구성은, 상기한 플래시 드럼의 운전 압력은 0.1 내지 1.0 barg로 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 장치의 구성은, 상기한 압축기의 운전압력은 재생탑의 운전압력 대비 0.1 내지 0.5 barg 높게 운전되면 바람직하다.
이 발명의 방법의 구성은, (a) 혼합가스가 흡수탑의 내부로 투입되는 단계, (b) 흡수탑으로 공급된 혼합가스 및 흡수제가 향류 접촉하여 혼합가스 중의 산성가가 선택적으로 흡수제와 반응하는 단계, (c) 흡수탑에서 혼합가스 중의 산성가스와 반응한 흡수제가 펌프를 통해 재생탑으로 이송되는 단계, (d) 재생탑에서 하부의 리보일러(Reboiler)에서 생성된 고온의 스팀 또는 열 에너지에 의해 흡수제와 화학적으로 결합한 산성가스를 분리하는 단계, (e) 재생탑의 하부에서 고온의 스팀 또는 열에너지에 의해 이산화탄소(CO2)가 제거된 흡수제(린 아민 흡수제)를 플래시 드럼으로 이송시키는 단계, (f) 플래시 드럼으로 이송된 고온 고압의 린 아민 흡수제를 감압을 시켜서 증기 및 액상의 흡수제로 분리한 후, 액상의 흡수제는 흡수탑으로 재순환시키고, 발생된 증기는 압축기로 이송시키는 단계, (g) 압축기로 이송된 증기는 기계적 회전에 의해 고온 고압의 증기로 재압축시키는 단계, (h) 압축기에서 배출된 증기를 플래시 드럼의 외부 자켓으로 연결하여 플래시 드럼과 열교환하는 단계, (i) 플래시 드럼과 열교환이 끝난 증기는 재생탑으로 재이송시키는 단계를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 방법의 구성은, 상기한 플래시 드럼은 스테인레스 재질의 자켓 타입을 사용하면 바람직하다.
이 발명의 방법의 구성은, 상기한 플래시 드럼의 운전 압력은 0.1 내지 1.0 barg로 운전되면 바람직하다.
이 발명의 방법의 구성은, 상기한 압축기의 운전압력은 재생탑의 운전압력 대비 0.1 내지 0.5 barg 높게 운전되면 바람직하다.
이 발명의 방법의 구성은, 상기한 흡수제로는 아민계, 아미노산염, 무기염계 용액, 암모니아수 등을 단독 혹은 혼합하여 사용하면 바람직하다.
이 발명은, 플래시 드럼 및 압축기를 구성하여 고온의 증기를 발생시켜서 재생탑 내부로 공급함으로써 재생탑에서의 스팀 사용량을 줄이고, 고온의 스팀을 재생탑으로 바로 투입하지 않고 플래시 드럼과 열교환을 시킴으로써 고온 열화 및 부식이 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 플래시 드럼의 운전 온도를 높임으로써 동일 감압 조건하에서 기액분리 효율을 높이고 전제 증기 발생을 증대시킬 수 있는, 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 산성가스 처리장치의 구성도이다.
도 2는 이 발명의 일 실시예에 따른 산성가스 처리장치의 구성도이다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.
또한, 본원의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 정의된 것으로서, 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 일예로서, 방향에 관한 용어는 설명상의 편의를 위하여 도면상에 표현된 위치를 기준으로 설정하기로 한다.
도 2는 이 발명의 일 실시예에 따른 산성가스 처리장치의 구성도이다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일 실시예에 따른 산성가스 처리장치의 구성은, 가스투입라인(21)을 통하여 입력되는 배가스의 이산화탄소를 흡수제와 결합시킴으로써 제거하는 흡수탑(23)과, 이산화탄소를 흡수한 흡수제(24)를 펌프(25)를 거쳐서 입력받아서 열교환하기 위한 열교환기(16)와, 열교환된 흡수제에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시키기 위한 재생탑(27)과, 재생탑(27)으로부터 배출되는 이산화탄소와 수증기의 혼합가스(32)를 응축시키기 위한 응축기(도시되지 않음)와, 응축기(도시되지 않음)에 연결되어 응축수를 분리해서 재생탑(32)으로 다시 공급하는 기액분리장치(도시되지 않음)와, 재생탑(32)에 열에너지를 공급하는 리보일러(재생탑 일체형)와, 재생탑(27)의 하단에서 배출되는 린아민을 플래시 증발시켜서 증기를 발생시키는 플래시 드럼(33)과, 플래시 드럼(33)으로부터 발생된 증기를 고온 고압의 증기로 압축시키는 압축기(28)와, 재생탑(27)으로부터 펌프(29)에 의해 공급되는 이산화탄소가 탈거된 재생 흡수제(33)를 흡수탑 수준의 온도로 낮추어서 흡수탑(23)으로 공급하는 열교환기(30)를 포함하여 이루어진다.
