KR102070162B1 - Apparatus for absorbing carbon dioxide and method for absorbing carbon dioxide using thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 흡수탑, 재생탑, 농축탑 및 상기 농축탑에서 공급된 암모니아 기체를 60~80℃로 냉각하여 제조된 응축수를 농축탑으로 재공급하고, 응축되지 않은 암모니아 기체를 재생탑으로 공급하는 응축기를 포함하는 이산화탄소 포집 장치를 제공한다. 또한, 이산화탄소 제거 단계, 배가스 세정 단계, 암모니아수 재생 단계, 이산화탄소 세정 단계, 암모니아 농축 단계 및 상기 암모니아 농축 단계에서 분리된 암모니아 기체를 60~80℃로 냉각하여 제조된 응축수를 상기 암모니아 농축 단계로 재공급하고, 응축되지 않은 암모니아 기체를 상기 암모니아수 재생 단계로 공급하는 암모니아수 응축 단계를 포함하는 이산화탄소 포집 방법을 제공한다.
본 발명의 이산화탄소 포집 장치 및 이산화탄소 포집 방법을 사용함으로써, 응축 과정에서 중탄산암모늄염의 형성에 따른 배관 막힘을 방지할 수 있으며, 흡수탑에서 배출되는 이산화탄소 함유 암모니아수와 농축탑에서 재생탑으로 유입되는 암모니아 및 수분을 포함하는 가스의 열교환에 따라 응축 과정의 열손실을 보충할 수 있어, 이산화탄소 포집 방법의 경제성 및 효율성을 향상시킬 수 있다. 아울러 블로우 다운수를 최소화함에 따라 첨가제의 손실을 최소화하여 이산화탄소의 포집 효율을 증대시킬 수 있는 이산화탄소 포집 방법을 제공한다.In the present invention, the absorption tower, the regeneration tower, the concentration tower, and the ammonia gas supplied from the concentration tower are cooled to 60-80 ° C. to supply the condensed water to the concentration tower, and to supply the uncondensed ammonia gas to the regeneration tower. Provided is a carbon dioxide capture device comprising a condenser. In addition, the carbon dioxide removal step, exhaust gas washing step, ammonia water regeneration step, carbon dioxide washing step, ammonia concentration step and the ammonia gas separated in the ammonia concentration step cooled to 60 ~ 80 ℃ to supply the condensed water to the ammonia concentration step And it provides a carbon dioxide capture method comprising ammonia water condensation step of supplying the non-condensed ammonia gas to the ammonia water regeneration step.
By using the carbon dioxide capture device and carbon dioxide capture method of the present invention, it is possible to prevent the blockage of the pipe due to the formation of ammonium bicarbonate salt in the condensation process, ammonia water and carbon dioxide containing ammonia discharged from the absorption tower and ammonia introduced into the regeneration tower from the concentration tower and The heat exchange of the gas containing water can compensate for the heat loss of the condensation process, thereby improving the economics and efficiency of the carbon dioxide capture method. In addition, it provides a carbon dioxide capture method that can increase the capture efficiency of carbon dioxide by minimizing the loss of additives by minimizing the blow down water.

Figure R1020130078174
Figure R1020130078174

Description

이산화탄소 포집 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 포집 방법{Apparatus for absorbing carbon dioxide and method for absorbing carbon dioxide using thereof}Apparatus for absorbing carbon dioxide and method for absorbing carbon dioxide using

본 발명은 이산화탄소 포집 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 포집 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 응축기의 응축 온도를 한정하고, 흡수탑에서 배출되는 이산화탄소 함유 암모니아수와 농축탑에서 재생탑으로 유입되는 암모니아 기체 및 수분을 열교환시켜 공정의 유연성을 높이는 이산화탄소 포집 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 포집 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a carbon dioxide capture device and a method for capturing carbon dioxide using the same, and specifically, condensation temperature of the condenser, and to heat exchange the ammonia water and the ammonia gas and water flowing into the regeneration tower from the ammonia-containing ammonia discharged from the absorption tower It relates to a carbon dioxide capture device and a carbon dioxide capture method using the same to increase the flexibility of the process.

지구 온난화 등의 문제로 이산화탄소에 대한 관심이 높아지면서, 발전소 및 제철소 등의 이산화탄소 다량 배출원을 중심으로 이산화탄소를 효과적으로 분리 및 포집하고자 하는 연구들이 지속적으로 이루어지고 있다. 이산화탄소를 포집하기 위한 다양한 방법들 중 화학흡수법이 상용화 단계에 가장 적합한 기술로 알려져 있는데, 화학흡수법은 알칼리계열의 흡수액을 이용하여 이산화탄소를 포집하는 기술로서, 이산화탄소를 흡수한 흡수액은 외부에서 공급된 열에 의해 재생되는 방식으로 이산화탄소를 포집한다. 화학흡수법에서 사용하는 대표적인 이산화탄소 흡수액으로는 아민계 흡수액인 MEA (monoethanolamine), DEA (diethanolamine), MDEA (methyldiethanolamine), AMP (2-amino 2-methyl 1-propanol)가 있으며, 이외에 탄산칼륨 용액과 암모니아 수 등 다양한 흡수액이 개발되고 있다.
As the interest in carbon dioxide is increasing due to global warming, researches are being conducted to effectively separate and collect carbon dioxide, mainly from a large amount of carbon dioxide sources such as power plants and steel mills. Among various methods for capturing carbon dioxide, chemical absorption is known as the most suitable technique for commercialization. Chemical absorption is a technique of capturing carbon dioxide using an alkali-based absorbent liquid. CO2 is captured in a manner that is regenerated by the heat. Representative carbon dioxide absorbents used in chemical absorption methods include amine-based absorbents, MEA (monoethanolamine), DEA (diethanolamine), MDEA (methyldiethanolamine) and AMP (2-amino 2-methyl 1-propanol). Various absorbents such as ammonia water have been developed.

