KR102177534B1 - 이산화탄소로 오염된 아미노산염 용액의 처리를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 연소의 연도 가스에서 발생하는 이산화탄소를 위한 흡수제로서, 이산화탄소(2)로 오염된 아미노산염 용액(3)을 처리하기 위한 장치(30) 및 그 방법(1)에 관한 것이며, 그리고 반응 공정(100)과, 후속 여과 공정(200)과, 후속 용해 공정(300)을 포함한다. 반응 공정(100)에서, 이산화탄소(2)는 아미노산염 용액(3) 내로 투입되고, 아미노산염 용액(3)은 냉각된다. 이 경우, 결정성 탄산염(4) 및 결정성 아미노산(7)이 침전된다. 여과 공정(200)에서 결정성 탄산염(4) 및 결정성 아미노산(7)은 여과된다. 용해 공정(300)에서는 결정성 탄산염(4) 및 결정성 아미노산(7)이 용매(9)에서 용해되며, 그 결과 처리된 아미노산염 용액(15)이 회수된다.

Description

이산화탄소로 오염된 아미노산염 용액의 처리를 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR WORK-UP OF AN AMINO ACID SALT SOLUTION THAT HAS BEEN CONTAMINATED WITH CARBON DIOXIDE}

본 발명은, 화석 연료의 연소의 연도 가스에서 발생하는 이산화탄소를 위한 흡수제로서 오염된 용액, 특히 오염된 알칼리성 아미노산염 용액을 처리하기 위한 방법에 관한 것이다. 그 밖에도, 본 발명은, 이산화탄소의 흡수를 위한 오염된 용액을 처리하기 위한 장치에도 관한 것이다.

전기 에너지의 생성을 위한 화석 연료 발전 설비들의 경우, 화석 연료의 연소를 통해 이산화탄소를 함유한 연도 가스가 발생한다. 이산화탄소 배출의 방지를 위해, 또는 그 감소를 위해, 이산화탄소는 연도 가스에서 분리되어야만 한다. 가스 혼합물에서 이산화탄소의 분리를 위해, 일반적으로 다양한 방법들이 공지되었다. 특히 연소 공정 후에 연도 가스에서 이산화탄소를 분리하기 위해, 보통 흡수/탈착의 방법이 통용된다. 이 경우, 산업 규모에서 이산화탄소는 흡수제로 연도 가스에서 세정 제거된다.

종래의 흡수/탈착 공정에서, 연도 가스는 흡수탑(absorption column) 내에서 세정제로서의 선택적 흡수제에 접촉되고, 이와 동시에 세정제에 의해 흡수된다. 이제 이산화탄소로 가득 찬 흡수제는 이산화탄소의 분리 및 흡수제의 재생을 위해 탈착탑(desorption column) 내로 안내된다. 가득 찬 흡수제는 가열되며, 이산화탄소는 흡수제로부터 다시 탈착되고 재생된 흡수제가 형성된다. 재생된 흡수제는 다시 흡수탑 쪽으로 안내되며, 이 흡수탑에서 흡수제는 이산화탄소 함유 배기가스에서 이산화탄소를 다시 흡수할 수 있다.

통용되는 흡수제들은 분리될 이산화탄소에 대해 우수한 선택성 및 높은 용량을 나타낸다. 특히 적합한 경우는 예컨대 모노에탄올아민과 같은 아민을 기반으로 하는 흡수제이다. 화학 산업에서도, 일반적으로 아민 용액이 흡수제로서 이용된다. 흡수제는, 아민이 그 내에 세정 활성 물질로서 용해되어 있는 용매, 예컨대 물을 함유한다.

연도 가스와 흡수제의 접촉을 통해, 이산화탄소 외에도, 연도 가스와 연도 가스 생성물로 이루어진 다량의 오염물질도 흡수제 내로 유입된다. 끊임없는 열 부하 인가를 통해서도, 시간의 경과와 더불어, 흡수제는 흡수/탈착 공정에서 손상된다. 따라서, 흡수제는 지속적으로 재생되어야 한다. 오염된 흡수제, 및 분해 생성물과 혼합된 흡수제를 배출하는 것을 통해, 항상 비교적 많은 양의 사용되지 않은 흡수제가 흡수/재흡수 공정(absorption-resorption process)으로부터 배출된다.

아민을 기반으로 하는 흡수제를 이용할 때, 아민은 배출되는 흡수제에서 증류를 통해 회수될 수 있다. 아민 용액은 산성의 연도 가스 부수 성분과 함께 안정된 염을 형성한다. 아민 용액의 증류식 정화를 통해, 다시 말하면 상대적으로 더 쉽게 휘발되는 아민의 증발과 그에 이어지는 응축을 통해, 비등점이 높은 오염물질들의 분리 및 그에 따른 아민 용액의 정화가 가능하다.

그러나 증류식 정화를 위해 이용되는 아민의 뚜렷한 증기압은, 실질적인 세정 제거 공정(흡수/재흡수 공정) 동안 아민이 적은 비율로, 정화된 연도 가스와 함께 환경으로 배출되고, 이는 의도하지 않은 대기 오염을 초래한다는 점도 의미한다. 또한, 증류식 정화 방법은 높은 에너지 소모를 요구한다.

그와 반대로, 아미노산염은 측정 가능한 증기압을 나타내지 않으며, 그로 인해 연도 가스와 함께 환경으로 배출되지 않는다. 그러나 이런 이유에서 아미노산염 용액의 증류식 처리도 불가능하다.