상기한 플래시 드럼(33)은 스테인레스 재질의 자켓 타입으로 이루어지며, 운전 압력은 0.1 내지 1.0 barg로 이루어진다.
상기한 압축기(28)의 운전압력은 재생탑(27)의 운전압력 대비 0.1 내지 0.5 barg 높게 운전하는 구조로 이루어진다.
본 발명에 따른 산성가스 처리방법은, (a) 혼합가스가 흡수탑(23)의 내부로 투입되는 단계, (b) 흡수탑(23)으로 공급된 혼합가스 및 흡수제가 향류 접촉하여 혼합가스 중의 산성가가 선택적으로 흡수제와 반응하는 단계, (c) 흡수탑(23)에서 혼합가스 중의 산성가스와 반응한 흡수제가 펌프(25)를 통해 재생탑(27)으로 이송되는 단계, (d) 재생탑(27)에서 하부의 리보일러(Reboiler)에서 생성된 고온의 스팀 또는 열 에너지에 의해 흡수제와 화학적으로 결합한 산성가스를 분리하는 단계, (e) 재생탑(27)의 하부에서 고온의 스팀 또는 열에너지에 의해 이산화탄소(CO2)가 제거된 흡수제(린 아민 흡수제)를 플래시 드럼(33)으로 이송시키는 단계, (f) 플래시 드럼(33)으로 이송된 고온 고압의 린 아민 흡수제를 감압을 시켜서 증기 및 액상의 흡수제로 분리한 후, 액상의 흡수제는 흡수탑(23)으로 재순환시키고, 발생된 증기는 압축기(28)로 이송시키는 단계, (g) 압축기(28)로 이송된 증기는 기계적 회전에 의해 고온 고압의 증기로 재압축시키는 단계, (h) 압축기(28)에서 배출된 증기를 플래시 드럼(33)의 외부 자켓으로 연결하여 플래시 드럼(33)과 열교환하는 단계, (i) 플래시 드럼(33)과 열교환이 끝난 증기는 재생탑(27)으로 재이송시키는 단계를 포함한다.
상기한 흡수제는 습식 산성가스 처리 공정에 적용이 가능한 흡수제로서, 아민계, 아미노산염, 무기 염계 용액, 암모니아수 등을 단독 혹은 혼합하여 사용할 수 있다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 일 실시예에 따른 산성가스 처리장치 및 방법의 작용은 다음과 같다.
산성가스를 처리하기 위한 공정은, 크게 흡수탑과 탈거탑에서의 2 단계로 구분하여 나누어 볼 수 있으며 각 단계별 상세 내용은 다음과 같다.
1단계 : 흡수탑
산성가스가 포함된 혼합가스가 냉각장치에 의해 일차 냉각된 후, 흡수탑(23)에 의해 발생되는 압력강하를 극복하기 위하여 가스 블로어(22)를 통해 흡수탑 하부로 이송된다. 가스블로어(22)를 통해 이송되는 혼합가스는 흡수제와 반대 방향으로 흡수탑(23)을 통과하면서 배가스중의 산성가스와 흡수제가 화학적으로 결합한다. 흡수탑(23)의 내부는 비정형(Random) 혹은 정형(Structured) 충진물을 구성하여 기상의 배가스와 액상 흡수제간의 반응성을 향상시킨다.
이와 같이 흡수탑(23)의 내부로 투입되는 혼합 가스는 흡수제와 화학적으로 반응을 하고 산성가스가 제거된 가스는 흡수탑 상단의 스크러버를 통과하는데, 가스 중에 포함된 소량의 흡수제 및 수분 등은 스크러버에서 포집되어 흡수탑(23)으로 재순환되고, 탈거가 이루어진 가스(31)는 대기 중으로 배출된다. 흡수탑(23)의 운전온도는 사용되는 흡수제의 종류 및 배가스 조성에 따라 달라질 수 있는데 일반적으로 25～60℃ 범위에서 운전이 이루어진다.