상기 화학흡수법을 이용한 이산화탄소 포집 방법의 효율성을 증대시킬 수 있는 기술로는 열교환망 최적화, 첨가제 주입, 흡수탑 냉각 등의 기술이 있으며, 특허공개공보 제2012-0074139호에 개시된 바와 같이 흡수액에 금속염을 첨가제로 주입하여 암모니아의 휘발을 억제하거나, 암모니아와 이산화탄소의 흡수 속도를 증대시키는 연구가 진행되고 있다.
Techniques for increasing the efficiency of the carbon dioxide capture method using the chemical absorption method include techniques such as heat exchange network optimization, additive injection, absorption tower cooling, etc., as disclosed in Patent Publication No. 2012-0074139 Is injected as an additive to suppress the volatilization of ammonia or to increase the absorption rate of ammonia and carbon dioxide is being studied.

도 1에 나타난 바와 같이 상기 첨가제를 이용하는 종래의 이산화탄소 포집 방법에서는 이산화탄소를 포함하고 있는 가스에서 흡수탑(101)으로 유입되는 수분과 농축탑(103)에서 재생탑(102)으로 유입되는 수분에 의해 변동되는 흡수탑(101) 및 재생탑(102) 내의 수위 조절을 위해 흡수액 일부를 외부로 내보내는 블로우 다운(Blow down)을 수행한다. 그러나, 상기 블로우 다운 공정으로 인해 흡수효율을 높이기 위해 흡수액에 포함되는 첨가제가 농축탑(103)으로 유입되어 흡수액에 다시 공급되지 못하고 세정수에 농축되는 문제가 발생하여 세정수의 효율을 저하시킬 뿐 아니라, 흡수액 중의 첨가제의 농도가 낮아지는 문제가 있다.
In the conventional carbon dioxide capture method using the additive as shown in Figure 1 by the water flowing into the absorption tower 101 in the gas containing carbon dioxide and the water flowing into the regeneration tower 102 from the concentration tower 103 Blow down is performed to send a portion of the absorbent liquid to the outside for controlling the water level in the absorption tower 101 and the regeneration tower 102 that are varied. However, due to the blow-down process, the additive contained in the absorbent liquid is introduced into the concentration tower 103 to increase the absorption efficiency, so that the problem of being concentrated in the washing water rather than being supplied again to the absorbent liquid may occur, thereby lowering the efficiency of the washing water. However, there is a problem that the concentration of the additive in the absorbent liquid is lowered.

이를 해결하기 위해 농축탑(103) 상단에 응축기(106)를 설치하여 농축탑(103)에서 재생탑(102)으로 유입되는 암모니아에 포함된 스팀의 일부를 응축시킴으로써, 재생탑(102)으로 유입되는 물의 양을 제어하는 방법이 제안되었다. 그러나, 응축 과정에서 형성되는 중탄산암모늄염이 배관의 막힘을 유발하여 공정의 운전을 저해하고, 농축탑(103) 상단에서 재생탑(102)으로 유입되는 스팀이 응축됨에 따라 열 손실이 발생하여 공정의 열효율이 저하되는 문제가 발생하였다.
In order to solve this problem, a condenser 106 is installed at the top of the concentration tower 103 to condense a part of steam contained in the ammonia introduced from the concentration tower 103 into the regeneration tower 102, thereby entering the regeneration tower 102. A method of controlling the amount of water being proposed has been proposed. However, the ammonium bicarbonate salt formed in the condensation process causes the blockage of the pipe to inhibit the operation of the process, and heat loss occurs as the steam flowing into the regeneration tower 102 from the top of the concentration tower 103 condenses. There was a problem that the thermal efficiency is lowered.

본 발명의 한 측면은 응축기의 응축 온도를 한정하여 응축 과정에서 중탄산암모늄염이 형성되어 배관이 막히는 것을 방지하고, 흡수탑에서 배출되는 이산화탄소 함유 암모니아수와 농축탑에서 재생탑으로 유입되는 암모니아 기체 및 수분을 열교환시킴으로써 공정의 유연성 및 확장성을 향상시킬 수 있는 이산화탄소 포집 장치를 제공하고자 한다.One aspect of the present invention is to limit the condensation temperature of the condenser to prevent the formation of ammonium bicarbonate salt in the condensation process to block the pipe, carbon dioxide-containing ammonia water discharged from the absorption tower and ammonia gas and moisture flowing into the regeneration tower from the concentration tower An object of the present invention is to provide a carbon dioxide capture device that can improve the flexibility and expandability of the process by heat exchange.

본 발명의 또 다른 측면은 응축기의 응축 온도를 한정하여 응축 과정에서 중탄산암모늄염이 형성되는 것을 방지하고, 흡수탑에서 배출되는 이산화탄소 함유 암모니아수와 농축탑에서 재생탑으로 유입되는 암모니아 및 수분을 포함하는 가스를 열교환하여 공정의 열효율을 향상시킬 수 있는 이산화탄소 포집 방법을 제공하고자 한다.
Another aspect of the present invention is to limit the condensation temperature of the condenser to prevent the formation of ammonium bicarbonate salt in the condensation process, a gas containing ammonia water containing carbon dioxide discharged from the absorption tower and ammonia and water flowing into the regeneration tower from the concentration tower The heat exchange to provide a carbon dioxide capture method that can improve the thermal efficiency of the process.