EP 2 409 755 A1로부터는 아미노산염 용액을 위한 정화 방법이 공지되었으며, 이 방법에 따르면 다단계 정화 공정에서 아미노산염이 회수되고, 그런 다음 용액에 다시 제공된다. 이 경우, 제1 단계에서 제1 반응기 내에서 이산화탄소의 첨가 하에 우선 결정성 탄산염이 침전되고, 이 결정성 탄산염은 제1 반응기의 하류에 위치하는 여과 공정에서 제1 필터를 통해 분리된다. 탄산염이 제거된 용액은 제2 단계에서 제2 반응기 내에서 냉각되며, 그럼으로써 결정성 아미노산(아미노산염)이 침전되고, 이 결정성 아미노산은 제2 반응기의 하류에 위치하는 제2 여과 공정에서 분리된다. 이 경우, 아미노산의 결정화 거동은 강하게 pH 값에 의존한다는 점이 이용된다.

상기 유럽 공보의 단점은, 한편으로, 높은 투자 및 복잡한 공정 제어를 요구하는, 복수의 반응기 및 복수의 필터 공정을 포함하는 정화 공정의 복잡성이다. 다른 한편으로 단점은 높은 결함 발생 가능성인데, 그 이유는 제1 반응기에서 제2 반응기 내로 포화된 아미노산염 용액을 펌핑 전달하는 동안 라인들 내에서 아미노산염 용액의 냉각을 통해 의도하지 않은 침전 및 배관 경로들의 막힘이 발생할 수 있기 때문이다.

간단하면서도 견고한 공정 제어를 보장하기 위해, 탄산염 및 아미노산의 여과를 위해 다양한 필터들이 적합한데, 그 이유는 상기 두 성분의 염들이 자신들의 형태로 인해 서로 상이한 결정 형상 및 입자 크기를 형성하기 때문이다. 하나의 필터에서만 두 성분을 동시 여과할 경우, 필터가 빠르게 막히고 그에 따라 여과 공정은 저하되는 것으로 예상된다. 이에 대한 원인은 특히 염들의 형태와 액체/고체상의 비교적 높은 고형물 함량에 있다.

본 발명의 과제는, 특히 종래 기술의 단점들을 제거하고 그 외에도 산업 규모로 이용될 수 있는, 오염된 알칼리성 아미노산염 용액을 처리하기 위한 간소화된 방법을 명시하는 것에 있다. 본 발명의 추가 과제는, 이산화탄소 분리 장치 내에 통합될 수 있는, 오염된 알칼리성 아미노산염 용액을 처리하기 위한 간소화된 장치를 명시하는 것에 있다.

방법을 대상으로 하는 본 발명의 과제는, 본 발명에 따라서, 청구항 제1항에 따르는, 연소의 연도 가스에서 발생하는 이산화탄소를 위한 흡수제로서, 이산화탄소로 오염된 아미노산염 용액을 처리하기 위한 방법을 통해 해결된다.

이 경우, 제1 공정 단계에서 반응기 내에서 이산화탄소가 아미노산염 용액 내로 투입되고 이와 동시에 아미노산염 용액이 냉각된다. 그 결과, 결정성 탄산염과 이에 병행하여 결정성 아미노산이 침전된다. 제1 공정 단계에 후속하는 제2 공정 단계에서 결정성 탄산염 및 결정성 아미노산은 필터에서 여과된다. 제2 공정 단계에 후속하는 제3 공정 단계에서는, 결정성 탄산염 및 결정성 아미노산은 용매에서 용해되고, 그 결과 처리된 아미노산염 용액이 회수된다.

이 경우, 본 발명은, 공통 공정 단계에서 탄산염 및 아미노산이 결정화되게 하고 추가의 공통 공정 단계에서는 액체/고체상으로부터 여과한다는 고려사항을 기초로 한다. 이 경우, 본 발명은, 상정과 반대로, 하나의 공정 단계에서 두 염을 여과하는 경우에서도, 여과 공정이 바람직하지 못하게 저하되는 방식으로 필터가 막히지 않는다는 놀라운 지식을 기초로 한다. 이 경우, 바람직하게 필터들은 30㎚보다 작거나 같은 기공 크기를 갖는다.

오염된 알칼리성 아미노산염 용액은 선택적인 결정화를 통해 처리된다. 이 경우, 아미노산의 결정화 거동의 pH 값 의존성이 이용된다. 흡수/탈착 공정들에서 이용되는 아미노산염 용액은 일반적으로 약 10 내지 13의 매우 높은 pH 값을 나타낸다. 이런 조건에서, 아미노산은 카르복실레이트로서 존재한다. 카르복실레이트의 음 전하를 통해, 카르복실레이트는 물에서 수월하게 용해될 수 있다. 본 발명은, pH 값을 낮추는 것을 통해 아미노산의 수용성을 감소시키는 점을 제공한다. 아미노산은 이른바 등전점(isoelectric point)에서 최소의 수용성(water solubility)을 나타낸다. 여기서 아미노산은 카르복실레이트 형태 및 암모늄 형태로서 상호 간에 평형 상태로 존재한다(양쪽성 이온). 그러나 이는 정확하게 특히 높은 수율로 결정화가 진행되는 등전점일 필요가 없다. 전형적인 아미노산염에 대한 결정화를 위한 최적의 pH 값은 6 내지 10의 범위이다.

pH 값의 감소를 위해서는 이산화탄소의 이용이 특히 바람직한데, 그 이유는 이산화탄소가 전체 공정에서 존재하는 물질이기 때문이다. 또한, 전체 공정은 탈착 공정도 포함하며, 그럼으로써 이산화탄소는 아미노산염 용액의 필요한 알칼리성을 다시 달성하기 위해 탈착 공정에서, 처리된 아미노산염 용액으로부터 다시 제거될 수 있게 된다.

