KR102194763B1 - Co2 recovery system having cooling function using low-temperature waste heat - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 부생가스 중 이산화탄소를 회수하는 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는, 순산소를 열원으로 하여 이산화탄소의 농도가 높은 부생가스로부터 액화 이산화탄소를 회수 시 저온 폐열을 이용하여 부생가스를 냉각시킬 수 있는 저온 폐열을 이용한 냉각 기능을 갖는 이산화탄소 회수 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for recovering carbon dioxide from a by-product gas, and more particularly, when recovering liquefied carbon dioxide from a by-product gas having a high concentration of carbon dioxide by using pure oxygen as a heat source, the by-product gas can be cooled using low-temperature waste heat. It relates to a carbon dioxide recovery system having a cooling function using low-temperature waste heat.
일반적으로, 이산화탄소(CO2)는 전체 온실가스의 약 60%를 차지하여 지구 온난화 현상의 주범으로, 일찍이 기후변화에 관한 국제협약 등을 통하여 그 배출량을 감축시키기 위한 노력과 규제가 다방면에서 이루어지고 있다.In general, carbon dioxide (CO 2 ) accounts for about 60% of the total greenhouse gas, and is the main cause of global warming.Efforts and regulations have been made to reduce its emissions through international agreements on climate change. have.
이에, 이산화탄소를 감축시키기 위한 기술이 개발되고 있으며, 특히 대용량의 이산화탄소를 감축하기 위한 기술로는 이산화탄소 회수저장 기술(CCS: Carbon Capture and Storage)이 주목받고 잇다.Accordingly, a technology for reducing carbon dioxide is being developed, and in particular, a carbon capture and storage technology (CCS) is drawing attention as a technology for reducing large-capacity carbon dioxide.
이산화탄소 회수저장 기술(CCS)은 크게 연소 후 회수법, 연소 전 회수법 및 순산소 연소법(연소 중)으로 구분될 수 있느데, Carbon dioxide recovery and storage technology (CCS) can be largely divided into a recovery method after combustion, a recovery method before combustion, and a pure oxygen combustion method (during combustion).
먼저, 연소 전 회수법(Pre-combustion capture)은 석탄을 연소가 아닌 가스화 또는 부분산화를 통해 일산화탄소와 수소를 주성분으로 하는 합성가스로 변환시킨 뒤, 이를 수성가스 반응(Water-gas shift reaction)을 통해 일산화탄소에서 이산화탄소와 수소를 만들어내고, 이산화탄소를 흡수 또는 흡착법을 통해 분리하게 된다.First, the pre-combustion capture method converts coal into syngas containing carbon monoxide and hydrogen as main components through gasification or partial oxidation rather than combustion, and then converts it to a water-gas shift reaction. Through this, carbon dioxide and hydrogen are produced from carbon monoxide, and carbon dioxide is separated through absorption or adsorption.
또한, 연소 후 회수법(Postcombustion capture)은 기존의 발전소에서 나오는 연소 배가스 내에서 이산화탄소를 선택적으로 분리하는 방법으로서 주로 흡수법, 흡착법이 주로 사용된다.In addition, the postcombustion capture method is a method of selectively separating carbon dioxide from combustion exhaust gas from an existing power plant, and an absorption method and an adsorption method are mainly used.
한편, 순산소 연소법은 공기에서 질소를 분리해내고 순산소를 통해 연료를 연소하는 것으로, 순산소 연소법으로 발생되는 배가스는 주성분이 이산화탄소와 수증기가 되므로 응축을 통해 쉽게 수증기를 분리시킬 수 있는 장점이 있다.On the other hand, the pure oxygen combustion method separates nitrogen from the air and burns fuel through pure oxygen.Since the main components of the exhaust gas generated by the pure oxygen combustion method become carbon dioxide and water vapor, it has the advantage of being able to easily separate water vapor through condensation. have.
이러한, 이산화탄소는 액체 상태로 회수하여 사용되는데, 이산화탄소의 비등점은 -78.46℃로 낮기 때문에 배기가스를 압축하여 비등점을 높여 회수하는 방법이 개발되었다.Such carbon dioxide is recovered and used in a liquid state. Since the boiling point of carbon dioxide is as low as -78.46°C, a method for recovering by compressing exhaust gas to increase the boiling point has been developed.
그러나 배기가스를 압축하는 과정에서 다량의 열이 발생됨에 따라, 이를 신속하게 냉각시키지 못하는 경우 설비 손상 및 안전사고 등을 유발할 수 있는 문제점을 가지고 있었다.However, as a large amount of heat is generated in the process of compressing the exhaust gas, if it is not quickly cooled, there is a problem that may cause equipment damage and safety accidents.
