KR20000069372A - 처리가스로부터 이산화탄소를 제거하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 순환회로를 순환하는 탄산칼륨 용액을 사용하여 처리가스로부터 이산화탄소를 흡수함으로써 촉매로서 디에틸아민 및 부식억제제로서 바나듐산 칼륨의 존재하에 중탄산 칼륨을 생성한 후, 순환회로 중에서 이산화탄소를 제거하는 데 관한 것이다. 칼륨의 유기산염이 순환회로 중에 생성되고, 수용액 일부의 측류를 순환회로로부터 회수하여, 수성 희석액으로 희석하고, 반투과성 막을 통과시켜 측류로부터 칼륨 유기산염을 이의 수용액으로서 제거한다. 바나듐산 음이온은 막을 통과하지 못하며, 잔여 측류는 순환회로로 되돌아가고, 필요시, 탄산 칼륨의 메이크-업 및 디에틸아민이 순환회로에 첨가된다.
Description
본 발명은 처리가스로부터 이산화탄소를 제거하는 방법 및 상기 이산화탄소의 제거방법에 사용하기에 적합한 수용액의 처리방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 처리가스를 탄산 칼륨이 용해된 수용액과 접촉시켜, 처리가스로부터 이산화탄소를 제거하는 방법 및 이러한 용액의 처리방법에 관한 것이다.
첨부한 도 1은 본 발명의 방법을 실시하기 위한 설비에 대한 요약 블록 순서도이다.
본 발명의 일실시형태에 따르면, 흡수단계에서, 가압하에 용제로서 탄산칼륨, 반응 생성물로서 중탄산칼륨, 촉매로서 디에탄올 아민 및 부식억제제로서 바나듐산 칼륨이 용해된 수용액을 처리가스와 접촉시켜, 처리가스로부터 이산화탄소를 연속적으로 제거하는 데 있어서, 처리가스 중의 이산화탄소는 용액에 용해되어, 용액 중에서 탄산칼륨과 하기와 같이 반응한 후:
K2CO3+ CO2+ H2O → 2KHCO3
용액의 온도를 증가시키고, 가해진 압력을 감소시켜, 흡수단계와는 독립된 별도의 제거단계에서, 하기와 같이 용액으로부터 이산화탄소가 제거되며:
2KHCO3→K2CO3+ CO2+H2O
수용액은 다시 처리가스로부터 이산화탄소를 제거하기 위해서 제거단계로부터 흡수단계로 연속적으로 재순환되어, 수용액은 상기 흡수단계 및 상기 제거단계를 포함하여 이루어지는 순환회로를 순환하고, 수용액이 칼륨의 유기산염 형태로 용해된 유기산을 함유하므로, 처리가스로부터 이산화탄소를 제거하는 것이 수용액 중의 상기 유기산이 증가하는 것과 관련되어, 측류로서 순환회로를 순환하는 수용액의 일부를 회수하고, 측류를 수성 희석액으로 희석하고, 수용액의 칼륨 유기산염이 막을 통과하도록 압력강하시켜, 측류를 반투과성 막에 통과시키며, 막 및 막을 가로지르는 압력 강하는 바나듐산염 음이온이 본질적으로 막을 통과하지 못하도록하는 것으로 선택되며, 허용할 만큼 소량의 탄산칼륨, 중탄산칼륨 및 디에탄올 아민이 막을 통과하고, 탄산칼륨 메이크-업 및 디에탄올 아민 메이크-업이 순환회로에 첨가되어, 연속적으로 또는 간헐적로 필요시 필요한 농도로 이들을 수용액 중에 보존되고, 막을 통과시킨 후, 나머지 측류를 순환회로로 되돌리는 것을 포함하는 방법이 제공된다.
유기산은 처리가스로부터 유도될 수 있다. 그 대신에, 또는 이와 더불어, 이들은 순환회로중에서 발생할 수 있다.
반투과성 막은 이에 제한되지는 않으나, 나노필트레이션 막, 한외여과 막 및 역삼투막 중에서 선택될 수 있다.
