KR20100022971A - 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하기 위한 방법 및 흡착 조성물 - Google Patents

가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하기 위한 방법 및 흡착 조성물 Download PDF

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Abstract

유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하기 위한 방법 및 장치에 대해 기술된다. 상기 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분의 적어도 일 부분을 흡수하여 린(lean) 처리된 가스 흐름 및 풍부한 수계 흡수매체를 형성하도록 유입 가스 흐름은 린(lean) 수계 흡수매체와 접촉한다. 상기 가스 성분의 적어도 일 부분은 오버헤드(overhead) 가스 흐름 및 재생성된 수계 흡수매체를 생성할 수 있는 온도에서 상기 풍부한 수계 흡수매체로부터 탈착(desorbing)된다. 응축 흐름을 회수하기 위하여 상기 오버헤드 가스 흐름의 적어도 일 부분은 처리된다. 가열된 흐름을 형성하기 위하여 응축 흐름의 적어도 일 부분은 사용된다. 상기 가열된 흐름의 적어도 일 부분은 상기 탈착단계(desorbing step)로 재순환된다. 이산화탄소 및/또는 황화수소를 회수하기 위하여 신규한 흡수매체조성물 또한 기술된다.
Figure P1020097025650
가스, 흡수매체, 탈착, 이산화탄소, 황화수소

Description

가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하기 위한 방법 및 흡착 조성물{METHOD AND ABSORBENT COMPOSITION FOR RECOVERING A GASEOUS COMPONENT FROM A GAS STREAM}
본 발명은 유입 가스 흐름(incoming gas stream)으로부터 가스 성분을 회수하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
하기의 문단은 여기에 기술되는 어떠한 것도 선행기술 또는 당업자의 지식의 일부인 것으로 인정되지는 않는다.
가스 오염물질의 방출에 대한 정부의 규제가 보다 엄격해지고 있다. 유입 가스 흐름으로부터 가스 오염물질을 제거하는 통상적인 장치 및 방법은 많은 에너지원의 소모가 수반된다.
본 출원에서 사용되는 구분 번호는 단지 구조적 목적을 위해 사용한 것으로 본 발명을 어떠한 방법으로 한정하는 것이 아니다.
본 출원은 2007년 5월 29일 미국 특허출원 제 60/940,529 호에 기초하며 이의 우선권을 주장하고, 본 명세서 내에 전체로 참조로써 삽입되어 있다.
하기의 도입부는 본 명세서를 소개하기 위한 것이며, 어떠한 발명에 대해서도 그 정의를 내리고자 하는 것은 아니다.  본 발명의 하기 또는 다른 부분에서 기술되어 있는 장치적 요소 또는 제조방법상의 단계에 대한 조합 내지는 그 하위개념의 조합 내에는 하나 이상의 발명이 내포되어 있을 수 있다. 청구항의 발명들 또는 명세서에 개시되어 있는 발명들을 단지 기술하지 않았다고 해서 본 발명자가 이에 대한 권리를 포기하거나 보류하는 것이 아니다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 방법은 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분의 적어도 일 부분을 흡수하여 린(lean) 처리된 가스 흐름 및 풍부한 수계 흡수매체를 형성하도록 유입 가스 흐름을 린(lean) 수계 흡수매체와 접촉시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 오버헤드(overhead) 가스 흐름 및 재생성된 수계 흡수매체를 생성할 수 있는 온도에서 상기 풍부한 수계 흡수매체로부터 가스 성분의 적어도 일부분을 탈착시키는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 제 1 응축 흐름을 회수하기 위하여 상기 오버헤드 가스 흐름의 적어도 일 부분을 처리하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 가열된 흐름을 형성하기 위하여 상기 제 1 응축 흐름의 적어도 일 부분을 사용하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 상기 가열된 흐름의 적어도 일 부분을 상기 탈착단계(desorbing step)로 재순환시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 상기 유입 가스 흐름으로부터 상기 가열된 흐름으로 열이 전이된다.
본 발명의 다른 측면에 있어서, 상기 오버헤드 가스 흐름으로부터 상기 가열된 흐름으로 열이 전이된다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 상기 탈착단계에 열을 제공하고 스팀 응축을 형성하기 위하여 스팀을 도입하는 단계 및 순간 증발된 스팀을 형성하기 위하여 상기 스팀 응축을 순간 증발시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 상기 재생된 수계 흡수매체로부터 상기 가열된 흐름으로 열이 전이된다.
한 측면에 있어서, 상기 가열된 흐름은 상기 제 1 응축 흐름을 포함한다.
다른 측면에 있어서, 상기 가열된 흐름은 상기 제 1 응축 흐름의 적어도 일 부분이 상기 린 수계 흡수매체와 결합하여 풍부한 수계 흡수매체를 형성하도록, 상기 제 1 응축 흐름의 적어도 일 부분을 상기 접촉단계에 전달함으로써 유도되는 풍부한 수계 흡수매체를 포함한다.
또 다른 측면에 있어서, 상기 방법은 제 2 응축 흐름을 회수하도록 상기 린 처리된 가스 흐름의 적어도 일 부분을 처리하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 가열된 흐름은 제 1 응축 흐름의 적어도 일 부분과 제 2 응축 흐름의 적어도 일 부분을 결합함으로써 혼합된 응축 흐름을 형성하도록 유도되는 혼합된 응축 흐름을 포함한다.