이에, 압축 후 과열된 압축가스를 신속하게 냉각시키기 위해 다량의 냉매와 냉매를 냉각시키기 위한 에너지 소모가 극심하여 이산화탄소 회수 비용을 증가시키는 문제점을 가지고 있었다.Accordingly, in order to quickly cool the compressed gas overheated after compression, a large amount of refrigerant and energy consumption for cooling the refrigerant are extremely high, thereby increasing the cost of recovering carbon dioxide.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The matters described as the background art are only for enhancing an understanding of the background of the present invention, and should not be taken as acknowledging that they correspond to the prior art already known to those of ordinary skill in the art.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 순산소를 열원으로 하여 이산화탄소의 농도가 높은 부생가스로부터 고농도의 액화 이산화탄소를 회수할 수 있는 저온 폐열을 이용한 냉각 기능을 갖는 이산화탄소 회수 시스템을 제공한다.The present invention has been devised to solve the above problems, and provides a carbon dioxide recovery system having a cooling function using low temperature waste heat capable of recovering high concentration of liquefied carbon dioxide from by-product gas having a high concentration of carbon dioxide using pure oxygen as a heat source. to provide.
특히, 이산화탄소를 회수하는 과정에서 부생가스 압축시 발생되는 고열을 저온폐열을 이용하여 냉각시킬 수 있는 저온 폐열을 이용한 냉각 기능을 갖는 이산화탄소 회수 시스템을 제공한다.In particular, there is provided a carbon dioxide recovery system having a cooling function using low-temperature waste heat capable of cooling high heat generated during by-product gas compression in the process of recovering carbon dioxide using low-temperature waste heat.
또한, 복합발전 등의 연료로 사용될 수 있는 일산화탄소 및 수소 가스를 동시에 회수할 수 있는 저온 폐열을 이용한 냉각 기능을 갖는 이산화탄소 회수 시스템을 제공한다.In addition, there is provided a carbon dioxide recovery system having a cooling function using low-temperature waste heat capable of simultaneously recovering carbon monoxide and hydrogen gas that can be used as fuels for combined power generation and the like.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the description of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 저온 폐열을 이용한 냉각 기능을 갖는 이산화탄소 회수 시스템은 순산소를 열원으로 하여 탄소가 산화되는 공정의 부생가스에서 이산화탄소를 회수하는 시스템에 관한 것으로, 부생가스에 포함된 이물질 및 악취를 제거하는 전처리부; 상기 전처리부 후단에 배치되어 부생가스를 15 ~ 25 bar의 압력으로 압축시켜 압축가스를 마련하는 하나 이상의 압축부; 각각의 상기 압축부 후단에 설치되어, 냉매를 이용하여 압축가스를 1차 냉각시키는 냉각부; 냉각된 압축가스 중 수분을 제거하는 수분 제거부; 수분이 제거된 압축가스의 일부를 우회한 후, 냉각되도록 팽창시켜 열교환 가스를 마련하는 팽창부; 상기 팽창부에서 생성된 열교환 가스와 압축가스를 열교환하여 각각의 상기 압축부에서 생성된 압축가스를 2차 냉각시키는 열교환부; 및 상기 열교환부에서 열교환된 압축가스를 냉각시켜 액화 이산화탄소를 회수하고, 나머지 배기가스를 상기 냉각부에 공급하여 냉매를 냉각시키는 이산화탄소 회수부;를 포함한다.The carbon dioxide recovery system having a cooling function using low-temperature waste heat according to an embodiment of the present invention relates to a system for recovering carbon dioxide from a by-product gas of a process in which carbon is oxidized using pure oxygen as a heat source, and foreign matter contained in the by-product gas And a pretreatment unit for removing odors. One or more compression units disposed at the rear end of the pretreatment unit to compress by-product gas at a pressure of 15 to 25 bar to provide compressed gas; A cooling unit installed at a rear end of each of the compression units to first cool the compressed gas using a refrigerant; A moisture removal unit for removing moisture from the cooled compressed gas; After bypassing a portion of the compressed gas from which moisture has been removed, the expansion unit is expanded to cool to provide heat exchange gas; A heat exchange unit for secondary cooling the compressed gas generated in each of the compression units by exchanging heat exchange gas and compressed gas generated in the expansion unit; And a carbon dioxide recovery unit configured to cool the compressed gas heat-exchanged in the heat exchange unit to recover liquefied carbon dioxide, and supply the remaining exhaust gas to the cooling unit to cool the refrigerant.
상기 이산화탄소 회수부는, 상기 열교환부로부터 공급받은 압축가스에 포함된 이산화탄소를 응축시켜 액화 이산화탄소를 마련하는 응축기; 상기 응축기로부터 액화 이산화탄소를 공급받아 액화 이산화탄소에 함유된 불순물을 제거하여 농축시키는 정류기; 상기 정류기에서 농축된 액화 이산화탄소를 회수하는 액화 이산화탄소 탱크; 및 상기 냉각부의 냉매와 열교환되도록, 상기 응축기 및 정류기에서 이산화탄소를 회수하고 남은 배기가스를 상기 냉각부에 전달하는 폐열회수 유로;를 포함할 수 있다.The carbon dioxide recovery unit may include a condenser configured to condense carbon dioxide contained in the compressed gas supplied from the heat exchange unit to provide liquefied carbon dioxide; A rectifier receiving liquefied carbon dioxide from the condenser, removing impurities contained in the liquefied carbon dioxide, and concentrating it; A liquefied carbon dioxide tank for recovering concentrated liquefied carbon dioxide in the rectifier; And a waste heat recovery passage for recovering carbon dioxide from the condenser and the rectifier and transferring the remaining exhaust gas to the cooling unit so as to heat exchange with the refrigerant of the cooling unit.