순환회로, 제거의 하류 및 흡수의 상류에 있어서, 탄산칼륨 농도는 200-250g/ℓ, 디에탄올 아민 농도는 15-20g/ℓ, 바나듐산 칼륨 농도는 16-18g/ℓ, 칼륨의 유기산염 농도는 160g/ℓ이하 및 중탄산 칼륨 농도는 150-250g/ℓ일 수 있으나, 본래 이러한 농도는 순환회로마다, 실용 및 경제적인 관점에 따라 달라질 수 있다.
흡수는 온도 94-107℃, 압력 2500-3000kPa에서 일어날 수 있으며, 흡수 후에, 제거를 야기하는 압력 감소 전에, 순환회로로부터 측류를 회수한다. 측류의 칼륨 유기산염의 희석후의 농도가 16g/ℓ이하가 되도록 측류를 희석한다.
측류는 온도 30-60℃에서 막을 통과할 수 있다. 따라서, 본 방법은 예를 들어, 상기 희석단계 후에, 측류를 냉각하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 측류가 막을 통과하기 전에, 측류를 여과하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 본 방법은 60℃ 이하의 온도로 측류를 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.
특히, 측류는 상기 막으로서 나노필트레인 막을 통과하여, 나노필트레이션에 의해 칼륨 유기산염의 용액이 잔여 측류부터 분리되도록 할 수 있고; 이러한 경우, 본 방법은 측류가 나노필트레인 막을 통과하기 전에, 측류를 냉각하는 단계와, 측류를 여과하는 단계를 모두 포함할 수 있고, 측류를 여과하기 전에, 60℃이하의 온도로 냉각하며, 측류를 여과하여 5㎛ 이상의 모든 입자를 측류로부터 제거한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 탄산칼륨, 중탄산칼륨, 디에탄올 아민, 바나듐산 칼륨 및 칼륨의 유기산염이 용해된 수용액을 처리하여, 용액 중에 바나듐산 칼륨을 유지하면서, 용액으로부터 상기 유기산염을 제거하는 방법으로서, 잔여 용액으로부터 일부 용액를 회수하고, 상기 일부 용액을 수성 희석제로 희석하며, 칼륨 유기산염의 수용액이 막을 통과하도록 압력강하하여, 희석된 일부 용액을 반투과성 막에 통과시키고, 막 및 막을 가로지는 압력 강하는 바나듐산염 양이온이 본질적으로 막을 통과하지 못하고, 허용할 만큼 소량의 탄산칼륨, 중탄산칼륨 및 디에탄올 아민이 막을 통과하도록 하는 것으로 선택되며, 막을 통과시킨 후, 상기 희석된 일부 용액의 나머지를 잔여 용액에 되돌리는 것을 포함하여 이루어지는 방법이 제공된다.
본 발명의 본 실시형태에서, 회수된 일부 용액은 희석 후의 칼륨 유기산염의 농도가 16g/ℓ이하가 되도록 희석하고; 희석된 용액은 30-60℃의 온도에서 막을 통과시킬 수 있다. 본 방법은 막을 통과시키기 전에 희석된 용액을 여과하는 단계를 포함할 수 있으며; 여과된 용액의 온도가 60℃이상인 경우, 본 발명은 희석후, 여과하기 전에, 희석된 용액을 60℃ 이하의 온도로 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.
희석된 용액은 상기 막으로서 나노필트레인 막을 통과하여, 나노필트레이션에 의해 칼륨 유기산염의 용액이 잔여 측류부터 분리되도록 할 수 있고; 희석된 용액의 온도가 60℃ 이상인 경우, 본 방법은 희석된 용액이 나노필트레인 막을 통과하기 전에, 희석된 용액을 냉각하는 단계와, 여과하는 단계를 모두 포함할 수 있고, 측류를 여과하기 전에, 용액을 60℃이하의 온도로 냉각하며, 측류를 여과하여 5㎛ 이상의 모든 입자를 측류로부터 제거한다.