일 측면에 있어서, 상기 가열된 흐름은 제 1 응축 흐름의 적어도 일 부분과 린 수계 흡수매체를 결합하여 풍부한 수계 흡수매체-이는 순차적으로 풍부한 증기 흐름과 반-린 수계 흡수매체를 형성하기 위하여 순간 증발되는-를 형성하도록 상기 제 1 응축 흐름의 적어도 일 부분을 상기 접촉단계로 전달함으로써 유도되는 풍부한 증기 흐름과 반-린 수계 흡수매체(semi-린 수계 absorbing medium)를 포함한다.
다른 측면에 있어서, 상기 유입 가스 흐름으로부터 상기 풍부한 수계 흡수매체 또는 반-린 수계 흡수매체 중 적어도 하나로 열이 전이된다.
또 다른 측면에 있어서, 상기 오버헤드 가스 흐름으로부터 상기 풍부한 수계 흡수매체 또는 반-린 수계 흡수매체 중 적어도 하나로 열이 전이된다.
또 다른 측면에 있어서, 상기 탈착단계에 열을 제공하고 스팀 응축을 형성하기 위하여 스팀을 도입하는 단계 및 순간 증발된 스팀을 형성하기 위하여 상기 스팀 응축을 순간 증발을 시키는 단계를 더 포함하고, 여기서 상기 순간 증발된 스팀으로부터 상기 풍부한 수계 흡수매체 또는 상기 반-린 수계 흡수매체 중 적어도 하나로 열이 전이된다.
또 다른 측면에 있어서, 상기 재생된 수계 흡수매체로부터 상기 풍부한 수계 흡수매체 또는 상기 반-린 수계 흡수매체 중 적어도 하나로 열이 전이된다.
일 측면에 있어서, 상기 가열된 흐름은 상기 제 1 응축 흐름의 적어도 일 부분과 린 수계 흡수매체를 결합하여 상기 풍부한 수계 흡수매체-이는 순차적으로 상기 제 1 풍부한 수계 매체 부분 및 상기 제 2 풍부한 수계 흡수매체로 분리되는-를 형성하도록 상기 제 1 응축 흐름의 적어도 일 부분을 상기 접촉단계로 전달함으로써 유도되는 제 1 풍부한 수계 흡수매체 부분 및 제 2 풍부한 수계 흡수매체 부분을 포함한다.
다른 측면에 있어서, 상기 유입 가스 흐름으로부터 상기 풍부한 수계 흡수매체, 상기 제 1 풍부한 수계 흡수매체 부분 또는 상기 제 2 풍부한 수계 흡수매체 부분 중 적어도 하나로 열이 전이된다.
또 다른 측면에 있어서, 오버헤드 가스 흐름으로부터 상기 풍부한 수계 흡수매체, 상기 제 1 풍부한 수계 흡수매체 부분 또는 상기 제 2 풍부한 수계 흡수매체 부분 중 적어도 하나로 열이 전이된다.
또 다른 측면에 있어서, 상기 탈착단계에 열을 제공하고 스팀 응축을 형성하기 위하여 스팀을 도입하는 단계 및 순간 증발된 스팀을 형성하기 위하여 상기 스팀 응축을 순간 증발을 시키는 단계를 더 포함하고, 여기서 상기 순간 증발된 스팀으로부터 상기 풍부한 수계 흡수매체, 상기 제 1 풍부한 수계 흡수매체 부분 또는 상기 제 2 풍부한 수계 흡수매체 부분 중 적어도 하나로 열이 전이된다.
또 다른 측면에 있어서, 상기 재생된 수계 흡수매체로부터 상기 풍부한 수계 흡수매체, 상기 제 1 풍부한 수계 흡수매체 부분 또는 상기 제 2 풍부한 수계 흡수매체 부분 중 적어도 하나로 열이 전이된다.
일 측면에 있어서, 상기 방법은 제 2 응축 흐름을 회수하도록 린 처리된 가스 흐름의 적어도 일 부분을 처리하는 단계를 더 포함하고, 여기서 상기 가열된 흐름은 혼합된 응축 흐름을 형성하도록 제 1 혼합된 응축 흐름의 적어도 일 부분과 제 2 응축 흐름의 적어도 일 부분을 혼합하고, 그 결과 상기 제 1 혼합된 응축 흐름 부분과 상기 제 2 혼합된 응축 흐름 부분을 형성하기 위하여 상기 혼합된 응축 흐름을 분리시킴으로써 유도되는 제 1 혼합된 응축 흐름 부분과 제 2 혼합된 응축 흐름 부분을 포함한다.
다른 측면에 있어서, 상기 유입 가스 흐름으로부터 상기 혼합된 응축 흐름, 상기 제 1 혼합된 응축 흐름 부분 또는 상기 제 2 혼합된 응축 흐름 부분 중 적어도 하나로 열이 전이된다.
또 다른 측면에 있어서, 상기 오버헤드 가스 흐름으로부터 상기 혼합된 응축 흐름, 상기 제 1 혼합된 응축 흐름 부분 또는 상기 제 2 혼합된 응축 흐름 부분 중 적어도 하나로 열이 전이된다.