2단계 : 재생탑
흡수탑(23)에서 산성가스와 화학적으로 반응한 산성가스 포화 흡수제는 열교환기(26)를 거쳐 예열된 후 재생탑(27)의 상부로 공급되는데, 재생탑(27)의 상부로 인입된 산성가스 포화 흡수제는 재생탑(27)의 하부로 이동하면서 재생탑(27)의 하부의 리보일러(재생탑 일체형)에서 발생되는 스팀 또는 열 에너지에 의하여 산성가스가 탈거되고 흡수제는 재생된다. 재생탑(27)의 상부로는 물(H2O) 성분을 포함한 탈거된 산성가스(32)가 냉각기(도시되지 않음)로 이동되며, 여기에서 대부분의 증기는 냉각되어 기체/액체 2상의 유체가 생성된 후 리플럭스 드럼(도시되지 않음)으로 이송된다.
리플럭스 드럼(도시도지 않음)에서는 기상의 산성가스와 응축수로 상 분리되며, 산성가스는 이후 회수및 처리공정으로 이송되어 용도에 따라 저장 또는 다른 유용한 고부가 화학물질로 전환이 가능하다. 응축수는 리플럭스 드럼(도시되지 않음)을 통하여 다시 재생탑(27)의 상부로 이송되어 재생탑(27)의 상부로 상승하는 기체에 존재하는 부유물을 세정하는 역할을 한다.
리보일러(재생탑 일체형)로부터 이송되는 재생된 흡수제는 흡수제 순환펌프(29)를 통하여 열교환기(30)를 거쳐 흡수탑(23)의 상부로 이송된다. 재생탑(32)의 운전온도는 흡수제의 종류 및 배가스 조성에 따라 달라질 수 있는데 일반적으로 90～14 0℃ 범위에서 운전이 이루어진다.
재생탑(27)의 하단에는 플래시 드럼(33) 및 압축기(28)를 설치하여 재생탑(27)의 하단에서 배출되는 린아민(34)을 플래시 증발시켜서 증기를 발생시키고, 발생된 증기를 다시 재생탑(27)의 내부로 공급하여 결국 재생탑(27)에서의 스팀 사용량을 줄일 수 있는 증기 재압축 공정을 추가하게 된다. 증기 재압축 공정과의 연계를 위해 재생탑(27)의 운전 압력은 1.5 내지 2.5 barg 범위가 적당하다. 운전 압력이 1.5barg 이하인 경우에는 이후 플래시 드럼(33)에서 발생되는 증기의 양이 적기 때문에 바람직하지 않으며, 2.5barg 이상으로 운전되는 경우에는 흡수제 재생을 위해 필요한 스팀의 사용량이 증가되어 운전비용이 증가하므로 바람직하지 않다.
플래시 드럼(33)의 압력제어는 압축기(28)로 연결되는 출구라인(33-2)에 설치된 글로브 밸브 등을 이용하여 미세 조정하는데, 운전 압력은 0.1 내지 1.0 barg가 적당하다. 운전 압력을 0.1 barg 미만으로 하는 경우에는 이후 압축공정에서의 압축비가 증대됨에 따라 다단의 압축공정을 적용하여야 하므로 바람직하지 않고, 1.0 barg 이상으로 운전하는 경우에는 플래시 드럼(33)에서 발생되는 증기의 양이 감소하기 때문에 증기 재압축 기술의 효과를 기대하기 어렵다.
상기한 압축기(28)를 거친 증기(28-1)의 온도는 170도 이상의 매우 고온이므로, 고온의 증기를 재생탑(27)으로 직접 투입할 경우에는 고온 열화발생 및 장치 부식의 심화가 우려되어 바람직하지 않다.
따라서 플래시 드럼(33)을 스테인레스 재질의 자켓형태로 구성을 하여, 압축기(28)를 거쳐서 발생되는 고온의 스팀이 플래시 드럼(33)의 외부 자켓으로 투입되게 함으로써 플래시 드럼(33)의 운전온도를 증가시키고, 고온의 스팀 온도는 상대적으로 낮아지도록 열교환을 시킨다. 이는 증기 재압축 기술에 있어 플래시 드럼(33)의 운전온도가 증가하게 되면 동일 압력하에서 증기의 발생량이 증가하기 때문에 결론적으로 재생탑(27)에서의 스팀 사용량 감소를 유도할 수 있다.