본 발명의 방법은 특히 탄산칼륨, 중탄산칼륨, 디에탄올 아민 및 바나듐산 칼륨 및 불순물로서 칼륨의 유기산염을 함유하는, 처리가스 스트림으로부터 이산화탄소를 제거하는 데 사용되는 종류의 벤필드(Benfield) 용액 또는 다른 처리용액이 처리에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 전형적으로, 처리된 수용액은 상기한 탄산칼륨 용액을 사용하는 이산화탄소-스크러빙 순환회로의 측류 형태이다. 이 용액은 용해된 바나듐산 칼륨의 형태인 바나듐 및 상기한 디에틸 아민을 포함한다.
반투과성 막은 또한 무기물질, 예를 들어, 염화 음이온이 용액에 존재하는 경우, 이들의 통과를 저지한다.
흡수/제거 순환회로의 작동에 있어서는, 유량, 온도 및 압력에 관한한 각각의 처리 파라미터를 가지는, 본질적으로 통상적인 복수의 순환회로가 본 기술 분야에서 공지되어 있으며, 예를 들어 벤필드 용액을 사용하는 이들 순환회로의 작동원리가 공지되어 있다. 따라서, 본 발명의 이산화탄소 흡수 방법은 상대적으로 높은 흡수 압력 및 상대적으로 낮은 흡수 온도를 이용하며, 상대적으로 낮은 제거 압력 및 높은 제거 온도를 이용하지만, 본질적으로 통상적이고, 처리가스로부터 이산화탄소를 제거하는 현장에서 경제 및 실용적 측면을 고려하는 정확한 수치는 중요하지 않다. 따라서, 본 발명의 원리는 처리 파라미터에 관계없이 적당하게 어떤 이산화탄소 제거 방법에도 적용할 수 있다.
유사하게, 사용할 특정 막, 유량 및 압력강하는 실용 및 경제적으로 고려하여 선택하고, 의도한 결과, 즉, 탄산칼륨/중탄산칼륨의 손실 및 디에틸아민의 손실을 유지하면서, 바나듐산염 이온의 손실 없이, 또한 허용가능하게 낮은 수준의 희석수를 사용하여, 막을 통과할 용액으로부터 칼륨 유기산염의 제거하는 것을 염두하여, 실질적으로 통상의 막 분리 기술을 사용할 수 있을 것으로 여겨진다. 용액 온도 및 막을 가로지르는 압력 강하에 대한, 용해된 화학종의 농도에 대한, 그리고 유속에 대한 허용가능한 수치 또는 최적치를 선택하는 데는 일반적인 실험법을 사용할 수 있다.
따라서, 작동 파라미터들은 두가지를 일차적으로 고려하여 선택할 수 있는 데, 첫째는, 처리가스로부터 유도된 및/또는 순환회로에서 발생하는며 용액을 불활성화시키는 칼륨 유기산염은 순환회로에서의 농도가 연속적으로 증가되어, 이산화탄소에 대한 흡수력을 감소시키므로, 실용 및 경제적인 면을 고려할 때, 가능한 한 낮은 수준으로 유지하여야 한다는 것이고, 다른 하나는 바나듐산 음이온은 유독하며, 환경에 유해하다는 것에 유의하여, 막을 통과할 때 가능한 한 바나듐산 음이온의 손실을 피해야 한다는 것이다. 따라서, 예를 들어, 적합하게 희석된 수용액으로서의 칼륨 유기산염은 환경적으로 허용할 수 있다하더라도, 바나듐 음이온에 의한 환경위험 때문에, 칼륨 유기산염 성분을 다량 포함하는 폐액의 폐기는 어떻게 해서든 막아야한다.
따라서, 바나듐산 음이온에 관해서, 본질적으로 막을 통과하는 것을 방지한다는 것은, 막을 통과한 유기산 용액 중의 이들의 농도를 10mg/ℓ이하, 바람직하게는 3mg/ℓ이하가 되로록 해야만 한다는 것을 의미한다. 막을 통과한, 허용할수 있을 만큼 소량의 탄산 칼륨, 중탄산칼륨 및 디에탄올 아민이란, 막을 통과한 유기산 용액이 각각 0.5g/ℓ이하의 탄산칼륨, 0.5g/ℓ이하의 중탄산칼륨 및 0.5g/ℓ이하의 디에탄올아민, 바람직하게는 각각 0.1g/ℓ이하의 탄산칼륨, 0.1g/ℓ이하의 중탄산칼륨 및 0.1g/ℓ이하의 디에탄올아민을 함유해야 한다는 것을 의미한다. 탄산칼륨, 중탄산칼륨 및 디에탄올 아민, 및 또한 바나듐산 칼륨에 있어서, 필요농도란, 순환회로로부터 측류가 회수되는, 실용화된 이산화탄소 흡수 공정의 특정 버전에 대한, 의도된 또는 설계된 농도를 의미한다.