본 발명에서 상기 정류기는, 상기 액화 이산화탄소 탱크 전단에서 일부가 분기되어 상기 열교환부의 압축가스와 열교환된 액화 이산화탄소 및 상기 팽창부에서 마련되어 상기 열교환부에서 압축가스와 열교환된 냉각가스로부터 열원을 공급받는 것이 바람직하다.In the present invention, the rectifier is partially branched at the front end of the liquefied carbon dioxide tank to receive a heat source from the liquefied carbon dioxide heat-exchanged with the compressed gas of the heat exchange part and the cooling gas provided in the expansion part and heat-exchanged with the compressed gas in the heat exchange part. desirable.
본 발명에서, 상기 응축기에서 응축되는 액화 이산화탄소의 농도는 95% 이상이고, 상기 정류기에서 농축된 액화 이산화탄소의 농도는 99% 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the concentration of the liquefied carbon dioxide condensed in the condenser may be 95% or more, and the concentration of the liquefied carbon dioxide concentrated in the rectifier may be 99% or more.
보다 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 폐열을 이용한 냉각 기능을 갖는 이산화탄소 회수 시스템은 상기 냉각부의 냉매와 열교환된 배기가스를 회수할 수 있도록, 상기 냉각부에 연결되어 냉매와 열교환된 배기가스가 충전되는 배기가스 회수부;를 더 포함할 수 있다.More preferably, the carbon dioxide recovery system having a cooling function using low-temperature waste heat according to an embodiment of the present invention is connected to the cooling unit and heat-exchanged with the refrigerant so that exhaust gas heat-exchanged with the refrigerant of the cooling unit can be recovered. It may further include; an exhaust gas recovery unit filled with gas.
본 발명에서 상기 팽창부는, 제조되는 열교환 가스의 온도가 -70 ~ -60 ℃가 되도록, 압축가스를 팽창시키는 것이 바람직하다.In the present invention, the expansion unit, it is preferable to expand the compressed gas so that the temperature of the heat exchange gas to be produced is -70 ~ -60 ℃.
본 발명의 실시에에 따르면, 농축된 이산화탄소(CO2) 가스를 이용한 액화탄산 생산에 유리하며, 저온폐열을 이용하여 압축가스를 냉각시킴으로써 냉각비용을 최소화할 수 있는 효과가 있다.According to the practice of the present invention, it is advantageous to produce liquefied carbonic acid using concentrated carbon dioxide (CO 2 ) gas, and there is an effect of minimizing cooling costs by cooling the compressed gas using low-temperature waste heat.
또한, 액화 이산화탄소를 회수하는 과정에서 부생되는 일산화탄소 및 수소 가스를 복합발전 등에서 연료로 활용할 수 있어 유지 비용을 더욱 절감시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, carbon monoxide and hydrogen gas, which are by-produced in the process of recovering liquefied carbon dioxide, can be used as fuels in combined power generation, etc., thereby further reducing maintenance costs.
또한, 전처리부를 구비하여 유입되는 부생가스 중 이물질 및 악취를 제거함으로써 생산되는 액화 이산화탄소의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect of improving the quality of the produced liquefied carbon dioxide by removing foreign substances and odors from by-product gases introduced by the pretreatment unit.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 폐열을 이용한 냉각 기능을 갖는 이산화탄소 회수 시스템을 보여주는 도면이고,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 저온 폐열을 이용한 냉각 기능을 갖는 이산화탄소 회수 시스템을 보여주는 도면이다.1 is a view showing a carbon dioxide recovery system having a cooling function using low-temperature waste heat according to an embodiment of the present invention,
2 is a view showing a carbon dioxide recovery system having a cooling function using low-temperature waste heat according to another embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments. For reference, in the present description, the same numbers refer to substantially the same elements, and under these rules, contents described in other drawings may be cited, and contents that are deemed obvious to those skilled in the art or repeated may be omitted.
본 발명은 순산소를 열원으로 하여 탄소가 산화되는 발전(發電) 또는 용철제조공정과 같은 순산소 공정설비에서 발생되는 부생가스를 비등점(沸騰點) 차이를 이용하여 고농도로 농축된 액화 이산화탄소(CO2)를 회수시 부생가스를 압축하는 과정에서 발생된 열을 액화 이산화탄소를 회수하고 남은 배기가스의 저온 폐열을 이용하여 냉각시키는 것을 특징으로 한다.In the present invention, liquefied carbon dioxide (CO 2 ) It is characterized in that the heat generated in the process of compressing the by-product gas is recovered by recovering the liquefied carbon dioxide and cooled using the low-temperature waste heat of the remaining exhaust gas.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 폐열을 이용한 냉각 기능을 갖는 이산화탄소 회수 시스템을 보여주는 도면이고, 표 1은 일반적인 순산소 설비의 부생가스 조성을 보여주는 표이다.1 is a diagram showing a carbon dioxide recovery system having a cooling function using low-temperature waste heat according to an embodiment of the present invention, and Table 1 is a table showing a by-product gas composition of a general pure oxygen facility.