본 발명은 이산화탄소 함유 배가스로부터 이산화탄소를 암모니아수로 흡수하여 배가스를 배출하고, 세정수를 이용하여 흡수액으로부터 휘발된 암모니아를 포집하는 세정부가 일체형으로 구비되는 흡수탑; 상기 흡수탑에서 이산화탄소를 흡수한 이산화탄소 함유 암모니아수가 공급되어, 가열에 의해 상기 공급된 이산화탄소 함유 암모니아수로부터 이산화탄소를 기상으로 배출하여 암모니아수를 재생하고, 세정수를 이용하여 암모니아수 재생시 배출되는 암모니아를 포집하는 세정부가 일체형으로 구비되는 재생탑; 상기 흡수탑 또는 재생탑에서 사용된 암모니아 함유 세정수를 가열하여 암모니아 기체와 암모니아가 제거된 세정수로 분리하고, 상기 분리된 암모니아 기체를 응축기로 공급하며, 상기 암모니아가 제거된 세정수를 흡수탑 및 재생탑으로 공급하는 농축탑; 및 상기 농축탑에서 공급된 암모니아 기체를 60~80℃로 냉각하여 제조된 응축수를 농축탑으로 재공급하고, 응축되지 않은 암모니아 기체를 재생탑으로 공급하는 응축기를 포함하는 이산화탄소 포집 장치를 제공한다.The present invention absorbs carbon dioxide from a carbon dioxide-containing flue gas to ammonia water to discharge the flue gas, and an absorption tower having an integrally provided with a washing unit for collecting ammonia volatilized from the absorbent liquid using the washing water; The carbon dioxide-containing ammonia water absorbed by the carbon dioxide is supplied from the absorption tower, and the carbon dioxide is discharged from the supplied carbon dioxide-containing ammonia water by heating to recover the ammonia water, and the ammonia discharged during the ammonia water recovery using the washing water is collected. Regeneration tower provided with a washing unit integrally; The ammonia-containing washing water used in the absorption tower or the regeneration tower is heated to separate the ammonia gas and the washing water from which the ammonia has been removed, and the separated ammonia gas is supplied to the condenser, and the washing water from which the ammonia has been removed is absorbed. And a concentration tower for supplying the regeneration tower. And it provides a carbon dioxide capture device including a condenser for supplying the condensate produced by cooling the ammonia gas supplied from the concentration tower to 60 ~ 80 ℃ to the concentration tower, and supplies the uncondensed ammonia gas to the regeneration tower.

상기 응축기는 상기 흡수탑에서 배출된 이산화탄소 함유 암모니아수와 상기 농축탑에서 분리된 암모니아 기체를 열교환하는 것일 수 있다.The condenser may be a heat exchange between the carbon dioxide-containing ammonia water discharged from the absorption tower and the ammonia gas separated from the concentration tower.

상기 흡수탑의 암모니아수는　Cu(OH)2, CuCl2, CuSO4 , CoCl2　및 CoO(OH)로 구성되는 금속염 첨가제 및 피페라진, 모노에탄올아민 및 2-아미노-2-메틸-1-프로파놀로 구성되는 아민계 첨가제로부터 선택되는 최소 일종의 첨가제를 포함할 수 있다.
Ammonia water in the absorption tower is a metal salt additive consisting of Cu (OH) 2 , CuCl 2 , CuSO 4 , CoCl 2 and CoO (OH) and piperazine, monoethanolamine and 2-amino-2-methyl-1-propa It may include at least one kind of additives selected from amine additives composed of knol.

본 발명은 또한, 암모니아수를 상기 이산화탄소 함유 배가스에 흡수액으로 공급하여 이산화탄소를 흡수하고, 상기 이산화탄소를 흡수한 이산화탄소 함유 암모니아수를 제1 하부 스트림으로 배출하며, 이산화탄소가 제거된 배가스를 제1 상부 스트림으로 배출하는 이산화탄소 제거 단계; 상기 제1 상부 스트림으로 배출되는 배가스에 세정수를 공급하고, 상기 제1 상부 스트림에 포함된 암모니아를 흡수한 암모니아 함유 세정수를 배출하는 배가스 세정 단계; 상기 제1 하부 스트림을 가열하여 이산화탄소 함유 암모니아수를 이산화탄소 가스의 제2 상부 스트림과 암모니아수의 제2 하부 스트림으로 분리하여 배출하는 암모니아수 재생 단계; 상기 제2 상부 스트림으로 배출되는 이산화탄소 가스에 세정수를 공급하고, 상기 제2 상부 스트림에 포함된 암모니아를 흡수한 암모니아 함유 세정수를 배출하는 이산화탄소 세정 단계; 상기 배가스 세정 단계 및 이산화탄소 세정 단계에서 배출된 암모니아 함유 세정수를 가열하여 암모니아 기체와 암모니아가 제거된 세정수로 분리하고, 상기 분리된 암모니아 기체를 암모니아 응축 단계로 공급하며, 상기 암모니아가 제거된 세정수를 상기 이산화탄소 제거 단계 및 이산화탄소 세정 단계로 공급하는 암모니아 농축 단계; 및 상기 분리된 암모니아 기체를 60~80℃로 냉각하여 제조된 응축수를 상기 암모니아 농축 단계로 재공급하고, 응축되지 않은 암모니아 기체를 상기 암모니아수 재생 단계로 공급하는 암모니아수 응축 단계를 포함하는 이산화탄소 포집 방법을 제공한다.The present invention also supplies ammonia water to the carbon dioxide-containing exhaust gas as an absorbent to absorb carbon dioxide, discharges carbon dioxide-containing ammonia water absorbed into the first lower stream, and discharges carbon dioxide-depleted exhaust gas to the first upper stream. Removing carbon dioxide; Supplying washing water to the exhaust gas discharged to the first upper stream, and exhaust gas cleaning step of discharging the ammonia-containing washing water absorbing the ammonia included in the first upper stream; Ammonia water regeneration step of heating the first lower stream to separate and discharge carbon dioxide-containing ammonia water into a second upper stream of carbon dioxide gas and a second lower stream of ammonia water; Supplying the washing water to the carbon dioxide gas discharged to the second upper stream, and discharging the ammonia-containing washing water absorbing the ammonia included in the second upper stream; The ammonia-containing washing water discharged from the exhaust gas washing step and the carbon dioxide washing step is heated to separate the ammonia gas and the washing water from which the ammonia has been removed, and the separated ammonia gas is supplied to the ammonia condensing step. Ammonia concentration step of supplying water to the carbon dioxide removal step and the carbon dioxide washing step; And ammonia water condensation step of resupplying the condensed water prepared by cooling the separated ammonia gas to 60 to 80 ° C. to the ammonia concentration step, and supplying uncondensed ammonia gas to the ammonia water regeneration step. to provide.

상기 암모니아수 응축 단계는 상기 이산화탄소 제거 단계에서 배출된 이산화탄소 함유 암모니아수와 상기 암모니아 농축 단계에서 분리된 암모니아 기체의 열교환이 수행될 수 있다.The ammonia water condensation step may be a heat exchange of the ammonia-containing ammonia water discharged from the carbon dioxide removal step and the ammonia gas separated in the ammonia concentration step.