전형적으로, 소위 결합된 K2CO3로 표시되는, 순환회로의 수용액 중의 칼륨 유기산염의 허용가능한 농도는 10g/ℓ이하이다. 특별한 언급이 없는 한, 본 명세서에 나타낸 모든 농도는 질량에 기초한다. 제거할 필요가 있는 칼륨 유기산염의 예로는 포름산 칼륨 및 아세트산 칼륨이 있다.
수용액 중의 탄산염 이온 및 중탄산염 이온의 총 농도는 약 400g/ℓ일 수 있으나, 실제로 이 값은 적당하게 변경할 수 있다.
수성 희석액은 통상적으로 처리 응축물, 예를 들어(이에 한정되지는 않음), CO-이동 컨버터 또는 CO-이동 처리 유닛으로부터 유래한 처리 응축물이다. 수성매질로 희석한 후에, 측류의 수용액 중에 존재하는 탄산염 이온 및 중탄산염 이온의 총 농도는 400g/ℓ이하, 바람직하게는 30g/ℓ이하, 가장 바람직하게는 20g/ℓ이하일 수 있다. 본 출원인은 40-60℃에서, 26 바의 막을 가로지르는 압력 강하로, 16-20g/ℓK2CO3및 19-20g/ℓ KHCO3를 함유하는 희석된 벤필드 용액에 대하여 나노필트레이션에 의한 칼륨 유기산염의 분리를 계열 시험하였다.
막을 통과하여 처리된 용액 중의 칼륨 유기산염의 농도는 0.05 질량% 이하가 바람직하고, 0.01 질량% 이하가 더욱 바람직하며, 이들 염이 존재하지 않는 것이 가장 바람직하다.
수용액은 약 1000-3500 kPa의 막을 가로지르는 압력강하로 반투과성막을 통과할 수 있다. 압력강하는 약 1500-3000 kPa이 바람직하고, 약 2000-2600 kPa, 예를 들어, 2300kPa이 가장 바람직하다.
수용액은 바람직하게는 20-60℃, 더욱 바람직하게는 약 30-50℃, 가장 바람직하게는 약 35-45℃, 예를 들어, 40℃의 온도에서 반투과성막을 통과할 수 있다. 그러나, 수용액 온도는 사용되는 반투과성막의 종류에 따라 지정하는 것이 바람직하다.
반투과성막은 약 0.0001-1.0㎛의 평균 공극 지름을 가질 수 있다. 평균 공극 지름은 약 0.0001-0.1㎛이 바람직하고, 약 0.0001-0.001㎛가 가장 바람직하다. 전형적으로, 반투과성막은 300 달톤의 분자량 컷-오프를 가지는 나노필트레이션 막이다. 반투과성막은 이방성 막이 바람직하다. 적합한 이방성 반투과성막의 예로는 NF 45(남아프리카 공화국의 Film-Tec(Dow) 남아프리카 대리점에서 입수가능) 및 DK(남아프리카 공화국의 Dealination Systems 남아프리카 대리점에서 입수가능)를 들 수 있다.
여과단계는 수용액이 막을 통과하기 전에, 막을 손상시킬 수 있는 현탁 고체 입자를 수용액으로부터 제거하는 작용을 한다. 여과단계를 통하여, 수용액으로부터 실질적으로 모든 약 5㎛ 이상의 현탁 입자를 제거하는 것이 바람직하다. 여과단계를 통하여, 실질적으로 모든 약 3㎛ 이상의 현탁 입자를 제거하는 것이 더욱 바람직하며, 2㎛ 이상의 모든 현탁 입자를 제거하는 것이 가장 바람직하다. 여과단계는 본 기술 분야에서 공지된 어떤 적합한 방법으로도 달성할 수 있다.