<실시예 1> 흡수탑(23)의 하단의 가스 투입라인(21)을 통해 연소가스를 2m3/hr 유량으로 투입하였다. 흡수탑(23)으로 투입되는 가스의 온도는 40℃로 조정하여 석탄화력발전소의 탈황탑 이후에 배출되는 운전조건과 동일한 값을 갖도록 하였고 공정상에서 순환하는 흡수제의 유량은 분당 100 ml/min으로 고정하였다. 재생탑(27)의 하부의 운전온도 및 운전압력은 각각 110℃. 2.0 barg로 조정하였다. 재생탑 하부에서 배출되는 린 아민 흡수제는 이후 플래시드럼(33)으로 이송시켰으며, 플래시 드럼(33)의 운전 압력은 0.5 barg로 조정하여 고온의 아민흡수제가 플래스 드럼(33)에서 감압에 의한 기액 분리가 이루어지도록 하였다. 플래시 드럼(33)에서 생성된 증기는 이후 압축기(28)로 투입이 되는데, 압축기(28)의 운전압력은 2.5 barg로 운전하였다. 압축기(28)에서 생성된 고온고압의 스팀은 이후 다시 플래시드럼(33)의 외부 자켓으로 연결이 되고 플래시 드럼(33)과의 열교환이 끝난 스팀은 다시 재생탑(27)으로 투입되도록 하였다. 이러한 조건에 대하여 실험을 수행한 후, 재생탑(27)에서의 스팀 사용량을 포함하는 실험결과들을 하기 표 1에 나타내었다.
<실시예 2> 상기 실시예 1에서, 플래시 드럼(33)의 운전압력이 1.0 barg로 운전된 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였으며, 이를 통하여 얻은 재생탑(27)에서의 스팀사용량 및 기타 운전조건을 표 1에 나타내었다.
<비교예 1> 상기 실시예 1에서, 압축기(28)에서 발생하는 고온고압의 증기를 플래시 드럼(33)으로 이송시키지 않고 바로 재생탑(23)으로 투입하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였으며, 이를 통하여 얻은 재생탑(27)에서의 스팀사용량 및 기타 운전조건을 표 1에 나타내었다.
<비교예 2> 상기 실시예 1에서, 플래시 드럼(33) 및 압축기(28)를 거쳐서 발생된 증기를 플래시 드럼(33)과의 열교환 없이 바로 재생탑(27)으로 투입하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였으며, 이를 통하여 얻은 재생탑(27)에서의 스팀사용량 및 기타 운전조건을 표 1에 나타냈었다.
증기재압축 적용유무 플래시드럼 열교환 플래시드럼 압력
(barg)		 플래시드럼
온도
(℃)		 제생탑에서의 재생에너지
(GJ/tCO2)
실시예1 ○ ○ 0.5 110 3.5
실시예2 ○ ○ 1.0 106 3.6
비교예1 X - - - 4.1
비교예2 ○ X 0.5 96 3.8
분석결과 실시예 1 및 실시예 2의 경우 동일 조건의 비교예 1과 비교하여 플래시 드럼(33)의 추가에 따른 스팀 사용량 젖감으로 인해 재생탑(27)에서의 재생에너지가 크게 감소함을 확인할 수 있다. 또한, 비교예 2의 플래시 드럼(33)과의 열교환이 없는 경우 플래시 드럼(33)의 온도가 실시예 1 및 실시예 2의 경우와 비교하여 10도 이상 낮았으며 이로 인한 기액 분리도 저하로 스팀 발생량이 감소하여 실시예 1 및 실시예 2에 비하여 재생에너지 개선 효과가 낮음을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명은 플래시 드럼 및 압축기를 구성하여 재생탑 하부에서 배출되는 린아민을 플래시 증발시켜서 증기를 발생시키고, 발생된 증기를 다시 재생탑 내부로 공급함으로써 재생탑에서의 스팀 사용량을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 압축기를 거친 고온의 스팀을 바로 재생탑 내부로 투입하지 않고 플래시 드럼과 열교환을 시킴으로써, 고온의 스팀이 재생탑으로 바로 들어가는 경우에 발생될 수 있는 고온 열화 및 부식 등의 문제점을 해결하고, 플래시 드럼의 운전온도를 높임으로써 동일 감압조건하에서 기액분리 효율을 높이고 전체 증기 발생효과를 증대시켰다.