상기 이산화탄소 제거 단계의 암모니아수는　Cu(OH)2, CuCl2, CuSO4 , CoCl2　및 CoO(OH)로 구성되는 금속염 첨가제 및 피페라진, 모노에탄올아민 및 2-아미노-2-메틸-1-프로파놀로 구성되는 아민계 첨가제로부터 선택되는 최소 일종의 첨가제를 포함할 수 있다.
The ammonia water in the carbon dioxide removal step is a metal salt additive and piperazine, monoethanolamine and 2-amino-2-methyl-1-prop consisting of Cu (OH) 2 , CuCl 2 , CuSO 4 , CoCl 2 and CoO (OH). It may include at least one kind of additive selected from amine additives composed of panol.

본 발명의 이산화탄소 포집 장치 및 이산화탄소 포집 방법을 사용함으로써, 응축 과정에서 중탄산암모늄염의 형성에 따른 배관 막힘을 방지할 수 있으며, 흡수탑에서 배출되는 이산화탄소 함유 암모니아수와 농축탑에서 재생탑으로 유입되는 암모니아 및 수분을 포함하는 가스의 열교환에 따라 응축 과정의 열손실을 보충할 수 있어, 이산화탄소 포집 방법의 경제성 및 효율성을 향상시킬 수 있다. 아울러 블로우 다운수를 최소화함에 따라 첨가제의 손실을 최소화하여 이산화탄소의 포집 효율을 증대시킬 수 있는 이산화탄소 포집 방법을 제공한다.
By using the carbon dioxide capture device and carbon dioxide capture method of the present invention, it is possible to prevent the blockage of the pipe due to the formation of ammonium bicarbonate salt in the condensation process, ammonia water and carbon dioxide containing ammonia discharged from the absorption tower and ammonia introduced into the regeneration tower from the concentration tower and The heat exchange of the gas containing water can compensate for the heat loss of the condensation process, thereby improving the economics and efficiency of the carbon dioxide capture method. In addition, it provides a carbon dioxide capture method that can increase the capture efficiency of carbon dioxide by minimizing the loss of additives by minimizing the blow down water.

도 1은 종래의 이산화탄소 포집 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 이산화탄소 포집 장치를 개략적으로 도시한 것이다.Figure 1 schematically shows a conventional carbon dioxide capture device.
Figure 2 schematically shows a carbon dioxide capture device of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

도 1은 종래의 이산화탄소 포집 장치를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 이산화탄소 포집 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
Figure 1 schematically shows a conventional carbon dioxide capture device, Figure 2 schematically shows a carbon dioxide capture device of the present invention.

본 발명은 이산화탄소 함유 배가스로부터 이산화탄소를 암모니아수로 흡수하여 배가스를 배출하고, 세정수를 이용하여 흡수액으로부터 휘발된 암모니아를 포집하는 세정부가 일체형으로 구비되는 흡수탑(101); 상기 흡수탑(101)에서 이산화탄소를 흡수한 이산화탄소 함유 암모니아수가 공급되어, 가열에 의해 상기 공급된 이산화탄소 함유 암모니아수로부터 이산화탄소를 기상으로 배출하여 암모니아수를 재생하고, 세정수를 이용하여 암모니아수 재생시 배출되는 암모니아를 포집하는 세정부가 일체형으로 구비되는 재생탑(102); 상기 흡수탑(101) 또는 재생탑(102)에서 사용된 암모니아 함유 세정수를 가열하여 암모니아 기체와 암모니아가 제거된 세정수로 분리하고, 상기 분리된 암모니아 기체를 응축기로 공급하며, 상기 암모니아가 제거된 세정수를 흡수탑 및 재생탑으로 공급하는 농축탑(103); 및 상기 농축탑에서 공급된 암모니아 기체를 60~80℃로 냉각하여 제조된 응축수를 농축탑으로 재공급하고, 응축되지 않은 암모니아 기체를 재생탑으로 공급하는 응축기를 포함하는 이산화탄소 포집 장치를 제공한다.
The present invention includes an absorption tower (101) having a washing unit integrally absorbing carbon dioxide from a carbon dioxide-containing flue gas to ammonia water and discharging the flue gas, and collecting ammonia volatilized from the absorbent liquid using the washing water; The carbon dioxide-containing ammonia water absorbed by the carbon dioxide is supplied from the absorption tower 101, and the carbon dioxide is discharged to the gaseous phase from the supplied carbon dioxide-containing ammonia water by heating to recover the ammonia water, and the ammonia discharged when the ammonia water is regenerated by using the washing water. Regeneration tower 102 is provided integrally with the cleaning unit for collecting; The ammonia-containing washing water used in the absorption tower 101 or the regeneration tower 102 is heated to separate the ammonia gas and the washing water from which the ammonia has been removed, and the separated ammonia gas is supplied to the condenser, and the ammonia is removed. A concentration tower 103 for supplying the washed water to the absorption tower and the regeneration tower; And it provides a carbon dioxide capture device including a condenser for supplying the condensate produced by cooling the ammonia gas supplied from the concentration tower to 60 ~ 80 ℃ to the concentration tower, and supplies the uncondensed ammonia gas to the regeneration tower.