표 1에 도시된 바와 같이, 순산소 설비의 부생가스는 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 수소(H2), 메탄(CH4), 질소(N2)를 주성분으로 하며, 이산화탄소의 농도가 50~70%로 매우 높고, 그 뒤로 일산화탄소 및 수소의 농도가 높음을 알 수 있다.As shown in Table 1, the byproduct gas of the pure oxygen facility is mainly composed of carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), hydrogen (H2), methane (CH4), and nitrogen (N2), and the concentration of carbon dioxide is 50~ It can be seen that the concentration of carbon monoxide and hydrogen is high after that, which is very high at 70%.
이때, 부생가스의 불순물로는 기상의 수분 및 나프탈레인 등을 포함할 수 있다.At this time, impurities of the by-product gas may include moisture in the gas phase and naphthalein.
도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 폐열을 이용한 냉각 기능을 갖는 이산화탄소 회수 시스템은, 순산소 공정설비(10)에서 발생되는 고농도의 이산화탄소를 포함하는 부생가스에서 이산화탄소를 회수하여 이산화탄소 배출량은 저감시키면서 99% 이상의 고순도 이산화탄소를 회수하여 부가가치를 창출할 수 있다.As shown in FIG. 1, the carbon dioxide recovery system having a cooling function using low-temperature waste heat according to an embodiment of the present invention collects carbon dioxide from by-product gas containing high concentration carbon dioxide generated in the pure
본 발명에서 저온 폐열을 이용한 냉각 기능을 갖는 이산화탄소 회수 시스템은, 순산소 공정설비(10)로부터 부생가스를 공급받아 부생가스 중 이물질과 악취를 제거하는 전처리부(100)와, 전처리된 부생가스를 압축시키는 압축부(200)와, 압축과정에서 발생된 열을 냉각시키는 냉각부(300)와, 냉각된 압축가스 중 수분을 제거하는 수분 제거부(400)와, 수분이 제거된 압축가스의 일부를 우회하여 열교환 가스를 마련하는 팽창부(500)와, 열교환 가스와 압축가스를 열교환하여 2차 냉각시키는 열교환부(600) 및 열교환부(600)에서 2차 냉각된 압축가스를 추가 냉각하여 액화 이산화탄소를 회수하는 이산화탄소 회수부(700)를 포함한다.In the present invention, the carbon dioxide recovery system having a cooling function using low-temperature waste heat includes a pretreatment unit 100 that receives by-product gas from the pure
본 발명의 일 실시예에 따른, 전처리부(100)는 부생가스 중의 분진 등 이물질과 악취를 제거하여 전처리 하는 것으로, 본 발명에서 전처리부(100)는 활성탄이 충전된 활성탄탑을 사용할 수 있으며 처리량 향상을 위해 복수 개를 병렬로 연결하여 사용될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the pretreatment unit 100 is for pretreatment by removing foreign substances and odors such as dust in by-product gas, and the pretreatment unit 100 in the present invention can use an activated carbon tower filled with activated carbon, and For improvement, a plurality of them can be connected in parallel and used.
한편, 압축부(200)는 예를 들어 컴프레셔 등이 사용될 수 있으며, 이 외에도 기체를 압축시킬 수 있는 다양한 방법이 적용될 수 있다. Meanwhile, as the
이에, 압축부는 전처리된 부생가스를 압축하여 압축가스를 제조할 수 있는데, 기체는 압축되면서 비등점이 높아지기 때문에, 이산화탄소는 비등점이 -78.46℃로 낮기 때문에 일정압력으로 압축시켜 비등점을 높임으로써, 이산화탄소 회수를 위해 냉각시 비용을 크게 절감시킬 수 있게 된다.Accordingly, the compression unit can compress the pretreated by-product gas to produce compressed gas. Since the gas is compressed and the boiling point is high, the boiling point of carbon dioxide is low as -78.46°C, so the boiling point is increased by compressing it at a constant pressure to increase the boiling point, thereby recovering carbon dioxide. For cooling, the cost can be greatly reduced.
이때, 압축가스는 15 ~ 25 bar로 압축시키는 것이 바람직한데, 그 이유는 15 bar 미만으로 압축시키는 경우 비등점 향상 정도가 미미하여 냉각 비용절감 효과가 낮고, 25 bar를 초과하여 압축하는 경우 압축 비용을 과도하게 증가시킬 수 있어 상기 범위로 제한하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to compress the compressed gas to 15 ~ 25 bar. This is because when the compression is less than 15 bar, the degree of improvement of the boiling point is insignificant, so the cooling cost reduction effect is low, and when compression exceeds 25 bar, the compression cost is excessive. It is preferable to limit it to the above range because it can be increased.