또 다른 측면에 있어서, 상기 탈착단계를 위한 열을 제공하고 스팀 응축을 형성하도록 스팀을 도입하는 단계 및 순간 증발 스팀을 형성하도록 상기 스팀 응축을 순간 증발시키는 단계를 더 포함하고, 여기서 상기 순간 증발된 스팀으로부터 상기 혼합된 응축 흐름, 상기 제 1 혼합된 응축 흐름 부분 또는 상기 제 2 혼합된 응축 흐름 부분 중 적어도 하나로 열이 전이된다.
또 다른 측면에 있어서, 상기 재생된 수계 흡수매체로부터 상기 혼합된 응축 흐름, 상기 제 1 혼합된 응축 흐름 부분 또는 상기 제 2 혼합된 응축 흐름 부분 중 적어도 하나로 열이 전이된다.
일 측면에 있어서, 상기 재생된 수계 흡수매체가 상기 접촉단계로 다시 재순환되는 단계를 더 포함한다.
다른 측면에 있어서, 상기 유입 가스 흐름은 연소배기가스이다.
또 다른 측면에 있어서, 상기 가스 성분은 이산화탄소이다.
다른 실시예에 있어서, 상기 린 수계 흡수매체는 모노에탄올아민, 메틸디에탄올아민 및 적합한 용매를 포함한다.
또 다른 실시예에 있어서, 모노에탄올아민과 메틸디에탄올아민의 몰비율(molar ratio)은 약 1.5:1 내지 약 4:1이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도(molarity)는 약 3 moles/liter 내지 약 9 moles/liter이다.
일 측면에 있어서, 모노에탄올아민과 메틸디에탄올아민의 몰비율(molar ratio)은 약 2.5:1이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도(molarity)는 약 7 moles/liter이다.
본 원에 기술된 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 제거하기 위한 수계 흡수매체의 일 실시예는 모노에탄올아민, 메틸디에탄올아민 및 적합한 용매를 포함한다.
다른 측면에 있어서, 모노에탄올아민과 메틸디에탄올아민의 몰비율(molar ratio)은 약 1.5:1 내지 약 4:1이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도(molarity)는 약 3 moles/liter 내지 약 9 moles/liter이다.
또 다른 측면에 있어서, 모노에탄올아민과 메틸디에탄올아민의 몰비율은 2.5:1이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도는 약 7 moles/liter이다.
본 원에 기술된 수계 흡수매체의 제조방법의 일 실시예는 모노에탄올아민, 메틸디에탄올아민 및 적합한 용매를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 수계 흡수매체를 형성하기 위하여 상기 모노에탄올아민, 상기 메틸디에탄올아민 및 상기 용매를 혼합하는 단계를 포함한다.
다른 측면에 있어서, 모노에탄올아민과 메틸디에탄올아민의 몰비율은 약 1.5:1 내지 약 4:1이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도는 약 3 moles/liter 내지 약 9 moles/liter이다.
또 다른 측면에 있어서, 모노에탄올아민과 메틸디에탄올아민의 몰비율은 약 2.5:1이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도는 약 7 moles/liter이다.
본원에 기술된 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 제거하기 위한 방법의 일 실시예는 상기 유입 가스 흐름을 모노에탄올아민, 메틸디에탄올아민 및 적합한 용매를 포함하는 수계 흡수매체와 접촉시키는 단계를 포함한다.
다른 측면에 있어서, 모노에탄올아민과 메틸디에탄올아민의 몰비율은 약 1.5:1 내지 약 4:1이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도는 약 3 moles/liter 내지 약 9 moles/liter이다.
또 다른 측면에 있어서, 모노에탄올아민과 메틸디에탄올아민의 몰비율은 약 2.5:1이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도는 약 7 moles/liter이다.
하나 또는 그 이상의 발명의 추가적 특징, 장점 및 실시예는 다음의 상세한 설명, 도면 및 청구범위로부터 자명해 질 것이다. 또한, 상기 개요 및 하기의 상세한 설명은 실시예 및 그 이상의 설명으로 제공되나 본 발명의 청구범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
하기에는 다양한 장치 또는 방법들을 통해 청구된 발명에 대한 실시예가 기술될 것이다. 하기의 어떠한 실시예도 청구된 발명을 제한하지 않으며, 본 발명은 하기에 기술되어 있지 않은 장치 또는 방법을 포함할 수 있다. 청구된 발명은 하기에 기재된 장치 또는 방법적인 측면을 모두 포함하는 장치나 방법에 국한되지도 않고, 하기에 기재된 모든 장치들의 전부 혹은 다수의 공통된 측면에 국한되지 않는다. 하기에 기재된 장치 또는 방법은 본 발명에 청구된 어떠한 청구된 발명의 실시예가 아닐 수도 있다. 본 출원인, 발명자 및 특허권자는 본문에서는 청구되지 않았지만 하기에 기재된 장치 또는 방법에 내포된 발명에 대한 모든 권리를 보유하며, 본문에 그러한 발명에 대하여 공개하였다 하더라도 이를 포기하거나, 권리를 부인하거나 대중에 헌납하는 것은 아니다.