아미노산염이 바람직하게 취하는 각각의 반응 경로에 따라서, 이산화탄소 가스로 처리하는 동안, 주로 아미노산의 카르밤산염 또는 그 밖에 중탄산염 또는 탄산염이 형성된다. 중탄산염을 형성하는 아미노산염의 경우, 형성된 중탄산염은 보통 아미노산 자체보다 용해성이 더 낮으며, 그럼으로써 이산화탄소 가스로 알칼리 탄산수소염을 처리하는 동안 일반적으로 칼륨 탄산수소염이 침전된다. 추가로, 온도의 동시 감소를 통해, 아미노산이 순수 결정 형태로 침전된다.

본 발명에 따른 방법을 통해, 단 하나의 반응 단계에서, 그리고 단 하나의 여과 단계에서, 오염된 아미노산염 용액으로부터 아미노산염을 회수할 수 있다. 추가 반응기들 및 추가 필터들뿐만 아니라, 상응하는 배관 및 공정 제어의 절약을 통해, 간소화된 방법은 종래 기술에 비해 그 투자 비용이 감소된다. 또한, 운영 중에도, 본 발명에 따른 방법은 더욱 바람직한데, 그 이유는 하나의 반응기만이 온도 조절되거나 교반되기만 하면 되기 때문이다. 그 외에도, 본 발명에 따른 방법은 배관들에서 의도하지 않은 침전 및 막힘을 통한 고장에 대해 높은 내성을 보장한다.

또한, 본원의 방법은, 그 아미노산이 바람직하게는 중탄산염 대신 카르밤산염을 형성하는 아미노산염 용액을 위해 적합하다.

본원의 방법의 바람직한 최적화 단계에서, 오염된 알칼리성 아미노산염 용액은 이산화탄소의 투입 전에 농축되며, 그럼으로써 농축된 아미노산염 용액이 형성된다. 그 결과, 한편으로 상대적으로 더 적은 용매가 이송되어 처리되기만 하면 된다. 다른 한편으로는 결정화된 아미노산의 상대적으로 더 높은 수율이 달성될 수 있다. 그 외에, 분리된 오염물질과 함께 파기 처리되어야 하는 아미노산염은 상대적으로 더 적게 잔여 용액(모액)에 잔존한다.

이 경우, 아미노산염 용액의 농축은 바람직하게는 가열 증기의 이용을 통해 수행된다. 상기 가열 증기는 바람직하게는 이산화탄소 분리 공정의 전체 공정에서 가용한 저압 증기이다. 전체 공정은, 마찬가지로 탈착 공정을 위한 증기를 필요로 하는 이산화탄소를 위한 분리 장치를 포함한다. 그 밖에도, 전체 공정은 에너지 생산을 위한 가열 증기가 생성되는 화석 연료 발전 설비 공정을 포함한다. 가열 증기로는 적합한 열 교환기에 의해 에너지가 아미노산염 용액 내로 유입되며, 아미노산염 용액의 수분의 일부분은 증발되고, 그럼으로써 농축된 아미노산염 용액 및 증기가 형성된다. 형성된 증기는 응축수로 응축되어, 여과된 결정성 탄산염 및 이산화탄소를 용해하기 위한 용매로서 용해 공정에서 이용된다.

그에 따라, 응축수는 바람직하게는 다시 여과된 결정성 아미노산 또는 아미노산염을 용해하기 위해, 그에 따라 처리된 아미노산염 용액을 회수하기 위해 이용된다. 그 결과, 응축수는 실질적으로 회로 내에서 유지되며, 그럼으로써 (예컨대 물과 같은) 용매의 추가 투입은 절약된다.

본원의 방법은 특히 바람직한 방식으로 이산화탄소를 위한 분리 공정에 통합되어 이용된다. 이 경우, 분리 공정은 흡수 공정과 탈착 공정을 포함한다. 그 결과, 바람직하게는 본원의 방법에 투입을 위해 필요한 이산화탄소는 이산화탄소를 위한 탈착 공정에서 직접 추출될 수 있다. 그에 따라, 전체 공정에서 존재하는 물질이 이용되고, pH 값의 감소를 위한 물질의 추가적인 제공은 배제될 수 있다.

이 경우, 전체 공정에 존재하는 탈착 공정은, 마찬가지로 바람직하게는, 결과적으로 분리 공정의 흡수 공정에서 이산화탄소의 선택적인 흡수를 위해, 필요한 아미노산염 용액의 알칼리성을 다시 달성하도록, 처리된 아미노산염 용액에 함유된 이산화탄소를 다시 탈착하기 위해 이용될 수 있다.

결정성 탄산염 및 결정성 아미노산을 여과하는 것을 통해, 대폭 감소된 모액이 형성된다. 본원의 방법의 특히 바람직한 개선예의 경우, 상기 모액 중 절반을 초과하는 양이 다시 반응 단계로 재순환되어 이산화탄소와 함께, 결정화로 인해 발생하는 현탁액 내로 투입되며 그 결과 희석된다. 희석을 통해, 특히 하류에 위치하는 여과 공정이 계속하여 보조를 받는다. 그 이유는, 반응 공정으로 재순환되는 모액의 비율을 통해, 여과 공정이 완화되기 때문이다. 이 경우, 모액의 비율은, 하나의 필터에서 결정성 탄산염 및 결정성 아미노산의 동시 여과가 완벽하게 달성될 수 있는 정도로 현탁액 내 고형물 함량이 희석되도록 선택된다. 반응 공정 내로 재순환되는 상기 비율은 바람직하게는 생성되는 총 모액의 30% 내지 90%에 상응한다.