그리고, 본 발명은 동일 갑압하에서 증기발생량이 증대되어 재생탑으로 투입되는 스팀의 발생량이 상대적으로 감소됨에 따라 전체 공정의 경제성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기존 공정의 경우 증기재압축 이후에 배출되는 증기의 온도가 높아서 추가로 물공급 탱크 및 부속라인등의 구성이 필요하였으나 본 발명에 따른 공정에서는 이의 구성이 필요치 않기 때문에 공정의 단순화가 가능하다.
23 : 흡수탑 27 : 재생탑
28 : 압축기 33 : 플래시 드럼

Claims (4)

  1. 가스투입라인을 통하여 입력되는 배가스의 이산화탄소를 흡수제와 결합시킴으로써 제거하는 흡수탑과,
    이산화탄소를 흡수한 흡수제를 펌프를 거쳐서 입력받아서 열교환하기 위한 열교환기와,
    열교환된 흡수제에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시키기 위한 재생탑과,
    상기 재생탑으로부터 배출되는 이산화탄소와 수증기의 혼합가스를 응축시키기 위한 응축기와,
    상기 응축기에 연결되어 응축수를 분리해서 상기 재생탑으로 다시 공급하는 기액분리장치와,
    상기 재생탑에 열에너지를 공급하는 리보일러와,
    상기 재생탑의 하단에서 배출되는 린아민 흡수제를 감압시켜서 증기와 액상의 흡수제로 분리하는 플래시 드럼과,
    상기 플래시 드럼으로부터 발생된 증기를 고온 고압의 증기로 압축하여, 상기 플래시 드럼의 외부 자켓으로 제공하는 압축기와,
    상기 재생탑으로부터 펌프에 의해 공급되는 이산화탄소가 탈거된 재생 흡수제를 흡수탑 수준의 온도로 낮추어서 흡수탑으로 공급하는 열교환기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 산성가스 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기한 플래시 드럼의 외주 자켓은 스테인레스 재질의 자켓 타입으로 이루어지며, 상기한 플래시 드럼의 운전 압력은 0.1 내지 1.0 barg로 이루어지며, 상기한 압축기의 운전압력은 재생탑의 운전압력 대비 0.1 내지 0.5 barg 높게 운전되는 것을 특징으로 하는 산성가스 처리장치.
  3. (a) 혼합가스가 흡수탑의 내부로 투입되는 단계,
    (b) 흡수탑으로 공급된 혼합가스 및 흡수제가 향류 접촉하여 혼합가스 중의 산성가스가 선택적으로 흡수제와 반응하는 단계,
    (c) 상기 흡수탑에서 혼합가스 중의 산성가스와 반응한 흡수제가 펌프를 통해 재생탑으로 이송되는 단계,
    (d) 재생탑에서 하부의 리보일러(Reboiler)에서 생성된 고온의 스팀 또는 열 에너지에 의해 흡수제와 화학적으로 결합한 산성가스를 분리하는 단계,
    (e) 상기 재생탑의 하부에서 고온의 스팀 또는 열에너지에 의해 이산화탄소(CO2)가 제거된 흡수제(린 아민 흡수제)를 플래시 드럼으로 이송시키는 단계,
    (f) 상기 플래시 드럼으로 이송된 고온 고압의 린 아민 흡수제를 감압을 시켜서 증기 및 액상의 흡수제로 분리한 후, 액상의 흡수제는 상기 흡수탑으로 재순환시키고, 발생된 증기는 압축기로 이송시키는 단계,
    (g) 상기 압축기로 이송된 증기는 기계적 회전에 의해 고온 고압의 증기로 재압축시키는 단계,
    (h) 상기 압축기에서 재압축된 증기를 상기 플래시 드럼의 외부 자켓으로 연결하여 상기 플래시 드럼과 열교환하는 단계,
    (i) 상기 플래시 드럼과 열교환이 끝난 증기는 상기 재생탑으로 재이송시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 산성가스 처리방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기한 플래시 드럼은 스테인레스 재질의 자켓 타입을 사용하며, 상기한 플래시 드럼의 운전 압력은 0.1 내지 1.0 barg로 운전되며, 상기한 압축기의 운전압력은 재생탑의 운전압력 대비 0.1 내지 0.5 barg 높게 운전되는 것을 특징으로 하는 산성가스 처리방법.
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