도 1은 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하는 기존의 장치(100)를 나타낸다. 이산화탄소를 포함하는 라인(112)의 유입 가스 흐름은 가스-액체 접촉 장치(114)로 유입되고, 여기서 라인(116)을 통해 유입된 린 수계 흡수매체와 접촉하게 된다. 린 처리된 가스 흐름을 형성하기 위하여 상기 유입 가스 흐름(112)으로부터 이산화탄소가 흡착되고, 상기 린 처리된 가스 흐름은 라인(118)을 통해 상기 접촉 장치(114)를 빠져나간다. 용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(140)를 이용하여 라인(138)을 통해 상기 접촉 장치(114)로부터 제거된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체(138)는 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 교차 열 교환기(cross heat exchanger, 142)에서 가열될 수 있으며, 순차적으로 라인(146)을 통해 재생기(144)로 유입될 수 있다. 상기 재생기(144)는 스팀 리보일러(148)로부터 제공된 열의 온도에서 작동되어 오버헤드 가스 흐름이 형성되도록 이산화탄소가 상기 풍부한 수계 흡수매체로부터 탈착되고, 상기 오버헤드 가스 흐름은 라인(150)을 통해 재생기(144)를 빠져나간다. 재생된 수계 흡수매체는 상기 재생기(144)로부터 라인(164)을 통해 제거된다. 상기 오버헤드 가스 흐름(150)은 상기 오버헤드 가스 흐름(150)으로부터 액체를 응축시키기 위하여 냉각수(154)가 공급되는 콘덴서(150)를 통과한다. 라인(156) 내의 상기 응축된 액체를 함유하는 오버헤드 가스 흐름은 라인(162)의 응축 흐름으로부터 라인(160)의 이산화탄소 풍부한 생성물 가스 흐름을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(flash drum, 158)으로 전달된다. 상기 라인(162)의 응축 흐름은 재생기(144)로 재순환된다.
다시 도 1을 참조하면, 스팀 리보일러(148)로부터의 열은 재생기(144)를 비교적 높은 온도범위인 약 80℃ 내지 약 160℃에서 작동하도록 이용된다. 그러나, 상기 응축 흐름(162)은 약 30℃ 내지 40℃의 온도이다. 재생기(144)로 재순환된 이처럼 비교적 낮은 온도의 응축 흐름(162)은 재생기(144)의 작동온도를 낮춘다. 이에 따라, 상기 풍부한 수계 흡수매체로부터 이산화탄소를 효율적으로 탈착시킬 수 있는 최적 온도 범위로 온도를 높이기 위하여 추가적인 열의 제공이 필요하게 된다.
본 발명에 기술된 방법의 한 측면에 있어서, 발명자들은 상기 재생기의 열 제공(즉, 상기 재생기를 작동시키는 데 필요한 외부 스팀의 양)을 줄이고자 하였다. 따라서, 상기에 기재된 기존의 장치 및 방법과는 달리, 오버헤드 가스 흐름으로부터 회수된 응축 흐름의 적어도 일 부분이 상기 재생기로 순차적으로 재순환되는 가열된 흐름을 형성하도록 이용된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 재생기로 재순환되기 전에 이미 장치 내에 포함되어 있던 열이 상기 가열된 흐름으로 전이된다.
일관성을 위해, 하기의 도 2 내지 26에 세부적으로 기술되어 있는 장치 및 방법들은 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소(CO2)의 회수에 대해 설명한다. 그러나, 하기 상세한 설명에 기술되는 장치 및 방법은 유입 가스 흐름으로부터 황화수소(황화수소, H2S), 이산화황(sulfur dioxide, SO2), 염소(chloride, Cl2), 및 암모니아 (NH3)를 포함한, 이들에 국한되지는 않는, 다른 형태의 가스 성분을 회수하는 데에도 역시 이용될 수 있는 것을 의미한다. 또한, 하기에 상세하게 설명되는 특정의 액체 흡수매체 조성물은 이산화탄소 및/또는 황화수소의 회수를 위해 사용될 수 있다.
상기 유입 가스의 근원(source), 조성, 및 기타 변수는 상당히 다양할 수 있으며 특정 근원에 좌우될 것이다. 처리될 수 있는 유입 가스 흐름의 형태는 석탄화력발전소, 천연가스 복합 사이클(natural gas combined cycles), 천연가스 보일러, 천연가스, 가스화(gasification)공장으로부터의 가스 흐름, 시멘트 제조로부터의 가스, 개질가스(reformate gas), 합성가스, 정류가스(refinery-off gas), 바이오 가스 및 대기(예를 들어, 우주활용의 경우)와 같은 발전소로부터의 배기가스를 포함하나, 여기에 국한되는 것은 아니다. 필요 시, 상기 유입 가스 흐름은 상기 장치에 투입되기 전에 전처리(예를 들어, 분획화(fractionation), 여과(filtration), 미립자 및 기타 가스 성분의 제거 및 기타 가스들과의 희석 또는 조합)될 수 있다. 따라서, 상기 화학 조성물 또한 상당히 다를 수 있다. 적합한 유입 가스 흐름은 일반적으로 약 0.03 부피% 내지 80 부피%의 이산화탄소를 함유하며, 구체적으로는 약 1 부피% 내지 약 33 부피%, 보다 구체적으로는 약 3 부피% 내지 약 15 부피%의 이산화탄소를 함유한다.