본 발명을 도면을 참조하여 하기의 실시예에서 설명하나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
도면을 참조하면, 도면부호 10은 일반적으로, 탄산 칼륨 용제, 중탄산 칼륨 반응 생성물, 디에탄올 아민 촉매 및 바나듐산 칼륨 부식억제제가 용해된 벤필드 수용액을 사용하는 본 발명의 방법을 실시하기 위한 설비의 블록 순서도를 나타낸다. 벤필드 수용액에는 또한 칼륨 유기산염(예를 들어, 포름산 칼륨 및 아세트산 칼륨)이 불순물로 용해되어 있다.
설비(10)는 처리가스 스트림으로부터 이산화탄소를 제거하기 위한 흡수기-제거기 순환회로를 포함하며, 흡수기-제거기 순환회로는, 이산화탄소 스크러빙 유닛을 포함하고 처리 가스 흐름 라인(14)에 작용하는 흡수 단계(12)를 포함한다. 팽창 터빈을 가지는 압력 감소 및 가열 단계(18)를 포함하는 흐름 라인(16)은 흡수단계(12)와는 독립된 별도의 제거단계(20)로 통한다. 압축 단계(24)를 포함하는 흐름라인(22)은 제거단계(20)로부터 흡수단계(12)로 이어진다.
유량조절기(28) 및 유량조절 밸브(30)가 제공된 측류 벤필드 용액 라인(26)은 압력감소 및 가열 단계(18)의 팽창 터빈의 입구말단으로부터 이끌어진다. 라인(26)은 차례로 유량조절기(34) 및 유량조절 밸브(36)가 제공된 처리 응축물 공급 라인(32)과 결합하므로, 공급라인(26 및 32)은 희석된 벤필드 수용액 흐름 라인(38)에 제공된다. 흐름라인(38)은 쉘-앤드-튜브 열 교환기(40)의 튜브 쪽을 통하여 냉각수 흐름라인(42)이 제공되는 쉘 쪽으로 제공되며, 흐름라인(42)에는 차례로 라인(38)에 제공된 필터(48)의 하류인 흐름라인(38) 의 온도에 반응하는 온도조절기(46)에 의해 작동하는 유량조절 밸브(44)가 제공된다.
필터(48)의 하류인 흐름라인(38)은 나노필트레이션 모듈(50)로 이어진다. 나노필트레이션 모듈(50)은 Film-Tec(Dow)사제 NF 45 나노필트레이션 막을 사용한다. 나노필트레이션 모듈(50)은 투과물 출구 흐름라인(52) 및 처리된 벤필드 용액 출구 흐름라인(54)을 가지며, 흐름라인(54)에는 압력조절 밸브(56) 및 압력 조절기(58)가 제공된다. 마지막으로, 메이크-업 공급 라인(60)은 밸브(56)의 하류인 라인(54)에 제공되며, 라인(54)는, 압력 감소 및 가열 단계(18) 및 제거단계(20) 사이의 라인(16)으로 이어진다.
본 발명의 방법에 따르면, 벤필드 용액은 제거단계(12), 압력감소 및 가열 단계(18), 제거단계(20), 압축단계(24) 및 흐름라인(16 및 22)를 포함하는 흡수기-제거기 순환회로를 순환한다. 통상적인 공지된 형태에서, 2600kPa의 상대적으로 높은 압력 및 107℃의 상대적으로 낮은 온도에서 반응, K2CO3+ CO2+ H2O →2KHCO3에 따라, 이산화탄소를 함유하는 처리가스 스트림으로부터 이산화탄소가 제거되어, 흐름라인(14)를 따라 유동한다.