한편, 부생가스를 압축시키는 과정에서는 다량의 열이 발생되는 바, 이를 즉시 해결하지 않으면 설비의 변형 등 손상 또는 안전사고 등을 유발하는 문제점이 있어, 압축부 후단에 연결된 냉각부에서 냉매를 이용하여 압축가스를 1차 냉각시키는 것이 바람직하다.On the other hand, in the process of compressing the by-product gas, a large amount of heat is generated.If this is not addressed immediately, there is a problem that damages such as equipment deformation or safety accidents are caused.Therefore, the cooling unit connected to the rear end of the compression unit uses refrigerant. It is preferable to first cool the compressed gas.
보다 구체적으로, 본 발명에서 부생가스를 압축하여 압축가스를 마련하는 과정에서 가스의 온도가 급격하게 상승되는 바, 설비에 무리를 발생시키거나 안전사고를 유발할 수 있어 수회로 나누어 순차적으로 진행되도록 압축부(200)는 하나 이상이 다단으로 연결되어 마련될 수 있다.More specifically, in the process of preparing compressed gas by compressing by-product gas in the present invention, the temperature of the gas rises rapidly, which may cause an excessive amount of equipment or cause a safety accident. One or
이때, 냉각부(300)는 각각의 압축부(200) 후단에 배치되어 압축과정에서 온도가 상승된 압축가스를 즉시 냉각시키도록 구성되는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the
상기와 같이, 압축된 압축가스는 후단에 배치된 수분 제거부(400)에서 내포된 수분을 제거하는데, 그 이유는 비등점이 비교적 높고 부생가스를 전처리 및 압축 과정에서 발생 또는 유입되거나 부생가스 중에 함유된 수분을 제거함으로써, 이후 공정을 원활히 하고 제조되는 액화 이산화탄소의 순도를 보다 향상시킬 수 있기 때문이다.As described above, the compressed compressed gas removes moisture contained in the
본 발명의 일 실시예에 따른 팽창부(500)는 수분이 제거된 압축가스의 일부를 우회하여 팽창시킴으로써 -60 ~ -50 ℃의 낮은 온도를 갖는 열교환 가스를 제조하고, 열교환부(600)는 팽창부(500)에서 제조된 열교환 가스를 냉각부에서 1차 냉각된 압축가스와 열교환시켜 고온의 압축가스를 2차 냉각되도록 한다.The
이에, 이후 이산화탄소 회수부의 부하를 감소시키고 고순도의 이산화탄소를 회수할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, there is an effect of reducing the load of the carbon dioxide recovery unit and recovering high-purity carbon dioxide.
본 발명에서 따른 팽창부(500)는 예를 들어 팽창터빈 등이 사용될 수 있으며, -60 ~ -50℃의 온도로 냉각시키는 것이 바람직한데, 그 이유는 -60℃ 미만으로 냉각시키는 경우 팽창 시 비용을 과도하게 상승시킬 뿐만 아니라 열교환부(600)에서 이산화탄소 응축을 유발할 수 있어 상기 범위로 제한하며, -50℃를 초과하여 냉각하는 경우 압축가스를 충분히 냉각시킬 수 없어 팽창부(500)로 우회되는 가스의 량을 증가시킴으로써 상기 범위로 제한한다.The
보다 구체적으로, 본 발명에서 팽창부(500)로 우회되는 가스는 압축가스 총량의 5~10% 인것이 바람직하며, 5% 미만인 경우 열교환을 통한 압축가스의 냉각이 원활히 이루어지지 않아 설비 이상을 유발할 수 있으며, 10%를 초과하는 경우 액화 이산화탄소 생산량을 저하시킬 수 있어 상기 범위로 제한한다.More specifically, in the present invention, the gas bypassed to the
이때, 열교환부(600)에서 압축가스는 -15 ~ -20℃의 온도로 냉각되는 것이 바람직하다.At this time, the compressed gas in the
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 회수부(700)는 열교환 가스와 열교환되면서 2차 냉각된 압축가스를 다시 이산화탄소의 비등점 이하로 냉각시켜 액화 이산화탄소를 회수한다.The carbon dioxide recovery unit 700 according to an embodiment of the present invention recovers liquefied carbon dioxide by cooling the compressed gas that has been secondaryly cooled while exchanging heat with the heat exchange gas to below the boiling point of carbon dioxide.
보다 구체적으로, 이산화탄소 회수부(700)는 이산화탄소를 응축시켜 액화 이산화탄소를 마련하는 응축기(710)와, 응축기(710) 후단에 배치되어 액화 이산화탄소를 농축시키는 정류기(720)와 고순도로 농축된 이산화탄소를 회수하는 액화 이산화탄소 탱크(730) 및 냉각부(300)의 냉매를 냉각시키도록 수소, 메탄 등을 포함하는 저온의 배기가스를 냉각부(300)에 전달하는 폐열회수 유로(740)를 포함한다.More specifically, the carbon dioxide recovery unit 700 includes a
응축기(710)는 -15 ~ -20℃의 온도로 유입되는 압축가스를 -60 ~ -70℃의 온도로 응축하여 액화 이산화탄소를 제조하는 것이 바람직하다.It is preferable that the
왜냐하면, 이산화탄소는 비등점이 -78.46℃로서, 배기가스에 포함된 일산화탄소(-191.5℃) 및 수소(-252.9℃)에 비하여 비등점이 높아 비등점 차이를 이용하여 고순도의 이산화탄소를 회수할 수 있기 때문이다.This is because carbon dioxide has a boiling point of -78.46° C., and has a higher boiling point than carbon monoxide (-191.5° C.) and hydrogen (-252.9° C.) contained in exhaust gas, so that high-purity carbon dioxide can be recovered using the difference in boiling point.