모액의 잔여 부분은 계속하여 분할된다. 잔여 부분 중 제1 부분은 수율의 증대를 위해 순환 흐름으로서 농축 공정 내로 투입된다. 잔여 부분 중 제2 부분은 공정에서 폐기 흐름 내로 잔류물을 배출시키기 위해 이용된다.

본원의 방법은, 화석 연료 발전 설비 공정에 통합되는 이산화탄소를 위한 분리 공정의 구성부분이다. 바람직하게는 오염된 아미노산염 용액은 분리 공정의 흡수제 회로에서 추출되고, 처리된 아미노산염 용액은 동일한 흡수제 회로로 다시 공급된다. 이 경우, 처리된 아미노산염 용액은 탈착 공정으로 공급되며, 처리된 아미노산염 용액 내에 함유된 이산화탄소는 탈착 공정에서 탈착된다.

이산화탄소로 오염된 아미노산염 용액의 처리를 위한, 장치를 대상으로 하는 본 발명의 과제는, 본 발명에 따라서, 청구항 제10항의 특징들을 통해 해결된다. 본원의 장치 및 각각의 개선예들의 장점들은 장치에서 실행될 수 있는 본 발명에 따른 방법에 상응한다.

본원의 장치는 결정화 반응기와, 필터와, 용해기를 포함한다. 결정화 반응기 내로는 오염된 아미노산염 용액 및 이산화탄소가 투입될 수 있으며, 그럼으로써 이산화탄소와 아미노산염 용액의 접촉을 통해 실질적으로 결정성인 탄산염이 침전될 수 있다. 또한, 결정화 반응기는 냉각될 수 있으며, 그럼으로써 아미노산염 용액의 냉각을 통해 실질적으로 결정성인 아미노산이 침전될 수 있다. 필터는 라인을 통해 결정화 반응기에 연결되어, 공급 가능한 아미노산염 용액으로부터 결정화된 탄산염 및 결정화된 아미노산을 분리하기 위해 이용된다. 용해기는 필터에 연결된다. 용해기로는 결정화된 탄산염 및 결정화된 아미노산, 그리고 그 밖에 용매도 공급될 수 있으며, 그럼으로써 용매로 탄산염 및 아미노산을 용해하는 것을 통해, 처리된 아미노산염 용액이 형성된다.

본원의 장치는 바람직하게는 이산화탄소를 위한 분리 장치 내에 통합되어, 분리 장치의 흡수제 회로와 연결된다. 이 경우, 분리 장치는 그 자체로 화석 연료 발전 설비의 구성부분일 수 있다. 분리 장치는 이산화탄소를 위한 저장기를 포함한다. 결정화 반응기는 이산화탄소의 공급을 위한 라인을 통해 저장기와 연결되고, 오염된 아미노산염 용액의 공급을 위한 라인을 통해서 흡수제 회로와 연결된다. 용해기는 처리된 용매의 배출을 위해 바람직하게는 이산화탄소를 위한 분리 장치의 탈착 유닛과 연결된다.

추가의 바람직한 구현예의 경우, 분리 장치는 증발기(evaporator)를 포함하며, 이 증발기는 결정화 반응기의 상류에 연결되고, 가열을 위해 증기 라인을 통해 화석 연료 발전 설비의 증기 발생기(steam generator)와 연결된다. 증발기는 라인을 통해 용해기와 연결되며, 그럼으로써 용해기로는 응축된 증기가 용매로서 공급될 수 있다. 그에 따라, 증발기에서 발생하는 응축된 증기가 추가로 이용될 수 있으며, 그리고 용매로서 추가 성분이 외부로부터 투입되지 않아도 된다.

특히 바람직하게는, 본원의 장치의 한 개선예에 따라서, 필터는 라인을 통해 결정화 반응기와 연결되며, 그럼으로써 필터에서 형성된 희박한 아미노산염 용액의 적어도 일부분이 결정화 반응기 내로 재순환될 수 있다. 그 결과, 오염된 아미노산염 용액의 희석이 달성될 수 있다.

하기에서 본 발명은 개략적 도면들에 따른 개략적 실시예에 따라서 더 상세하게 설명된다.

도 1은 종래 기술에 따라서 오염된 알칼리성 아미노산염 용액을 처리하기 위한 다단계 방법이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라서 오염된 알칼리성 아미노산염 용액을 처리하기 위한 단단계 방법이다.
도 3은 상류에 위치하는 농축 공정을 포함하는 단단계 방법의 제1 개선예이다.
도 4는 공정 내로의 생성된 희박한 아미노산염 용액의 재순환을 포함하는 단단계 방법의 제2 개선예이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따르는 이산화탄소를 위한 오염된 흡수제의 처리를 위한 장치이다.
도 6은 이산화탄소를 위한 오염된 흡수제의 처리를 위한 도 5의 장치의 한 개선예이다.