KHCO3가 용해된 벤필드 용액은 흐름라인(16)을 따라 압력감소 및 가열 단계(18)를 통하여 순환하고, 팽창튜브를 통과하여 압력이 감소된다. 유닛(18)으로부터 벤필드 용액이 공급된 제거유닛(20)에서는, 역반응, 2KHCO3→K2CO3+ CO2+H2O에 의해 이산화탄소가 제거되어, 이산화탄소가 공기 중으로 배출되거나, 다른곳에서 사용하기 위하여 재생된다. 유닛(20)으로부터의 벤필드 용액은 흐름라인(22)을 따라, 압력이 상기 상대적으로 높은 수준으로 상승하는 압축단계(24)를 거쳐 유닛(12)으로 재순환한다.
벤필드 용액은 라인(26)을 따라 단계(18)의 팽창 터빈의 입구 말단으로부터 회수된다. 벤필드 용액은 팽창 터빈 입구에서의 조건이, 압력이 약 2600kPa이고, 온도가 약 107℃이다. 벤필드 용액에는 탄산칼륨 및 중탄산칼륨이 용해되어 있고, 또한 칼륨의 유기산염(예를 들어, 포름산염 및 아세트산염)이 용해되어 있다. 또한, 벤필드 용액에는 바나듐산 칼륨 및 디에탄올 아민도 용해되어 있다. 유량조절기(28) 및 유량조절밸브(30)는 라인(26)을 따라 유동하는 벤필드 용액의 유량을 조절하는 데 사용된다.
라인(26)을 따라 유동하는 벤필드 용액은 응축물 공급 라인(32)으로부터 공급되는 압력이 약 2600kPa이고, 온도가 약 120℃인 처리 응축물로 희석되어, 희석 벤필드 용액이 제공된다. 흐름라인(32)에서 처리 응축물의 유량은 유량조절기(34) 및 유량조절밸브(36)에 의해 조절된다. 희석 후, 희석 벤필드 용액 중의 탄산칼륨 및 중탄산칼륨의 총 농도는 40g/ℓ이하이고, 칼륨 유기산염의 농도는 약 15g/ℓ이하이며, 바나듐산 칼륨 및 디에탄올 아민의 농도는 각각 0.5g/ℓ이하 및 0.5g/ℓ이하이다.
희석 벤필드 용액이 라인(38)을 따라 열교환기(40)를 통과하면, 희석 벤필드 용액의 온도가 감소된다. 온도가 약 23℃인 플랜트 냉각수를 열교환기(40)의 냉매로 사용한다. 라인(42)의 플랜트 냉각수의 유량은, 열교환기(40)로부터 하류에 위치하는, 냉각수 흐름에 관련된 유량조절밸브(44)에 의해서 조절되고, 필터(48)하류의 흐름라인(38) 중의 희석 벤필드 용액의 온도를 측정하고, 밸브(44)의 설정을 조절하여, 냉각수의 유량 및 냉각된 벤필드 용액의 온도를 조절하는 온도조절기(46)에 의해서 조절된다.
희석 벤필드 용액은 열교환기(40)를 통과한 후에 약 40℃의 감소된 온도로, 실질적으로 5㎛ 이상의 모든 입자를 희석 벤필드 용액으로부터 제거하는 필터(48)을 통과한다.
필터(48)로부터 나온 벤필드 용액은 나노필트레이션 모듈(50)을 통과한다. 칼륨의 유기산염은 다량의 물과 함께 나노필트레이션 모듈(50)의 막을 통과하여, 포름산 칼륨 및 아세트산 칼륨과 같은 상기 칼륨 유기산염의 수용액을 포함하는 투과물을 제공하며, 이 투과물은 흐름 라인(52)를 따라 회수된다. 투과물은 환경적으로 허용가능하며, 상대적으로 무해하므로, 배수관(도시하지 않음)으로 배출되어, 다른 공장 폐수와 함께 통상의 방법으로 처리된다.