이러한 응축기(710)에서 응축된 액화 이산화탄소는 95% 이상의 농도로 마련되며, 압축가스 중 포함된 대대수의 일산화탄소, 수소 등은 가스 상으로 분리 배출되며 상기와 같이 분리 배출되는 배기가스는 폐열회수 유로(740)를 통해 냉각부(300)의 냉매를 냉각시킨 후 별도로 마련되는 배기가스 회수부(800)에 충전되도록 마련될 수 있다.The liquefied carbon dioxide condensed in the
이에, 배기가스 회수부(800)에서 복합발전 등과 같은 후단 설비(20)에서 원료로 사용되는 일산화탄소 및 수소가스를 포함하는 배기가스를 별도로 회수되도록 함으로써 이후 유지비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있으며, 저온 폐열을 재활용하여 압축가스가 냉각되도록 하여 팽창부의 부하를 줄여 제조되는 액화 이산화탄소의 생산량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the exhaust
한편, 정류기(720)는 응축기(710)에서 95%의 농도로 유입되는 액화 이산화탄소를 재가열하여 일부 포함된 일산화탄소 및 질소 등 불순물을 제거하여 보다 고순도의 액화 이산화탄소를 제조하여 후단에 배치된 액화 이산화탄소 탱크(730)에 저장한다.On the other hand, the
이때, 정류기(720)에서 농축된 액화 이산화탄소의 농도는 99% 이상인 것이 바람직하다.At this time, the concentration of the liquefied carbon dioxide concentrated in the
또한, 정류기(720)에서 발생된 일산화탄소 및 수소가스를 포함하는 배기가스는 응축기에서 발생된 배기가스와 함께 폐열회수 유로(740)를 따라 냉각부(300)의 냉매와 열교환된 후 배기가스 회수부(800)로 이동하게 된다.In addition, the exhaust gas including carbon monoxide and hydrogen gas generated from the
보다 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 정류기(720)는 제조된 액화 이산화탄소의 일부를 분기하여 열교환부(600)로 우회시켜 압축가스와 열교환시킨 후 다시 유입되도록 함으로써 팽창부(500)의 부하를 보다 감소시켜 액화 이산화탄소의 생산량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 열교환을 통해 얻은 에너지를 열원으로 사용하여 불순물을 분리하여 액화 이산화탄소가 농축되도록 함으로써 제조비용을 보다 절감시킬 수 있는 효과가 있다. More preferably, the
또한, 팽창부(500)에서 마련되어 열교환부(600)에서 열교환된 후 다시 팽창부(500)로 재순환되는 -60 ~ -50℃의 열교환 가스 중 일부를 공급받아 열원으로 사용하도록 함으로써, 정류비용을 절감시킬수 있는 효과가 있다.In addition, by receiving some of the heat exchange gas of -60 to -50°C that is provided in the
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 저온 폐열을 이용한 냉각 기능을 갖는 이산화탄소 회수 시스템을 보여주는 도면이다.2 is a view showing a carbon dioxide recovery system having a cooling function using low-temperature waste heat according to another embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 저온 폐열을 이용한 냉각 기능을 갖는 이산화탄소 회수 시스템은 이산화탄소 회수부(700)에서 액화 이산화탄소를 회수하고 남은 저온의 배기가스를 냉각부(200)에 전달하는 폐열회수 유로(740)가 열교환부(600)에서 압축가스와 열교환된 후 냉각부(200)로 공급되어 냉매를 냉각시키도록 구성되는 것이 바람직하다.As shown in Figure 2, the carbon dioxide recovery system having a cooling function using low-temperature waste heat according to another embodiment of the present invention recovers liquefied carbon dioxide from the carbon dioxide recovery unit 700 and the remaining low-temperature exhaust gas is cooled by the
왜냐하면, 압축부() 후단의 압축가스의 온도에 비하여 열교환부(600)를 통과하는 압축가스의 온도가 더 낮기 때문에, 저온의 배기가스가 열교환부(600)에서 냉각부에 의해 먼저 냉각된 압축가스와 열교환된 후, 냉각부(200)의 냉매를 냉각시키도록 구성되도록 함으로써 폐열 회수율을 보도 향상시킬 수 있으며, 냉각부(200)와 이후 응축기(710) 및 정류기(720)의 부하를 감소시킬 수 있어 이산화탄소 회수 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.Because the temperature of the compressed gas passing through the
설명한 바와 같이, 본 발명은 부생가스를 압축, 팽창 및 냉각시키면서 액화 이산화탄소를 제조하는 과정에서 발생되는 열을 서로 열교환이 이루어지도록 함으로써 별도의 냉각수 및 이를 냉각시키기 위한 냉각설비 등을 필요로 하지 않아 액화 이산화탄소 제조 비용을 크게 절감시킬 수 있는 효과가 있다.As described, the present invention compresses, expands, and cools the by-product gas while exchanging heat generated in the process of producing liquefied carbon dioxide with each other, so that a separate cooling water and a cooling facility for cooling the byproduct gas are not required. There is an effect that can greatly reduce the cost of manufacturing carbon dioxide.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 표 1의 조성을 갖는 0.1bar, 20,000 ~ 30,000 N㎥/hr의 부생가스로부터 99.99%의 고순도를 갖는 이산화탄소를 12 ~ 17 ton/hr 생산 가능하며 이는 하루에 288 ~ 408 ton 생산 가능한 것으로 대용량의 이산화탄소를 감축에 적합함을 확인할 수 있었다.More specifically, according to an embodiment of the present invention, 12 to 17 ton/hr of carbon dioxide having a high purity of 99.99% can be produced from by-product gas of 0.1 bar, 20,000 to 30,000 N㎥/hr having the composition of Table 1, and It was confirmed that it can produce 288 to 408 tons per day, and is suitable for reducing large amounts of carbon dioxide.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although it has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can do it.