도 1에 도시된 처리 방법(1)은 종래 기술에 따라서 복수의 반응 및 여과 단계에서의 오염된 아미노산염 용액의 정화를 도시하고 있다. 상기 방법은 실질적으로 5개의 연속되는 방법 단계를 필요로 한다.

처리 방법(1)의 제1 방법 단계(10)에서 이산화탄소(2) 및 모액으로서의 오염된 아미노산염 용액(3)이 투입된다. 이산화탄소(2)와 오염된 아미노산염 용액(3)이 접촉하는 것을 통해, 주로 탄산염(4)과, 더 적은 정도로 아미노산 또는 이들의 염들이 침전된다. 제1 방법 단계(10)에서는 탄산염 및 아미노산 또는 이들의 염(4)과 모액(6)으로 이루어진 현탁액(5)이 배출되며, 이 현탁액은 제2 방법 단계(11)로 공급된다.

제2 방법 단계(11)에서는 침전된 고형물들(4), 예컨대 칼륨 탄산수소염이 모액(6)으로부터 여과되며, 그리고 모액(6)에서 분리되어 제2 방법 단계(11)로부터 배출된다. 이 경우, 제1 방법 단계(10)에서의 침전과 제2 방법 단계(11)에서의 여과는 하나의 단계에 상응한다.

모액(6)은 제3 방법 단계(12)로 공급된다. 제3 방법 단계(12)에서는 모액(6)에서 열(

)이 제거되며, 그럼으로써 모액(6)은 냉각되고 주로 아미노산의 결정화 및 아미노산염(7)의 형성이 각각 이루어진다. 제3 방법 단계(12)에서는 결정성 아미노산 또는 아미노산염과 상대적으로 더 적은 비율의 탄산염(7) 및 모액(6)으로 이루어진 현탁액(8)이 배출되며, 이 현탁액은 제4 방법 단계(13)로 공급된다.

제4 방법 단계(13)에서는, 결정성 고형물들(7)이 모액(6)으로부터 여과되며, 그리고 모액(6)으로부터 분리되어 제4 방법 단계(13)로부터 배출된다. 주로 결정성 아미노산으로, 또는 아미노산염(7)으로 구성되는 상기 필터 케이크는 제5 방법 단계(14)로 공급된다. 이 경우, 제3 방법 단계(12)에서의 침전과 제4 방법 단계(13)에서의 여과는 하나의 추가 단계에 상응한다.

제5 방법 단계(14)에서는, 처리된 아미노산염 용액(15)의 회수가 수행된다. 이를 위해, 제5 방법 단계(14)로, 제2 및 제4 단계에서 여과된 고형물들(7)과 용매(9)가 공급되며, 그리고 상응하는 염들(7)이 용매에 용해된다. 이때 형성되는 처리된 아미노산염 용액(15)이 제5 방법 단계(14)로부터 배출된다.

도 2에는, 본 발명의 한 실시예에 따르는 오염된 아미노산염 용액의 처리를 위한 방법(1)이 도시되어 있다. 본 발명에 따른 방법은 실질적으로 3개의 연속되는 방법 단계만을 필요로 한다. 이 경우, 특히 종래 기술의 방법 단계 1과 3이 반응 공정(100)에서 서로 조합될 뿐만 아니라, 종래 기술의 방법 단계 2와 4는 여과 공정(200)에서 서로 조합된다.

제1 공정 단계, 즉 반응 공정(100)에서, 아미노산염 용액(3) 및 이산화탄소(2)가 투입된다. 이와 동시에 아미노산염 용액(3)은 냉각된다. 그 결과, 결정성 탄산염(4) 및 결정성 아미노산(7)의 침전(결정화)이 수행된다. 그 결과, 결정성 탄산염(4)과, 결정성 아미노산(7)과, 모액(6)으로 이루어진 현탁액이 형성된다.

반응 공정(100)에 후속하는 제2 공정 단계, 즉 여과 공정(200)에서, 결정성 탄산염(4) 및 결정성 아미노산(7)은 모액(6)으로부터 여과된다. 모액(6)은 공정으로부터 배출된다.

여과 공정(200)에 후속하는 제3 공정 단계, 즉 용해 공정(300)에서, 결정성 탄산염(4) 및 결정성 아미노산(7)은 용매(9)에 다시 용해되고, 그 결과 처리된 아미노산염 용액(15)이 회수된다. 본원의 방법은 단단계인데, 그 이유는 반응 공정(100)과 여과 공정(200)만이 존재하기 때문이다.

도 3에는, 도 2에 도시된 처리 방법(1)의 바람직한 개선예가 도시되어 있다. 그 외에, 처리 방법(1)의 상류에 농축 공정(400)이 위치한다.

농축 공정(400)으로는 오염된 아미노산염 용액(3) 및 열 에너지(

)가 공급되며, 그럼으로써 오염된 아미노산염 용액(3)이 농축된다. 공급된 열 에너지(

)는 발전 설비 공정의 증기 발생 공정을 통해 제공되는 가열 증기로 전달될 수 있다. 오염된 아미노산염 용액(3)을 농축하는 것을 통해 용매는 증발되며, 증기(18)가 형성된다. 증기(18)는 응축 공정(500)에서 응축되어 응축수(19)를 형성한다.

용매를 증발시키는 것을 통해, 잔여 모액은 농축되어, 농축된 아미노산염 용액(17)을 형성한다. 농축된 아미노산염 용액(17)은 하류에 위치하는 처리 방법(1)으로 공급된다. 응축 공정(500)에서 생성된 응축수(19)는 용해 공정(300)으로 공급된다. 이 경우, 응축수(19)는, 탄산염(4) 및 아미노산염 용액(7)을 용해하고 그에 따라 처리된 아미노산염 용액(15)을 달성하기 위한 용매(9)로서 이용된다.