또한, 본 발명은 암모니아수를 상기 이산화탄소 함유 배가스에 흡수액으로 공급하여 이산화탄소를 흡수하고, 상기 이산화탄소를 흡수한 이산화탄소 함유 암모니아수를 제1 하부 스트림으로 배출하며, 이산화탄소가 제거된 배가스를 제1 상부 스트림으로 배출하는 이산화탄소 제거 단계; 상기 제1 상부 스트림으로 배출되는 배가스에 세정수를 공급하고, 상기 제1 상부 스트림에 포함된 암모니아를 흡수한 암모니아 함유 세정수를 배출하는 배가스 세정 단계; 상기 제1 하부 스트림을 가열하여 이산화탄소 함유 암모니아수를 이산화탄소 가스의 제2 상부 스트림과 암모니아수의 제2 하부 스트림으로 분리하여 배출하는 암모니아수 재생 단계; 상기 제2 상부 스트림으로 배출되는 이산화탄소 가스에 세정수를 공급하고, 상기 제2 상부 스트림에 포함된 암모니아를 흡수한 암모니아 함유 세정수를 배출하는 이산화탄소 세정 단계; 상기 배가스 세정 단계 및 이산화탄소 세정 단계에서 배출된 암모니아 함유 세정수를 가열하여 암모니아 기체와 암모니아가 제거된 세정수로 분리하고, 상기 분리된 암모니아 기체를 암모니아 응축 단계로 공급하며, 상기 암모니아가 제거된 세정수를 상기 이산화탄소 제거 단계 및 이산화탄소 세정 단계로 공급하는 암모니아 농축 단계; 및 상기 분리된 암모니아 기체를 60~80℃로 냉각하여 제조된 응축수를 상기 암모니아 농축 단계로 재공급하고, 응축되지 않은 암모니아 기체를 상기 암모니아수 재생 단계로 공급하는 암모니아수 응축 단계를 포함하는 이산화탄소 포집 방법을 제공한다.
In addition, the present invention absorbs carbon dioxide by supplying the ammonia water to the carbon dioxide-containing exhaust gas as an absorption liquid, discharge the carbon dioxide-containing ammonia water absorbing the carbon dioxide to the first lower stream, and discharge the exhaust gas from which carbon dioxide is removed to the first upper stream. Removing carbon dioxide; Supplying washing water to the exhaust gas discharged to the first upper stream, and exhaust gas cleaning step of discharging the ammonia-containing washing water absorbing the ammonia included in the first upper stream; Ammonia water regeneration step of heating the first lower stream to separate and discharge carbon dioxide-containing ammonia water into a second upper stream of carbon dioxide gas and a second lower stream of ammonia water; Supplying the washing water to the carbon dioxide gas discharged to the second upper stream, and discharging the ammonia-containing washing water absorbing the ammonia included in the second upper stream; The ammonia-containing washing water discharged from the exhaust gas washing step and the carbon dioxide washing step is heated to separate the ammonia gas and the washing water from which the ammonia has been removed, and the separated ammonia gas is supplied to the ammonia condensing step. Ammonia concentration step of supplying water to the carbon dioxide removal step and the carbon dioxide washing step; And ammonia water condensation step of resupplying the condensed water prepared by cooling the separated ammonia gas to 60 to 80 ° C. to the ammonia concentration step, and supplying uncondensed ammonia gas to the ammonia water regeneration step. to provide.

본 발명의 이산화탄소 포집 장치 및 포집 방법에서는, 이산화탄소 함유 배가스(202)가 흡수탑(101)에 공급되어 이산화탄소 제거 단계가 수행된다. 상기 흡수탑(101)에서는 화학흡수법에 의해 이산화탄소 함유 배가스(202)로부터 이산화탄소를 흡수액으로 흡수하게 되는데, 상기 흡수액은 특별히 한정하지 않으나 화학적으로 안정한 암모니아수를 사용할 수 있다. 상기 이산화탄소를 흡수한 암모니아수는 제1 하부 스트림으로서 흡수탑(101) 하부에서 배출되며, 이산화탄소가 제거된 배가스(203)는 제1 상부 스트림으로 흡수탑(101) 상부로 이동하여 배출된다.
In the carbon dioxide collecting device and the collecting method of the present invention, the carbon dioxide-containing exhaust gas 202 is supplied to the absorption tower 101 to perform a carbon dioxide removal step. The absorption tower 101 absorbs carbon dioxide from the carbon dioxide-containing flue gas 202 as an absorption liquid by a chemical absorption method. The absorption liquid is not particularly limited, but chemically stable ammonia water may be used. The ammonia water absorbing the carbon dioxide is discharged from the lower portion of the absorption tower 101 as the first lower stream, and the exhaust gas 203 from which carbon dioxide is removed is moved to the upper portion of the absorption tower 101 as the first upper stream and discharged.

상기 흡수탑(101)의 암모니아수는　암모니아의 휘발을 방지하기 위해 금속염인 Cu(OH)2, CuCl2, CuSO4 , CoCl2　및 CoO(OH)로 구성되는 금속염 첨가제 및 피페라진(Piperazine), 모노에탄올아민(monoethanolamine) 및 2-아미노-2-메틸-1-프로파놀(2-amino-2-methyl-1-propanol)로 구성되는 아민계 첨가제로부터 선택되는 최소 일종의 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 금속염 첨가제는 암모니아와 복합체를 형성하여 암모니아의 휘발을 억제하는 효과를 가지며, 상기 아민계 첨가제는 이산화탄소 흡수 속도를 향상시킬 수 있다.
Ammonia water in the absorption tower 101 is a metal salt additive consisting of metal salts Cu (OH) 2 , CuCl 2 , CuSO 4 , CoCl 2, and CoO (OH) to prevent volatilization of ammonia , piperazine, and mono It may include at least one kind of additive selected from amine additives consisting of ethanolamine (monoethanolamine) and 2-amino-2-methyl-1-propanol. The metal salt additive may form a complex with ammonia to inhibit volatilization of ammonia, and the amine additive may improve carbon dioxide absorption rate.

상기 흡수탑(101) 상부에는 흡수탑(101)의 일체형 구조로 포함되는 흡수탑 세정부가 구비되며, 상기 흡수탑 세정부에서 배가스 세정 단계가 수행된다. 상기 흡수탑(101)에서 분리된 제1 상부 스트림인 이산화탄소가 제거된 배가스(203)에는 상기 이산화탄소 제거 단계에서 휘발된 암모니아가 포함될 수 있으므로, 세정수(205)를 공급하여 암모니아를 흡수할 수 있다. 암모니아를 세정한 후, 이산화탄소가 제거된 배가스(203)는 흡수탑(101) 상부로 배출되며, 암모니아 함유 세정수(206)는 세정수 드럼(105)으로 배출된다.
An absorption tower cleaning unit included in an integrated structure of the absorption tower 101 is provided on the absorption tower 101, and the exhaust gas cleaning step is performed in the absorption tower cleaning unit. Since the exhaust gas 203 from which carbon dioxide is removed, which is the first upper stream separated from the absorption tower 101, may include ammonia volatilized in the carbon dioxide removal step, the ammonia may be supplied to the washing water 205 to absorb the ammonia. . After washing the ammonia, the exhaust gas 203 from which carbon dioxide is removed is discharged to the upper portion of the absorption tower 101, and the ammonia-containing washing water 206 is discharged to the washing water drum 105.