상기 가스-액체 접촉 장치에 있어서, 흡수매체의 구체적 타입은 부분적으로 유입되는 가스 흐름의 조성, 유량(flow rate), 압력, 및/또는 온도에 좌우되는 것으로 이해될 수 있다. 그러나, 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 제거하고, 상기 액체 흡수매체에 흡착시킨다는 목적에 벗어나지 않는 것이면, 어떠한 형태의 흡수매체도 가능하다. 상기 흡수매체는 원형의 또는 직사각형의 단면을 가지고 이산화탄소의 제거하여 정화된 타깃을 얻기에 충분한 높이와 단면적을 가진 역류칼럼(counter-current column)이다. 칼럼 내부는 정화된 타깃을 얻을 수 있도록 적당한 수의 단계를 제공하는 구조적 또는 랜덤 패킹의 형태이거나 정화된 타깃을 얻을 수 있도록 적당한 수의 판(plate)을 갖는 판(plates)(밸브, 고운체(sieve) 또는 버블캡(bubble cap))일 수 있다. 흡수매체 칼럼의 상부는 상기 흡수매체 섹션의 수증기에 동반되는 흡수매체를 회수하고, 장치 전체의 물 균형을 유지하는 온도에서 오프가스를 냉각하기 위하여 사용되는 흐림제거(demister) 또는 오프가스매체(off-gas medium) 가스세정 섹션을 포함할 수 있다. 흡수매체 칼럼 자체에 가스가 다음 섹션으로 올라갈 수 있도록 하고 배출되는 린 가스로부터 물방울이 혼입되는 것으로부터 액체를 분리하는 굴뚝 트래이(chimney tray)에 의해 각각 분리된 다수의 섹션을 포함할 수 있다.
재생기에 있어서, 상기 풍부한 수계 흡수매체로부터 이산화탄소의 적어도 일 부분을 효과적으로 탈착하는 목적과 동일하다면 어떠한 타입의 스트리퍼(stripper)도 사용될 수 있다. 상기 스트리퍼는 일반적으로 원형의 단면을 가지고 외부에서 공급되는 열을 사용하여 린 흡수매체를 얻기 위하여 이산화탄소를 탈착하기에 충분한 높이와 단면적을 가진 칼럼이다. 예를 들어, 리보일러(reboiler)는 열 공급을 제공하기 위하여 스트립 칼럼의 하부에 연결될 수 있다. 상기 칼럼의 내부는 동일한 스트립 기능을 하기에 적당한 수의 단계를 제공하는 구조적 또는 랜덤 패킹의 형태이거나 동일한 스트립 기능을 하기에 적당한 수의 판(plate)을 갖는 판(plates)(밸브, 고운체(sieve) 또는 버블캡(bubble cap))일 수 있다.
도 2는 본 명세서의 제 1 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(200)를 나타낸다. 상기 실시예에 있어서, 가열된 흐름은 오버헤드 가스 흐름으로부터 회수된 응축 흐름을 포함한다. 상기 실시예에 있어서, 상기 유입 가스 흐름, 상기 재생된 수계 흡수매체 및 상기 오버헤드 가스 흐름의 열은, 상기 재생기로 재순환되기 전에, 가열된 흐름으로 전이된다. 그러나 상기 재생기로 재순환되기 전에, 상기 장치의 흐름의 적어도 일 부분으로부터 상기 가열된 흐름으로 열이 전이되기에 충분한 것이 바람직하다.
라인(212)의 이산화탄소를 포함한 유입 가스 흐름은 오버헤드 가스 흐름으로부터 회수된 응축 흐름에 반해서 열 교환기(203)에서 냉각될 수 있고 하기 더욱 상세히 기술될 것이다. 또한, 필요 시, 상기 유입 가스 흐름은 상기 유입 가스 흐름의 온도를 허용 가능한 수준으로 더욱 낮추기 위하여 냉각기(204)로 공급될 수 있고 그 후, 가스-액체 접촉 장치(214)로 들어가기 전에 라인(206)의 과량의 수분을 제거하기 위하여 플래쉬 드럼(205)으로 공급될 수 있다. 상기 냉각된 유입 가스 흐름은 라인(216)의 접촉 장치(214)로 공급되는 린 수계 흡수매체와 접촉하는 가스-액체 접촉 장치(214)로 공급된다. 이산화탄소는 상기 유입 가스 흐름으로부터 린 처리된 가스 흐름을 형성하도록 흡착되고 라인(218)을 통해 상기 접촉 장치(214)를 빠져나간다. 상기 린 처리된 가스 흐름(218)은 상기 린 처리된 가스 흐름(218)으로부터 액체를 응축하기 위하여 냉각수(222)가 공급되는 냉각기(220)를 통과한다. 라인(224) 내에 응축된 액체를 포함하는 린 처리된 가스 흐름은 라인(230)의 응축 흐름으로부터 라인(228)의 물-제거된 린 처리된 가스 흐름을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(226)으로 전달된다. 라인(230)의 상기 응축 흐름은 최종적으로 펌프(234)를 통해 상기 접촉 장치(214)로 재순환한다. 라인(228)의 상기 물-제거된 린 처리된 가스 흐름은 필요 시, 굴뚝을 통해 배출되기 전에, 계속 공정단계, 플래어 스탁(flare stack) 등을 진행한다.