도 4에는, 본 발명에 따른 처리 방법(1)의 추가의 특히 바람직한 개선예가 도시되어 있다. 실질적으로, 반응 공정(100), 여과 공정(200), 용해 공정(300), 그리고 반응 공정(100)의 상류에 위치하고, 연결된 응축 공정(500)을 포함하는 농축 공정(400)이 도시되어 있다.

여과 공정(200)을 벗어나는 모액(6)은 대폭 감소된 아미노산염 용액(20)인데, 그 이유는 모액이 극미한 양으로만, 용해된 아미노산염을 함유하기 때문이다. 이런 희박한 아미노산염 용액(20)은 3개의 부분 흐름으로 분할된다.

대폭 감소된 아미노산염 용액의 절반을 초과하는 양에 달하는 제1 부분 흐름(T1)은 다시 반응 공정(100)으로 안내되어 현탁액(17)을 희석시킨다. 희석을 통해, 여과할 현탁액의 고형물 함량은 너무 많아지지 않는 점이 달성되고, 그럼으로써 필터가 여과 공정(200)에서 막히지 않으면서 여과가 수행될 수 있다. 대폭 감소된 아미노산염 용액(20)의 30% 내지 90%가 현탁액을 희석하기 위해 이용된다면, 여과 공정(200)은 성공적으로 수행된다.

제2 부분 흐름(T2)은 농축 공정(400)으로 공급된다. 농축 공정(400) 내로 희박한 아미노산염 용액(20)의 재순환을 통해, 처리 방법(1)의 수율은 계속하여 증가되고, 그에 따라 아미노산염(7)의 손실은 감소될 수 있다. 부분 흐름(T2)은 제1 부분 흐름(T1)에 따라서 설정된다. 바람직하게 제2 부분 흐름(T2)은 대폭 감소된 아미노산염 용액(20)의 전체 흐름 중 5 내지 60%의 비율에 상응한다.

제3 부분 흐름(T3)은 폐기 흐름을 형성하면서, 공정으로부터 배출되어 파기 처리된다. 이 경우, 제3 부분 흐름(T3)은 부분 흐름들(T1 및 T2)에 따라서 운영되고 바람직하게는 5% 내지 20%로 설정된다.

도 5에는, 이산화탄소를 위한 오염된 흡수제의 처리를 위한 본 발명에 따른 장치(30)의 한 실시예가 도시되어 있다. 도 5의 핵심적인 구성 요소들은 반응기(32), 필터(35) 및 용해기(36)이다.

반응기(32)는 오염된 흡수제를 위한 공급 라인(37)과, 이산화탄소를 위한 공급 라인(38)을 포함한다. 공급 라인(37)은 오염된 흡수제의 공급을 위한 이산화탄소 분리 장치(CO2 포집 설비)에 연결된다. 이산화탄소 분리 장치는 여기에는 도시되어 있지 않다. 이산화탄소를 위한 공급 라인(38)은 마찬가지로 이산화탄소 분리 장치에 연결되어, 이미 연도 가스에서 분리된 이산화탄소의 공급을 위해 이용된다.

반응기(32)는 교반기(39a)를 포함하고, 냉각 루프(40)에 연결되며, 이 냉각 루프에는 펌프(41) 및 냉각기(42)가 연결되어 있다. 냉각기(42)를 통해, 열 에너지는 제1 반응기(32)로부터 제거될 수 있으며, 그럼으로써 반응기(32) 내의 온도(T)가 설정될 수 있다. 온도(T)의 설정을 위한 또 다른 개념들도 생각해볼 수 있다. 현탁액의 배출을 위해, 반응기(32)는 라인(43)을 포함한다. 라인(43)은 반응기(32)를 필터(35)와 연결한다. 라인(43) 내에는 현탁액의 이송을 위한 펌프(44)가 연결된다.

탄산염 및 아미노산은 반응기(32)에서 이미 실질적으로 완전하게 침전된다. 그에 따라, 라인(43)에서 현탁액의 폭넓은 냉각이 수행된다면, 고형물 함량의 증가는 고려되지 않고, 그 결과로서 라인(43)의 막힘은 방지된다.

필터(35)는 액체상 성분으로부터 결정 고형물 성분들, 바람직하게는 칼륨 탄산수소염 및 아미노산염을 분리하도록 구성된다. 필터(35)는 여과된 고형물 성분의 이송을 위한 배출 라인(49)과, 희박한 아미노산염 용액의 배출을 위한 배출 라인(50)을 포함한다. 배출 라인(50)에는 포집 용기(51) 및 펌프(56)가 연결된다. 배출 라인(50)을 통해, 대폭 감소된 아미노산염 용액이 공정으로부터 배출된다.

용해기(36)는, 결정 응집체를 다시 용해하는 기능을 갖는 교반기(39b), 예컨대 디스크 교반기를 구비한다. 이를 위해, 용해기(36)로는 재차 용매, 예컨대 물이 공급될 수 있다. 용해기(36)에는, 처리된 흡수제의 배출을 위해 이산화탄소를 위한 분리 장치(CO2 포집 설비)와 연결되어 있는 리턴 라인(52)이 연결된다.