이렇게 하여 칼륨 유기산의 농도가 감소된, 처리된 벤필드 용액을 흐름라인(54)을 따라 나노필트레이션 모듈(50)으로부터 회수한다. 압력조절밸브(56) 및 압력조절기(58)을 사용하여, 나노필트레이션 모듈(50)의 막을 가로질러 약 2300kPa의 압력 강하를 유지한다. 처리된 벤필드 용액은 유닛(18)의 팽창 터빈의 배출말단에서 흐름 라인(16)으로 되돌려 보내, 흡수기-제거기 순환회로에서 재사용, 즉, 라인(14)를 따라 유동하는 처리가스 스트림으로부터 이산화탄소를 제거하는 데 사용된다. 처리된 벤필드 용액 중의 칼륨 유기산염의 농도는 이러한 염이 상기 용액에 거의 존재하지 않는 정도까지 감소되나, 실질적으로 벤필드 용액 중의 바나듐산염 이온은 모두 처리된 벤필드 용액 중에 보존된다. 라인(52)를 따라 연속적이나, 허용가능하게 낮은, 탄산 칼륨, 중탄산칼륨 및 디에탄올 아민이 손실되고, 유기산염과 관련된 칼륨 양이온이 손실되는 정도로, 라인(54)로 제공되는 메이크-업 흐름 라인(60)을 따라, 필요시, 연속 또는 간헐적으로, 벤필드 용액에 적당량의 메이크-업을 첨가한다.
본 발명의 방법의 장점은, 예를 들어, 더 이상 효과적으로 사용할 수 없는 정도로 용액을 불활성화시키는 유기산염 성분이 과도한 폐 벤필드 용액을 배출, 폐기하는 것을 방지하는 방법을 제공하는 데 있다. 그 대신에, 대부분의 탄산칼륨, 중탄산칼륨 및 디에탄올 아민과 함께, 유독하며, 환경적으로 유해한 바나듐산염 이온을 실질적으로 모두 용액 중에 보존하면서, 상기 산 들을 제거하여 벤필드 용액을 재생시킨다. 또한, 흡수 단계(12)의 이산화탄소 스크러빙 유닛 중에 이미 존재하는 압력을, 모듈(50)의 반투과성막을 가로지르는 압력강하를 제공하는 데 간접적으로 사용할 수 있다는 장점이 있다.
Claims (17)
- 흡수단계에서 가압하에 처리가스를, 용제로서 탄산칼륨, 반응생성물로서 중탄산칼륨, 촉매로서 디에탄올 아민 및 부식억제제로서 바나듐산 칼륨을 함유하는 수용액과 접촉시켜 처리가스로부터의 연속적으로 이산화탄소를 제거하는 데 있어서, 처리가스 중의 이산화탄소가 용액에 의해 흡수되고, 탄산 칼륨 용제와 다음과 같이 반응한 후:K2CO3+ CO2+ H2O →2KHCO3용액의 온도를 증가시키고, 가해진 압력을 감소시켜, 흡수단계와는 독립된 별도의 제거단계에서, 다음과 같이 용액으로부터 이산화탄소가 제거되며:2KHCO3→K2CO3+ CO2+H2O수용액은 다시 처리가스로부터 이산화탄소를 제거하기 위해서 제거단계로부터 흡수단계로 연속적으로 재순환되어, 수용액은 상기 흡수단계 및 상기 제거단계를 포함하여 이루어지는 순환회로를 순환하고, 수용액이 칼륨의 유기산염 형태로 용해된 유기산을 함유하며, 처리가스로부터 이산화탄소를 제거하는 것이 수용액 중의 상기 유기산이 증가하는 것과 관련되고, 측류로서 순환회로를 순환하는 수용액의 일부를 회수하고, 측류를 수성 희석액으로 희석하고, 칼륨 유기산염의 수용액이 막을 통과하도록 압력강하시켜, 측류를 반투과성 막에 통과시키며, 막 및 막을 가로지르는 압력 강하는 바나듐산염 음이온이 본질적으로 막을 통과하지 못 하도록 하고, 허용할 만큼 소량의 탄산칼륨, 중탄산칼륨 및 디에탄올 아민이 막은 통과하는 것으로 선택되며, 막을 통과시킨 후, 나머지 측류를 순환회로로 되돌리고, 탄산칼륨 메이크-업 및 디에탄올 아민 메이크-업이 순환회로에 첨가되어, 연속적으로 또는 간헐적으로 필요시 필요한 농도로 이들을 수용액 중에 유지하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 순환회로에서 제거의 하류 및 흡수의 상류에 있어서, 탄산 칼륨의 농도가 200-250g/ℓ이고, 디에틸아민의 농도가 15-20g/ℓ이고, 바나듐산 칼륨의 농도가 16-18g/ℓ이고, 칼륨 유기산염의 농도가 160g/ℓ이하이며, 중탄산칼륨의 농도가 150-250g/ℓ인 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 온도 94-107℃ 및 압력 2500-3000kPa에서 흡수가 일어나며, 흡수 후에, 제거를 야기하는 압력 감소 전에 순환회로로부터 측류를 회수하는 방법.