용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(240)를 이용하여 라인(238)을 통해 상기 접촉 장치(214)로부터 제거된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 교차 열 교환기(242)에서 가열될 수 있고 그 후, 라인(246)을 통해 재생기(244)로 공급될 수 있다. 상기 재생기(244)는 스팀 리보일러(248)로부터 공급되는 열의 온도에서 작동하여 상기 이산화탄소를 풍부한 수계 흡수매체로부터 탈착하여 오버헤드 가스 흐름을 형성하고 이는 라인(250)을 통해 상기 재생기(244)를 빠져나간다. 상기 오버헤드 가스 흐름(250)은 열 교환기(202)에서 냉각되고 그 후, 콘덴서(252)로 공급된다. 상기 콘덴서(252)는 상기 오버헤드 가스 흐름(250)으로부터 액체를 응축하기 위하여 냉각수(254)가 공급된다. 라인(256) 내의 응축된 액체를 포함하는 오버헤드 가스 흐름은 라인(262)의 응축 흐름으로부터 라인(260)의 이산화탄소 풍부 생성물 가스 흐름을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(258)으로 전달된다. 라인(262) 내의 상기 응축 흐름은 펌프를 이용하여 제거되고 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 가열되는 열 교환기(201)로 전달된다. 상기 응축 흐름은 라인(250)의 상기 오버헤드 가스 흐름에 반하여 가열되는 열 교환기(202)로 전달된다. 상기 응축 흐름은 라인(212)의 상기 유입 가스 흐름에 반하여 가열되는 열 교환기(203)로 전달되고 그 후 다시 재생기(244)로 재순환한다.
재생된 린 수계 흡수매체는 라인(264)을 통해 재생기(244)로부터 제거되고 스팀 리보일러(248)로 공급된다. 스팀은 라인(266)을 통해 스팀 리보일러로 공급되고 라인(268)을 통해 스팀 응축의 형태로 제거된다. 스팀으로부터의 열은 재생된 린 수계 흡수매체로 전이되어 라인(270)을 통해 재생기(244)로 재순환하고 재생된 린 수계 흡수매체가 라인(272)을 통해 상기 스팀 리보일러(248)를 빠져나가도록 증기 흐름을 형성한다. 라인(272)의 상기 재생된 린 수계 흡수매체는 라인(264)의 재생된 린 수계 흡수매체보다 적은 이산화탄소를 포함함은 자명하다. 상기 재생된 린 수계 흡수매체는 라인(272)을 통해 열 교환기(242)로 전달되어 라인(238)의 풍부한 수계 흡수매체에 의해 냉각된다. 상기 재생된 린 수계 흡수매체는 열 교환기(201)로 전달되어 라인(262)의 상기 응축 흐름에 의해 냉각된다. 필요 시, 라인(274)의 재생된 수계 흡수매체는 상기 재생된 수계 흡수매체가 상기 접촉 장치(214)에 허용 가능한 수준의 온도로 낮추기 위하여 냉각수(278)가 공급되는 냉각기(276)로 전달될 수 있다. 상기 재생된 수계 흡수매체는 펌프(236)를 이용하여 라인(280)의 냉각기(276)로부터 제거되고 라인(230)의 응축 흐름과 혼합된다. 상기 재생된 수계 흡수매체는 최종적으로 라인(216)을 통해 상기 접촉 장치(214)로 재순환한다.
도 3 내지 7은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하는 장치를 나타낸다. 상기 실시예에 있어서, 가열된 흐름은 풍부한 수계 흡수매체를 형성하도록 응축 흐름의 적어도 일 부분을 린 수계 흡수매체와 혼합하기 위하여, 오버헤드 가스 흐름으로부터 회수된 응축 흐름의 적어도 일 부분을 접촉 장치에 전달함으로써 유도되는 풍부한 수계 흡수매체를 포함한다. 하기 보다 상세하게 설명될 바와 같이, 상기 유입 가스 흐름, 상기 오버헤드 가스 흐름, 상기 재생된 수계 흡수매체, 스팀 응축의 순간 증발로부터 유도되는 순간 증발 스팀 중 어느 하나의 열은 재생기로 전달되기 전에 가열된 흐름으로 전이된다.
도 3은 본 명세서의 제 2 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(300)를 나타낸다. 라인(312)의 이산화탄소를 포함한 유입 가스 흐름이 가스-액체 접촉 장치(314)로 공급되고, 여기서 라인(316)을 통해 접촉 장치(314)로 공급되는 린 수계 흡수매체와 접촉한다. 필요 시, 상기 유입 가스 흐름은 접촉 장치(314)에 투입되기 전에 온도를 낮추고 과량의 수분을 제거하기 위하여 전처리 될 수 있다(도면 없음). 이산화탄소는 라인(318)을 통해 상기 접촉 장치(314)를 빠져나가는 린 처리된 가스 흐름을 형성하기 위하여 유입 가스 흐름으로부터 흡착된다. 상기 린 처리된 가스 흐름(318)은 린 처리된 가스 흐름(318)으로부터 액체를 응축하기 위하여 냉각수(322)가 공급되는 냉각기(320)를 통과한다. 라인(324) 내의 응축된 액체를 포함하는 린 처리된 가스 흐름은 라인(330)의 응축 흐름으로부터 라인(328)의 물-제거된 린 처리된 가스 흐름을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(326)으로 전달된다. 라인(330)의 응축 흐름은 펌프(334)를 이용하여 믹서(332)로 전달되고 최종적으로 라인(316)의 펌프를 이용하여 상기 접촉 장치(314)로 재순환된다. 라인(328)의 물-제거된 린 처리된 가스 흐름은 필요 시, 굴뚝을 통해 배출되기 전에, 계속 공정단계, 플래어 스탁(flare stack) 등을 진행한다.