상기 이산화탄소 함유 암모니아수(제1 하부 스트림)(202)은 재생탑(102)에 공급되어, 상기 재생탑(102)에서 암모니아수 재생 단계가 수행된다. 상기 재생탑(102) 일측에 재비기(104)를 포함할 수 있으며, 상기 재비기(104)에 의해 재생탑(102)에 열에너지가 공급되어 상기 이산화탄소 함유 암모니아수로부터 이산화탄소(204)를 기상으로 배출하게 된다. 상기 이산화탄소 가스(204)는 제2 상부 스트림으로서 재생탑(102) 상부로 배출되며, 재생된 암모니아수(207)는 제2 하부 스트림으로 분리되어 재생탑(102) 하단에서 상기 흡수탑(101)으로 이송되어 흡수액으로 재사용된다.
The carbon dioxide-containing ammonia water (first lower stream) 202 is supplied to the regeneration tower 102, and the ammonia water regeneration step is performed in the regeneration tower 102. The reboiler 104 may be included at one side of the regeneration tower 102, and thermal energy is supplied to the regeneration tower 102 by the reboiler 104 to discharge carbon dioxide 204 from the carbon dioxide-containing ammonia water to the gas phase. Done. The carbon dioxide gas 204 is discharged to the upper part of the regeneration tower 102 as a second upper stream, and the regenerated ammonia water 207 is separated into a second lower stream to the absorption tower 101 from the bottom of the regeneration tower 102. It is transferred and reused as absorbent liquid.

상기 재생탑(102) 상부에는 재생탑(102)에 일체형 구조로 포함되는 재생탑 세정부가 구비되며, 상기 재생탑 세정부에서 이산화탄소 세정 단계가 수행된다. 상기 재생탑(102)에서 암모니아수와 분리된 제2 상부 스트림의 이산화탄소 가스에는 상기 암모니아수 재생 단계에서 휘발된 암모니아 가스가 포함될 수 있으므로, 세정수(205)를 공급하여 암모니아를 흡수할 수 있다. 상기 이산화탄소 세정 단계가 수행된 암모니아가 제거된 이산화탄소 가스(204)는 재생탑(102) 상부에서 배출되고, 암모니아 함유 세정수(206)는 세정수 드럼(105)으로 배출된다.
The regeneration tower 102 is provided with a regeneration tower cleaning unit included in the regeneration tower 102 in an integrated structure, and the carbon dioxide cleaning step is performed in the regeneration tower cleaning unit. Since the carbon dioxide gas of the second upper stream separated from the ammonia water in the regeneration tower 102 may include ammonia gas volatilized in the ammonia water regeneration step, the washing water 205 may be supplied to absorb the ammonia. The carbon dioxide gas 204 from which the ammonia is removed has been removed is discharged from the regeneration tower 102, the ammonia-containing washing water 206 is discharged to the washing water drum 105.

상기 흡수탑(101) 또는 재생탑(102)에서 배출되어 세정수 드럼(105)에서 보관된 암모니아 함유 세정수(206)는 농축탑(103)으로 이송되고, 상기 농축탑(103)에서는 상기 암모니아 함유 세정수(206)를 가열하여 암모니아 기체와 암모니아가 제거된 세정수로 분리하고, 상기 분리된 암모니아 기체(209) 를 상기 응축기(106)의 암모니아 응축 단계로 공급하며, 상기 암모니아가 제거된 세정수를 흡수탑(101)의 이산화탄소 제거 단계 및 재생탑(102)의 이산화탄소 세정 단계로 공급하는 암모니아 농축 단계가 수행된다.
The ammonia-containing washing water 206 discharged from the absorption tower 101 or the regeneration tower 102 and stored in the washing water drum 105 is transferred to the concentration tower 103, and in the concentration tower 103, the ammonia The containing washing water 206 is heated to separate the ammonia gas and the washing water from which the ammonia has been removed, and the separated ammonia gas 209 is supplied to the ammonia condensation step of the condenser 106, and the ammonia removed washing An ammonia concentration step of supplying water to the carbon dioxide removal step of the absorption tower 101 and the carbon dioxide cleaning step of the regeneration tower 102 is performed.

상기 농축탑(103)에서 분리된 암모니아 기체(209)는 응축기(106)로 이송되며, 상기 분리된 암모니아 기체를 60~80℃로 냉각하여 제조된 응축수(211)를 상기 농축탑(103)의 암모니아 농축 단계로 재공급하고, 응축되지 않은 암모니아 기체(210)를 상기 재생탑(102)의 암모니아수 재생 단계로 공급하는 암모니아수 응축 단계가 수행된다.
The ammonia gas 209 separated from the concentration tower 103 is transferred to the condenser 106, and the condensed water 211 prepared by cooling the separated ammonia gas to 60 ° C. to 80 ° C. of the concentration tower 103. The ammonia water condensation step of supplying the ammonia concentration step again and supplying the ammonia water regeneration step of the regeneration tower 102 with the uncondensed ammonia gas 210 is performed.

상기 응축기(106)를 사용하여 수분을 응축함으로써 농축탑(103)에서 재생탑(102)으로 유입되는 수분을 제어할 수 있으며, 그에 따라 흡수탑(101) 및 재생탑(102)의 흡수액 수위 조절을 위해 블로우 다운되는 스트림의 양을 저감시키거나 블로우 다운을 수행하지 않을 수 있다. 따라서, 블로우 다운에 의해 유발되는 첨가제의 손실 및 세정수의 세정능 저하 현상을 방지할 수 있다. 또한, 응축수(211)는 상기 농축탑(103)으로 재공급된 후, 흡수탑(101) 또는 재생탑(102)의 세정수(205)로 재활용될 수 있다.
By condensing the water using the condenser 106 to control the water flowing into the regeneration tower 102 from the concentration tower 103, thereby adjusting the absorbent liquid level of the absorption tower 101 and the regeneration tower 102 For this purpose, the amount of stream blown down may be reduced or no blow down may be performed. Therefore, it is possible to prevent the loss of the additive caused by the blowdown and the deterioration of the cleaning ability of the washing water. In addition, the condensed water 211 may be recycled to the washing tower 205 of the absorption tower 101 or the regeneration tower 102 after being resupplied to the concentration tower 103.