도 6에는, 도 5에 도시된 장치(30)의 한 개선예가 도시되어 있다. 도 5와 달리, 도 6의 실시예는 실질적으로 증발기(57)와, 응축기(58)와, 고형물 포집기(59)를 추가로 포함한다.

증발기(57)는 필름 증발기로서 구성되어, 오염된 흡수제를 위한 공급 라인(37)에 연결된다. 또한, 증발기(57)에는 증기 라인(60)이 연결되며, 이 증기 라인은 증발기(57)를 화석 연료 발전 설비의 증기 발생기와 연결한다. 증발을 통해, 농축된 아미노산염 용액이 형성되고, 이 농축된 아미노산염 용액은 라인(37)을 통해 증발기(57)로부터 배출될 수 있다. 라인(37)에서 증발기(57)와 반응기(32) 사이에는 농축된 아미노산염 용액을 반응기 내로 이송할 수 있는 펌프(65)가 연결된다.

라인(61)을 통해서는 증발기(57)에서 증기가 배출될 수 있다. 라인(61)은 증발기(57)를 응축기(58)와 연결하며, 이 응축기 내에서 증기가 응축될 수 있다. 응축기(58)에는 응축수 라인(62)이 연결되고, 이 응축수 라인은 응축기(58)를 고형물 포집기(59) 및 용해기(36)와 연결한다. 응축수 라인(62)에는 응축수의 저장을 위한 포집 용기(63) 및 응축수의 이송을 위한 펌프(64)가 연결된다.

여과된 고형물의 배출을 위해, 도 6의 실시예의 경우, 필터(35)는 배출 라인(49)을 통해 고형물 포집기(59)와 연결된다. 고형물 포집기(59) 내에는 여과된 고형물 성분들이 저장되고, 배출 라인(49)을 통해 계량되어 용해기(36)로 송출된다. 중간 저장 및 계량식 송출을 통해 용해기(36)는 일정한 조건하에서 작동될 수 있다.

여과를 통해 형성된 모액의 배출을 위해서 필터(35)에는 배출 라인(50)이 연결된다. 도 6의 실시예의 경우, 배출 라인(50)은 3개의 부분 라인으로 도시되어 있다. 제1 부분 흐름 라인(54)은 필터(35)를 반응기(32)와 연결하여 반응기(32) 내로 모액의 부분 흐름을 재순환하는 역할을 한다. 제2 부분 흐름 라인(55)은 필터(32)를 증발기(57)와 연결하여 증발기(57) 내로 모액의 부분 흐름을 재순환하는 역할을 한다. 제3 부분 흐름 라인(53)은 잔여 액체상 성분을 배출하는 역할을 한다.

이 경우, 제1 부분 흐름 라인(54)은, 배출 라인(50)을 통해 배출될 모액의 절반을 초과하는 양이 제1 부분 흐름 라인(54)을 통해 안내될 수 있을 정도에 상응하게 구성된다. 제2 부분 흐름 라인(55) 및 제3 부분 흐름 라인(53)은 제1 부분 흐름 라인에 비해 상대적으로 더 작은 유동 지름을 구비하여 구성된다. 각각의 부분 흐름 라인들(53, 54 및 55)에는, 부분 라인들에 대한 흐름의 유량 및 분배를 상호 간에 설정할 수 있는 밸브들이 연결될 수 있다.

Claims (16)