용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(340)를 이용하여 라인(338)을 통해 상기 접촉 장치(314)로부터 제거된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체(338)는 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 교차 열 교환기(cross heat exchanger, 342)에서 가열될 수 있으며, 순차적으로 라인(346)을 통해 재생기(344)로 유입될 수 있다. 상기 재생기(344)는 스팀 리보일러(348)로부터 제공된 열의 온도에서 작동되어 오버헤드 가스 흐름이 형성되도록 이산화탄소가 상기 풍부한 수계 흡수매체로부터 탈착되고, 상기 오버헤드 가스 흐름은 라인(350)을 통해 재생기(344)를 빠져나간다. 상기 오버헤드 가스 흐름(350)은 상기 오버헤드 가스 흐름(350)으로부터 액체를 응축하기 위하여 냉각수(354)가 공급되는 콘덴서(352)를 통과한다. 라인(356) 내의 응축된 액체를 포함하는 오버헤드 가스 흐름은 라인(362)의 응축 흐름으로부터 라인(328)의 이산화탄소 풍부 생성물 가스 흐름을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(358)으로 전달된다. 상기 응축 흐름(362)은 믹서(332)로 전달되고 최종적으로 라인(316)의 펌프(336)를 이용하여 상기 접촉 장치(314)로 재순환된다. 라인(362)의 오버헤드 가스 흐름으로부터 회수된 상기 응축 흐름의 적어도 일 부분은 풍부한 수계 흡수매체를 형성하기 위하여 접촉 장치(314)에 공급된 린 수계 흡수매체와 혼합한다.
재생된 린 수계 흡수매체는 라인(364) 내의 재생기(344)로부터 제거되고 스팀 리보일러(348)로 공급된다. 스팀은 라인(366)을 통해 스팀 리보일러로 공급되고 라인(368)을 통해 스팀 응축의 형태로 제거된다. 스팀으로부터의 열은 재생된 린 수계 흡수매체로 전이되어 라인(370)을 통해 재생기(348)로 재순환하고 재생된 린 수계 흡수매체가 라인(372)을 통해 상기 스팀 리보일러(348)를 빠져나가도록 증기 흐름을 형성한다. 상기 재생된 린 수계 흡수매체는 라인(372)을 통해 열 교환기(342)로 전달되고 여기서 라인(338)의 풍부한 수계 흡수매체에 의해 냉각된다. 필요 시, 라인(374)의 재생된 수계 흡수매체는 상기 재생된 수계 흡수매체가 상기 접촉 장치(314)에 허용 가능한 수준의 온도로 낮추기 위하여 냉각수(378)가 공급되는 냉각기(376)로 전달될 수 있다. 상기 재생된 수계 흡수매체는 라인(380)의 냉각기(376)로부터 제거되고 믹서(332)로 전달되고 여기서 라인(330)의 상기 응축 흐름과 라인(362)의 상기 응축 흐름과 혼합된다. 상기 재생된 수계 흡수매체는 최종적으로 라인(316)을 통해 상기 접촉 장치(314)로 재순환한다.
도 4는 본 명세서의 제 3 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하는 장치(400)를 나타낸다. 상기 제 3 실시예는 하기의 기술된 부분을 제외하고는 상기 제 2 실시예와 동일하다.
실시예에 있어서, 재생기로 투입되기 전에 풍부한 수계 흡수매체에 더 많은 열을 전이하기 위하여 두 개의 추가 열 교환기(401, 402)가 있다.
용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(440)를 이용하여 라인(438)을 통해 상기 접촉 장치(414)로부터 제거된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 교차 열 교환기(cross heat exchanger, 401)에 전달되고 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 교차 열 교환기(cross heat exchanger, 402)에 전달되고 라인(450)의 오버헤드 가스 흐름에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 교차 열 교환기(cross heat exchanger, 442)에 전달되고 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 더 가열되어 순차적으로 라인(446)을 통해 재생기(444)로 유입될 수 있다.
도 5는 본 명세서의 제 4 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(500)를 나타낸다. 상기 제 4 실시예는 하기의 기술된 부분을 제외하고는 상기 제 3 실시예와 동일하다.
제 4 실시예에 있어서, 재생기로 투입되기 전에 풍부한 수계 흡수매체에 더 많은 열을 전이하기 위하여 하나의 추가 열 교환기(503)가 있다. 필요 시, 상기 장치는 유입 가스 흐름을 더 냉각시키기 위하여 냉각기(504) 및 접촉 장치(514)로 투입되기 전에 유입 가스 흐름으로부터 라인(506)의 과량 액체를 분리해 내기 위하여 플래쉬 드럼(505)을 더 포함할 수 있다.
용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(540)를 이용하여 라인(538)을 통해 상기 접촉 장치(514)로부터 제거된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 교차 열 교환기(cross heat exchanger, 501)에 전달되고 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 교차 열 교환기(cross heat exchanger, 503)에 전달되고 유입 가스 흐름에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 교차 열 교환기(cross heat exchanger, 502)에 전달되고 오버헤드 가스 흐름에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 교차 열 교환기(cross heat exchanger, 542)에 전달되고 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 더 가열되어 순차적으로 라인(546)을 통해 재생기(544)로 유입될 수 있다.
도 6은 본 명세서의 제 5 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(600)를 나타낸다. 상기 제 5 실시예는 하기의 기술된 부분을 제외하고는 상기 제 3 실시예와 동일하다.