종래의 이산화탄소 포집 장치의 응축기(106)는 암모니아 기체를 30~40℃로 냉각하였는데, 응축 과정에서 중탄산암모늄염(ammonium bicarbonate(NH4HCO3))이 형성되어 배관이 막히는 문제가 발생하였다. 본 발명의 이산화탄소 포집 장치는 응축기(106)의 응축 온도를 60~80℃로 제어함으로써, 하기 식 (1)과 같이 중탄산암모늄염이 해당 온도에서 스스로 분해되도록 하여 배관 막힘 현상을 방지할 수 있다.
The condenser 106 of the conventional carbon dioxide capture device cooled the ammonia gas to 30 ~ 40 ℃, the ammonium bicarbonate (NH 4 HCO 3 ) is formed in the condensation process has a problem that the pipe is clogged. In the carbon dioxide collecting device of the present invention, by controlling the condensation temperature of the condenser 106 at 60 ° C. to 80 ° C., the ammonium bicarbonate salt can be decomposed itself at the corresponding temperature as in the following formula (1) to prevent the blockage of the pipe.

NH4HCO3 ↔ NH3 + CO2 + H2O (1)
NH 4 HCO 3 ↔ NH 3 + CO 2 + H 2 O (1)

상기 응축기(106)에는 냉각수가 공급되어 상기 농축탑(103)에서 분리된 암모니아 기체(209)가 응축될 수 있으며, 특별히 한정하지 않으나 상기 흡수탑에서 배출된 이산화탄소 함유 암모니아수(202)가 공급되어 상기 농축탑에서 분리된 암모니아 기체(209)와 열교환될 수 있다. 상기 응축기(106)에 의해 재생탑(102)에 공급되는 암모니아수(210)가 승온되어 재생탑(102)에 공급될 수 있으므로, 재생탑(102)에서 암모니아수 재생에 소모되는 열 에너지를 저감시킬 수 있다.
Cooling water may be supplied to the condenser 106 to condense the ammonia gas 209 separated from the concentration tower 103, and the carbon dioxide-containing ammonia water 202 discharged from the absorption tower is not particularly limited. Heat exchange with ammonia gas 209 separated in the concentration column. Since the ammonia water 210 supplied to the regeneration tower 102 by the condenser 106 may be heated and supplied to the regeneration tower 102, the heat energy consumed by the regeneration tower 102 to regenerate the ammonia water may be reduced. have.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations can be made without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims. It will be obvious to those of ordinary skill in the field.

101: 흡수탑 102: 재생탑
103: 농축탑 104: 재비기
105: 세정수 드럼 106: 응축기
201: 이산화탄소 함유 배가스
202: 이산화탄소 함유 암모니아수
203: 배가스 204: 이산화탄소
205: 세정수 206: 암모니아 함유 세정수
207: 재생된 암모니아수 208: 블로우 다운
209: 농축탑에서 분리된 암모니아 기체
210: 응축되지 않은 암모니아 기체
211: 응축수
101: absorption tower 102: regeneration tower
103: concentration tower 104: reboiling
105: washing water drum 106: condenser
201: flue gas containing carbon dioxide
202: ammonia water containing carbon dioxide
203: flue gas 204: carbon dioxide
205: washing water 206: ammonia-containing washing water
207: recycled ammonia water 208: blow down
209: ammonia gas separated from the concentration tower
210: uncondensed ammonia gas
211: condensate

Claims (6)