10: 순산소 공정설비 20: 후단 설비
100: 전처리부 200: 압축부
300: 냉각부 400: 수분 제거부
500: 팽창부 600: 열교환부
700: 이산화탄소 회수부 710: 응축기
720: 정류기 730: 액화 이산화탄소 탱크
740: 폐열회수 유로 800: 배기가스 회수부10: pure oxygen process equipment 20: downstream equipment
100: pretreatment unit 200: compression unit
300: cooling unit 400: moisture removal unit
500: expansion part 600: heat exchange part
700: carbon dioxide recovery unit 710: condenser
720: rectifier 730: liquefied carbon dioxide tank
740: waste heat recovery flow path 800: exhaust gas recovery unit
Claims (7)
부생가스에 포함된 이산화탄소의 비등점이 낮아지도록, 상기 전처리부 후단에 배치되어 부생가스를 15 ~ 25 bar의 압력으로 압축시켜 압축가스를 마련하는 하나 이상의 압축부;
각각의 상기 압축부 후단에 설치되어, 냉매를 이용하여 압축가스를 1차 냉각시키는 냉각부;
냉각된 압축가스 중 수분을 제거하는 수분 제거부;
수분이 제거된 압축가스의 일부를 우회한 후, 냉각되도록 팽창시켜 -60 ~ -50℃로 냉각된 냉각가스를 제조하는 팽창부;
상기 팽창부에서 생성된 열교환 가스와 압축가스를 열교환하여 각각의 상기 압축부에서 생성된 압축가스를 2차 냉각시키는 열교환부; 및
상기 열교환부에서 열교환된 압축가스를 냉각시켜 액화 이산화탄소를 회수하고, 나머지 배기가스를 상기 냉각부에 공급하여 냉매를 냉각시키도록, 상기 열교환부로부터 공급받은 압축가스에 포함된 이산화탄소를 -60 ~ -70℃의 온도로 응축시켜 액화 이산화탄소를 마련하는 응축기와 상기 응축기로부터 액화 이산화탄소에 함유된 불순물을 제거하여 농축시키는 정류기와 상기 정류기에서 농축된 액화 이산화탄소를 회수하는 액화 이산화탄소 탱크 및 상기 냉각부의 냉매와 열교환되도록, 상기 응축기 및 정류기에서 이산화탄소를 회수하고 남은 배기가스를 상기 냉각부에 전달하는 폐열회수 유로를 포함하는 이산화탄소 회수부;를 포함하고,
상기 정류기는 상기 액화 이산화탄소 탱크 전단에서 일부가 분기되어 상기 열교환부의 압축가스와 열교환된 액화 이산화탄소 및 상기 팽창부에서 마련되어 상기 열교환부에서 압축가스와 열교환된 냉각가스를 공급받아 이산화탄소에 비하여 비등점이 낮은 불순물을 기화시켜 분리하는 것을 특징으로 하는, 저온 폐열을 이용한 냉각 기능을 갖는 이산화탄소 회수 시스템.