- 제 1 항 내지 제3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 측류를 희석한 후에, 측류 중의 칼륨 유기산염의 농도가 16g/ℓ이하가 되도록, 측류를 희석하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 측류가 30-60℃의 온도에서 막을 통과하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 측류가 막을 통과하기 전에, 측류를 여과하는 단계를 포함하는 방법.
- 제 6 항에 있어서, 측류를 희석한 후, 측류를 여과하기 전에, 60℃ 이하의 온도로 측류를 냉각하는 단계를 포함하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 측류가 상기 막으로서 나노필트레이션막을 통과하여, 칼륨 유기산염의 용액이 나노필트레이션에 의해 잔여 측류로부터 분리되는 방법.
- 제 8 항에 있어서, 측류가 마노필트레이션 막을 통과하기 전에, 측류를 냉각하는 단계 및 측류를 여과하는 단계를 모두 포함하며, 측류를 여과하기 전에 60℃ 이하의 온도로 측류를 냉각하며, 측류로부터 5㎛ 이상의 모든 입자가 제거되도록 측류를 여과하는 방법.
- 탄산칼륨, 중탄산칼륨, 디에탄올 아민, 바나듐산 칼륨 및 칼륨의 유기산염이 용해된 수용액을 처리하여, 용액 중에 바나듐산 칼륨을 유지하면서, 용액으로부터 상기 유기산염을 제거하는 방법으로서, 잔여 용액으로부터 일부 용액를 회수하고, 상기 일부 용액을 수성 희석제로 희석하며, 칼륨 유기산염의 수용액이 막을 통과하도록 압력강하하여, 희석된 일부 용액을 반투과성 막에 통과시키고, 막 및 막을 가로지는 압력 강하는 바나듐산염 양이온이 본질적으로 막을 통과하지 못하고, 허용할 만큼 소량의 탄산칼륨, 중탄산칼륨 및 디에탄올 아민이 막을 통과하도록 하는 것으로 선택되며, 막을 통과시킨 후, 상기 희석된 일부 용액의 나머지를 잔여 용액에 되돌리는 것을 포함하여 이루어지는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 희석 후의 칼륨 유기산염의 농도가 16g/ℓ이하가 되도록, 회수된 일부 용액을 희석하는 방법.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 희석된 용액이 30-60℃의 온도에서 막을 통과하는 방법.
- 제 10 항 내지 제12 항 중의 어느 한 항에 있어서, 막을 통과시키기 전에 희석 용액을 여과하는 단계를 포함하는 방법.
- 제 13 항에 있어서, 여과된 용액의 온도가 60℃ 이상이고, 희석 후, 여과전에 희석된 용액 스트림을 60℃ 이하의 온도로 냉각하는 방법.
- 제 10 항 내지 제 14 항 중의 어느 한 항에 있어서, 희석된 용액을 상기 막으로서 나노필트레인 막에 통과시켜, 용액 중의 5㎛ 이상의 입자가 모두 제거되도록 측류를 여과하는 방법.
- 제 15 항에 있어서, 희석된 용액의 온도가 60℃ 이상이고, 희석된 용액이 나노필트레이션 막을 통과하기 전에, 이를 냉각하는 단계와 여과하는 단계를 모두 포함하며, 측류를 여과하기 전에 용액을 60℃ 이하의 온도로 냉각하고, 측류로부터 5㎛ 이상의 모든 입자가 제거되도록 여과하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 10 항에 있어서, 실질적으로 본 명세서에 기재 또는 설명된 방법.
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