이산화탄소 함유 배가스로부터 이산화탄소를 암모니아수로 흡수하여 배가스를 배출하고, 세정수를 이용하여 흡수액으로부터 휘발된 암모니아를 포집하는 세정부가 일체형으로 구비되는 흡수탑;
상기 흡수탑에서 이산화탄소를 흡수한 이산화탄소 함유 암모니아수가 공급되어, 가열에 의해 상기 공급된 이산화탄소 함유 암모니아수로부터 이산화탄소를 기상으로 배출하여 암모니아수를 재생하고, 세정수를 이용하여 암모니아수 재생시 배출되는 암모니아를 포집하는 세정부가 일체형으로 구비되는 재생탑;
상기 흡수탑 또는 재생탑에서 사용된 암모니아 함유 세정수를 가열하여 암모니아 기체와 암모니아가 제거된 세정수로 분리하고, 상기 분리된 암모니아 기체를 응축기로 공급하며, 상기 암모니아가 제거된 세정수를 흡수탑 및 재생탑으로 공급하는 농축탑; 및
상기 농축탑에서 공급된 암모니아 기체를 60~80℃로 냉각하여 제조된 응축수를 농축탑으로 재공급하고, 응축되지 않은 암모니아 기체를 재생탑으로 공급하는 응축기를 포함하는 이산화탄소 포집 장치.Absorption tower which absorbs carbon dioxide from a carbon dioxide-containing exhaust gas to ammonia water, discharges the exhaust gas, and is integrally provided with a washing unit for collecting ammonia volatilized from the absorbing liquid using the washing water;
The carbon dioxide-containing ammonia water absorbed by the carbon dioxide is supplied from the absorption tower, and the carbon dioxide is discharged from the supplied carbon dioxide-containing ammonia water by heating to recover gaseous ammonia, and the ammonia discharged when the ammonia water is regenerated using the washing water is collected. Regeneration tower provided with a washing unit integrally;
The ammonia-containing washing water used in the absorption tower or the regeneration tower is heated to separate the ammonia gas and the washing water from which the ammonia has been removed, and the separated ammonia gas is supplied to the condenser, and the washing water from which the ammonia has been removed is absorbed. And a concentration tower for supplying the regeneration tower. And
A carbon dioxide capture device comprising a condenser for supplying the condensate produced by cooling the ammonia gas supplied from the concentration tower to 60 ~ 80 ℃ to the concentration tower, and supplies the uncondensed ammonia gas to the regeneration tower. 제1항에 있어서, 상기 응축기는 상기 흡수탑에서 배출된 이산화탄소 함유 암모니아수와 상기 농축탑에서 분리된 암모니아 기체를 열교환하는 것인 이산화탄소 포집 장치.The apparatus of claim 1, wherein the condenser heat exchanges ammonia water containing carbon dioxide discharged from the absorption tower and ammonia gas separated from the concentration tower. 제1항에 있어서, 상기 흡수탑의 암모니아수는　Cu(OH)2, CuCl2, CuSO4 , CoCl2　및 CoO(OH)로 구성되는 금속염 첨가제 및 피페라진, 모노에탄올아민 및 2-아미노-2-메틸-1-프로파놀로 구성되는 아민계 첨가제로부터 선택되는 최소 일종의 첨가제를 포함하는 이산화탄소 포집 장치.The ammonia water of the absorption tower is a metal salt additive consisting of Cu (OH) 2 , CuCl 2 , CuSO 4 , CoCl 2 and CoO (OH) and piperazine, monoethanolamine and 2-amino-2- A carbon dioxide capture device comprising at least one kind of additive selected from amine additives composed of methyl-1-propanol. 암모니아수를 이산화탄소 함유 배가스에 흡수액으로 공급하여 이산화탄소를 흡수하고, 상기 이산화탄소를 흡수한 이산화탄소 함유 암모니아수를 제1 하부 스트림으로 배출하며, 이산화탄소가 제거된 배가스를 제1 상부 스트림으로 배출하는 이산화탄소 제거 단계;
상기 제1 상부 스트림으로 배출되는 배가스에 세정수를 공급하고, 상기 제1 상부 스트림에 포함된 암모니아를 흡수한 암모니아 함유 세정수를 배출하는 배가스 세정 단계;
상기 제1 하부 스트림을 가열하여 이산화탄소 함유 암모니아수를 이산화탄소 가스의 제2 상부 스트림과 암모니아수의 제2 하부 스트림으로 분리하여 배출하는 암모니아수 재생 단계;
상기 제2 상부 스트림으로 배출되는 이산화탄소 가스에 세정수를 공급하고, 상기 제2 상부 스트림에 포함된 암모니아를 흡수한 암모니아 함유 세정수를 배출하는 이산화탄소 세정 단계;
상기 배가스 세정 단계 및 이산화탄소 세정 단계에서 배출된 암모니아 함유 세정수를 가열하여 암모니아 기체와 암모니아가 제거된 세정수로 분리하고, 상기 분리된 암모니아 기체를 암모니아 응축 단계로 공급하며, 상기 암모니아가 제거된 세정수를 상기 이산화탄소 제거 단계 및 이산화탄소 세정 단계로 공급하는 암모니아 농축 단계; 및
상기 분리된 암모니아 기체를 60~80℃로 냉각하여 제조된 응축수를 상기 암모니아 농축 단계로 재공급하고, 응축되지 않은 암모니아 기체를 상기 암모니아수 재생 단계로 공급하는 암모니아수 응축 단계
를 포함하는 이산화탄소 포집 방법.Supplying ammonia water to the carbon dioxide-containing exhaust gas as an absorption liquid to absorb carbon dioxide, discharging carbon dioxide-containing ammonia water absorbing the carbon dioxide to the first lower stream, and removing carbon dioxide-depleted exhaust gas to the first upper stream;
Supplying washing water to the exhaust gas discharged to the first upper stream, and exhaust gas cleaning step of discharging the ammonia-containing washing water absorbing the ammonia included in the first upper stream;
Ammonia water regeneration step of heating the first lower stream to separate and discharge carbon dioxide-containing ammonia water into a second upper stream of carbon dioxide gas and a second lower stream of ammonia water;
Supplying the washing water to the carbon dioxide gas discharged to the second upper stream, and discharging the ammonia-containing washing water absorbing the ammonia included in the second upper stream;
The ammonia-containing washing water discharged from the exhaust gas washing step and the carbon dioxide washing step is heated to separate the ammonia gas and the washing water from which the ammonia has been removed, and the separated ammonia gas is supplied to the ammonia condensing step. Ammonia concentration step of supplying water to the carbon dioxide removal step and the carbon dioxide washing step; And
The ammonia water condensation step of supplying the condensed water prepared by cooling the separated ammonia gas to 60 ~ 80 ℃ to the ammonia concentration step, and supplying the uncondensed ammonia gas to the ammonia water regeneration step
Carbon dioxide capture method comprising a. 제4항에 있어서, 상기 암모니아수 응축 단계는 상기 이산화탄소 제거 단계에서 배출된 이산화탄소 함유 암모니아수와 상기 암모니아 농축 단계에서 분리된 암모니아 기체의 열교환이 수행되는 이산화탄소 포집 방법.5. The method of claim 4, wherein the ammonia water condensation step comprises performing heat exchange between the carbon dioxide-containing ammonia water discharged from the carbon dioxide removal step and the ammonia gas separated in the ammonia concentration step. 제4항에 있어서, 상기 이산화탄소 제거 단계의 암모니아수는　Cu(OH)2, CuCl2, CuSO4 , CoCl2　및 CoO(OH)로 구성되는 금속염 첨가제 및 피페라진, 모노에탄올아민 및 2-아미노-2-메틸-1-프로파놀로 구성되는 아민계 첨가제로부터 선택되는 최소 일종의 첨가제를 포함하는 이산화탄소 포집 방법.
5. The metal salt additive and piperazine, monoethanolamine and 2-amino-2 according to claim 4, wherein the ammonia water of the carbon dioxide removal step is composed of Cu (OH) 2 , CuCl 2 , CuSO 4 , CoCl 2, and CoO (OH). A method of capturing carbon dioxide comprising at least one kind of additive selected from amine additives consisting of -methyl-1-propanol.
KR1020130078174A 2013-07-04 2013-07-04 Apparatus for absorbing carbon dioxide and method for absorbing carbon dioxide using thereof KR102070162B1 (en)

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