It is generated in the process of oxidizing carbon using pure oxygen as a heat source and is included in by-product gas including carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen (H 2 ), methane (CH 4 ), and nitrogen (N 2 ). A pretreatment unit for removing foreign substances and odors;
At least one compression unit disposed at a rear end of the pretreatment unit to compress the byproduct gas at a pressure of 15 to 25 bar to provide compressed gas so as to lower the boiling point of carbon dioxide contained in the by-product gas;
A cooling unit installed at a rear end of each of the compression units to first cool the compressed gas using a refrigerant;
A moisture removal unit for removing moisture from the cooled compressed gas;
After bypassing a part of the compressed gas from which moisture has been removed, the expansion unit is expanded to cool to produce a cooling gas cooled to -60 to -50°C;
A heat exchange unit for secondary cooling the compressed gas generated in each of the compression units by exchanging heat exchange gas and compressed gas generated in the expansion unit; And
The carbon dioxide contained in the compressed gas supplied from the heat exchange unit is -60 to-so that the compressed gas heat-exchanged in the heat exchange unit is cooled to recover liquefied carbon dioxide, and the remaining exhaust gas is supplied to the cooling unit to cool the refrigerant. A condenser that provides liquefied carbon dioxide by condensing it to a temperature of 70°C, a rectifier that removes and concentrates impurities contained in liquefied carbon dioxide from the condenser, a liquefied carbon dioxide tank that recovers concentrated liquefied carbon dioxide from the rectifier, and heat exchange with the refrigerant of the cooling unit As far as possible, a carbon dioxide recovery unit including a waste heat recovery passage for recovering carbon dioxide from the condenser and the rectifier and transferring the remaining exhaust gas to the cooling unit; including,
The rectifier is partially branched from the front end of the liquefied carbon dioxide tank to receive the liquefied carbon dioxide heat-exchanged with the compressed gas of the heat exchanger and the cooling gas provided in the expansion part and heat-exchanged with the compressed gas from the heat exchanger to receive an impurity having a lower boiling point than carbon dioxide. A carbon dioxide recovery system having a cooling function using low-temperature waste heat, characterized in that to vaporize and separate.
상기 응축기에서 응축되는 액화 이산화탄소의 농도는 95% 이상이고, 상기 정류기에서 농축된 액화 이산화탄소의 농도는 99% 이상인 것을 특징으로 하는, 저온 폐열을 이용한 냉각 기능을 갖는 이산화탄소 회수 시스템.
The method according to claim 1,
A carbon dioxide recovery system having a cooling function using low-temperature waste heat, characterized in that the concentration of the liquefied carbon dioxide condensed in the condenser is 95% or more, and the concentration of the liquefied carbon dioxide concentrated in the rectifier is 99% or more.
상기 냉각부의 냉매와 열교환된 배기가스를 회수할 수 있도록, 상기 냉각부에 연결되어 냉매와 열교환된 배기가스가 충전되는 배기가스 회수부;를 더 포함하는, 저온 폐열을 이용한 냉각 기능을 갖는 이산화탄소 회수 시스템.
The method according to claim 1,
Carbon dioxide recovery having a cooling function using low-temperature waste heat, further comprising: an exhaust gas recovery unit connected to the cooling unit and charged with exhaust gas heat-exchanged with the coolant so as to recover the exhaust gas heat-exchanged with the refrigerant of the cooling unit system.
상기 팽창부는,
제조되는 열교환 가스의 온도가 -70 ~ -60 ℃가 되도록, 압축가스를 팽창시키는 것을 특징으로 하는, 저온 폐열을 이용한 냉각 기능을 갖는 이산화탄소 회수 시스템.
The method according to claim 1,
The expansion part,
A carbon dioxide recovery system having a cooling function using low-temperature waste heat, characterized in that the compressed gas is expanded so that the temperature of the produced heat exchange gas is -70 to -60°C.
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|---|---|---|---|
| KR1020200007226A KR102194763B1 (en) | 2020-01-20 | 2020-01-20 | Co2 recovery system having cooling function using low-temperature waste heat |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001164270A (en) * | 1999-12-03 | 2001-06-19 | Kansai Research Institute | Method of manufacturing gas and equipment |
| KR20090129603A (en) | 2008-06-13 | 2009-12-17 | 박원훈 | Process for the recovery of carbon dioxide using oxy-combustion gas turbine combined cycle power generation from synthesis gas of the iron making process of finex or corex |
| KR20130076123A (en) * | 2011-12-28 | 2013-07-08 | 한국가스공사 | Pure oxygen combustion type submerged vaporizer |
| KR20170107271A (en) * | 2016-03-15 | 2017-09-25 | 한영가스기공(주) | Liquefying and recovering apparatus of carbon dioxide |
| KR20190110431A (en) * | 2018-03-20 | 2019-09-30 | 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레？드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드 | Nitrogen production method and nitrogen production apparatus |
-
2020
- 2020-01-20 KR KR1020200007226A patent/KR102194763B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001164270A (en) * | 1999-12-03 | 2001-06-19 | Kansai Research Institute | Method of manufacturing gas and equipment |
| KR20090129603A (en) | 2008-06-13 | 2009-12-17 | 박원훈 | Process for the recovery of carbon dioxide using oxy-combustion gas turbine combined cycle power generation from synthesis gas of the iron making process of finex or corex |
| KR20130076123A (en) * | 2011-12-28 | 2013-07-08 | 한국가스공사 | Pure oxygen combustion type submerged vaporizer |
| KR20170107271A (en) * | 2016-03-15 | 2017-09-25 | 한영가스기공(주) | Liquefying and recovering apparatus of carbon dioxide |
| KR20190110431A (en) * | 2018-03-20 | 2019-09-30 | 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레？드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드 | Nitrogen production method and nitrogen production apparatus |
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