1. 연소의 연도 가스에서 발생하는 이산화탄소를 위한 흡수제로서, 이산화탄소(2)로 오염된 아미노산염 용액(3)을 처리하기 위한 방법(1)에 있어서,
   하기와 같은 연속되는 공정 단계들, 즉
   - 단일의 반응 공정(100)에서, 아미노산염 용액(3) 내로 이산화탄소(2)를 투입하고, 아미노산염 용액(3)을 냉각하며, 그 결과 결정성 탄산염(4) 및 결정성 아미노산(7)을 침전시키는 공정 단계와,
   - 여과 공정(200)에서, 30㎚보다 작거나 같은 기공 크기를 갖는 필터로 결정성 탄산염(4) 및 결정성 아미노산(7)을 여과하는 공정 단계와,
   - 용해 공정(300)에서, 용매(9)에서 결정성 탄산염(4) 및 결정성 아미노산(7)을 용해하고, 그 결과 처리된 아미노산염 용액(15)을 회수하는 공정 단계를 포함하는, 이산화탄소로 오염된 아미노산염 용액의 처리 방법(1).
2. 제1항에 있어서, 반응 공정(100)의 상류에 농축 공정(400)이 위치하고, 농축 공정에서는 오염된 아미노산염 용액(3)이 농축되며, 그럼으로써 농축된 아미노산염 용액(3)이 형성되는, 이산화탄소로 오염된 아미노산염 용액의 처리 방법(1).
3. 제2항에 있어서, 농축 공정(400)에서 농축을 위해 가열 증기(16)에 의해 열이 아미노산염 용액(3) 내로 유입되고, 오염된 아미노산염 용액(3)의 용매의 일부분이 증발되고, 그럼으로써 농축된 아미노산염 용액(17) 및 증기(18)가 형성되며, 증기(18)는 응축수(19)로 응축되어, 용해 공정(300)에서 여과된 결정성 탄산염(4) 및 결정성 아미노산(7)을 용해하기 위한 용매(9)로서 이용되는, 이산화탄소로 오염된 아미노산염 용액의 처리 방법(1).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 투입될 이산화탄소(2)는 이산화탄소를 위한 분리 장치의 탈착 공정에서 추출되는, 이산화탄소로 오염된 아미노산염 용액의 처리 방법(1).
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 여과 공정(200)에서는 탄산염(4) 및 아미노산(7)의 결정화를 통해, 대폭 감소된 아미노산염 용액(20)이 모액(6)으로서 형성되며, 모액(20)의 절반을 초과하는 양은 다시 반응 공정(100)에서 현탁액(17) 내로 공급되며, 그럼으로써 현탁액(17)은 희석되는, 이산화탄소로 오염된 아미노산염 용액의 처리 방법(1).
6. 제5항에 있어서, 잔존하는 절반의 희박한 흡수제(20)는 분할되며, 그리고 제1 부분은 농축 공정(400)으로 전달되고, 제2 부분은 폐기 흐름 내로 잔류물을 배출하기 위해 이용되는, 이산화탄소로 오염된 아미노산염 용액의 처리 방법(1).
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 오염된 아미노산염 용액(3)은 이산화탄소를 위한 분리 장치의 흡수제 회로에서 추출되며, 그리고 처리된 아미노산염 용액(15)은 상기 흡수제 회로로 공급되는, 이산화탄소로 오염된 아미노산염 용액의 처리 방법(1).
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 처리된 아미노산염 용액(15)은 이산화탄소를 위한 분리 공정의 탈착 공정으로 공급되며, 처리된 아미노산염 용액(15) 내에 함유된 이산화탄소(2)는 상기 탈착 공정에서 탈착되는, 이산화탄소로 오염된 아미노산염 용액의 처리 방법(1).
9. 제1항에 있어서, 화석 연료 발전 설비 공정에 통합되는 이산화탄소를 위한 분리 공정의 구성부분인, 이산화탄소로 오염된 아미노산염 용액의 처리 방법(1).
10. 연소의 연도 가스에서 발생하는 이산화탄소를 위한 흡수제로서, 이산화탄소로 오염된 아미노산염 용액을 처리하기 위한 장치(30)에 있어서,
    하기 부품들, 즉
    - 오염된 아미노산염 용액(37) 및 이산화탄소(38)가 투입될 수 있으며, 그럼으로써 이산화탄소(38)와 아미노산염 용액(37)의 접촉을 통해 실질적으로 결정성인 탄산염이 침전되는, 결정화 반응기(32)이며, 이때 결정화 반응기(32)는 냉각될 수 있으며, 그럼으로써 아미노산염 용액(37)의 냉각을 통해 실질적으로 결정성인 아미노산이 침전되는, 단일의 결정화 반응기(32)와,
    - 라인(43)을 통해 결정화 반응기(32)에 연결되어, 결정화된 탄산염 및 결정화된 아미노산의 분리를 위해 아미노산염 용액을 공급받을 수 있는 필터(35)와,
    - 라인(49)을 통해 필터(35)에 연결되어, 결정화된 탄산염 및 결정화된 아미노산을 공급받을 수 있는 용해기(36)이며, 그 밖에 용매(9)도 공급받을 수 있음으로써 용매(9)로 탄산염 및 아미노산을 용해하는 것을 통해, 처리된 아미노산염 용액(15)이 형성되는, 용해기(36)를 포함하고,
    필터(35)는 30㎚보다 작거나 같은 기공 크기를 갖는, 이산화탄소로 오염된 아미노산염 용액의 처리 장치(30).
11. 제10항에 있어서, 이산화탄소를 위한 분리 장치를 추가로 포함하고, 상기 분리 장치는 흡수제 회로와 이산화탄소를 위한 저장기를 포함하며, 결정화 반응기(32)는 이산화탄소의 공급을 위한 라인(38)을 통해 저장기와 연결되고, 오염된 아미노산염 용액의 공급을 위한 라인(37)을 통해서 상기 흡수제 회로와 연결되는, 이산화탄소로 오염된 아미노산염 용액의 처리 장치(30).
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 결정화 반응기(32)의 상류에 연결되어 가열을 위해 증기 라인(60)을 통해 화석 연료 발전 설비의 증기 발생기와 연결되는 증발기(57)를 추가로 포함하는, 이산화탄소로 오염된 아미노산염 용액의 처리 장치(30).
13. 제12항에 있어서, 증발기(57)는 라인(61, 62)을 통해 용해기(36)와 연결되며, 그럼으로써 용해기(36)로 응축된 증기가 용매로서 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소로 오염된 아미노산염 용액의 처리 장치(30).
14. 제10항 또는 제11항에 있어서, 필터(35)는 라인(50, 54)을 통해 결정화 반응기(32)와 연결되며, 그럼으로써 필터에서 형성된 희박한 아미노산염 용액의 적어도 일부분이 결정화 반응기(32) 내로 재순환될 수 있으며, 그럼으로써 상기 오염된 아미노산염 용액의 희석이 달성될 수 있는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소로 오염된 아미노산염 용액의 처리 장치(30).
15. 제12항에 있어서, 결정화 반응기(32)는, 상기 화석 연료 발전 설비 내에 통합된 이산화탄소를 위한 분리 장치의 부분인 이산화탄소를 위한 저장기와 연결되며, 그럼으로써 상기 결정화 반응기로 이산화탄소가 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소로 오염된 아미노산염 용액의 처리 장치(30).
16. 제10항 또는 제11항에 있어서, 용해기(36)는 처리된 용매의 배출을 위해 리턴 라인(52)을 통해 이산화탄소를 위한 분리 장치의 탈착 유닛과 연결되는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소로 오염된 아미노산염 용액의 처리 장치(30).

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