제 5 실시예에 있어서, 재생기로 투입되기 전에 풍부한 수계 흡수매체에 더 많은 열을 전이하기 위하여 하나의 추가 열 교환기(607) 및 순간 증발된 스팀을 형성하기 위하여 리보일러를 빠져나가는 스팀 응축을 순간 증발하기 위한 플래쉬 드럼(608)이 있다.
용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(640)를 이용하여 라인(638)을 통해 상기 접촉 장치(614)로부터 제거된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 교차 열 교환기(cross heat exchanger, 601)에 전달되고 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(602)에 전달되고 오버헤드 가스 흐름에 반해서 가열된다. 스팀 응축은 라인(668)의 스팀 리보일러(648)로부터 제거되고 라인(610)의 순간 증발된 스팀 응축으로부터 라인(609)의 순간 증발된 스팀을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(608)으로 공급된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(607)로 전달되고 라인(609)의 순간 증발된 스팀에 반하여 더 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(642)로 전달되고 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 더 가열되고 순차적으로 라인(646)을 통해 재생기(644)로 공급된다.
도 7은 본 명세서의 제 6 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(700)를 나타낸다. 상기 제 6 실시예는 하기의 기술된 부분을 제외하고는 상기 제 5 실시예와 동일하다.
제 6 실시예에 있어서, 재생기로 투입되기 전에 풍부한 수계 흡수매체에 더 많은 열을 전이하기 위하여 하나의 추가 열 교환기(711)가 있고, 재생된 린 수계 흡수매체는 두 부분(772A, 772B)으로 나뉘고 재생기로 투입되기 전에 재생된 린 수계 흡수매체의 일 부분에 더 많은 열을 전이하기 위하여 또 하나의 열 교환기(703)가 있다. 본질적으로, 상기 열 교환기(703)는 기존의 스팀 리보일러(748)를 보충하는 추가의 리보일러로써의 역할을 수행한다. 필요 시, 상기 장치는 또한 유입 가스 흐름을 더 냉각시키기 위하여 냉각기(704) 및 접촉 장치(714)로 투입되기 전에 유입 가스 흐름으로부터 라인(706)의 과량 액체를 분리해 내기 위하여 플래쉬 드럼(705)을 더 포함할 수 있다.
용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(740)를 이용하여 라인(738)을 통해 상기 접촉 장치(714)로부터 제거된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 교차 열 교환기(cross heat exchanger, 711)에서 전달되고 유입 가스 흐름에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(cross heat exchanger, 701)에 전달되고 재생된 린 수계 흡수매체(772B)에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(702)에 전달되고 오버헤드 가스 흐름에 반하여 가열된다. 스팀 응축은 라인(768)의 스팀 리보일러(748)로부터 제거되고 라인(710)의 순간 증발된 스팀 응축으로부터 라인(709)의 순간 증발된 스팀을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(708)으로 공급된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(707)로 전달되고 라인(709)의 순간 증발된 스팀에 반하여 더 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(742)로 전달되고 재생된 린 수계 흡수매체(772B)의 일 부분에 반하여 더 가열되고 순차적으로 라인(746)을 통해 재생기(744)로 공급된다.
재생된 린 수계 흡수매체는 라인(746) 내의 재생기(744)로부터 제거되고 스팀 리보일러(748)로 공급된다. 스팀은 라인(766)을 통해 스팀 리보일러로 공급되고 라인(768)을 통해 스팀 응축의 형태로 제거된다. 스팀으로부터의 열은 재생된 린 수계 흡수매체로 전이되어 라인(770)을 통해 재생기(748)로 재순환하고 재생된 린 수계 흡수매체가 라인(772)을 통해 상기 스팀 리보일러(748)를 빠져나가도록 증기 흐름을 형성한다. 상기 재생된 린 수계 흡수매체는 두 개의 부분(772A, 772B)으로 나뉜다. 상기 재생된 린 수계 흡수매체의 일 부분(772A)은 열 교환기(703)로 전달되고 유입 가스 흐름에 반하여 가열되고 순차적으로 재생기(748)로 공급된다. 상기 재생된 린 수계 흡수매체의 다른 일 부분(772B)은 열 교환기(742)로 전달되고 상기 풍부한 수계 흡수매체에 의해 냉각된다. 필요 시, 상기 재생된 린 수계 흡수매체의 다른 일 부분(772B)은 상기 재생된 수계 흡수매체를 상기 접촉 장치(714)에 허용 가능한 수준의 온도로 낮추기 위하여 냉각수(778)가 공급되는 냉각기(776)로 전달될 수 있다. 상기 재생된 수계 흡수매체는 냉각기(776)로부터 제거되고 라인(730)의 응축 흐름 및 응축 흐름(762)과 혼합된다. 상기 재생된 린 수계 흡수매체의 다른 일 부분(772B)는 최종적으로 라인(716)을 통해 상기 접촉 장치(714)로 재순환한다.
도 8은 본 명세서의 제 7 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하는 장치(800)를 나타낸다. 상기 제 7 실시예는 하기의 기술된 부분을 제외하고는 상기 제 5 실시예와 동일하다.
상기 제 7 실시예에 있어서, 가열된 흐름은 풍부한 수계 흡수매체-이는 순차적으로 풍부한 증기 흐름 및 반-린 수계 흡수매체를 형성하기 위하여 순간 증발되는-를 형성하도록 응축 흐름의 적어도 일 부분을 린 수계 흡수매체와 혼합하기 위하여, 오버헤드 가스 흐름으로부터 회수된 응축 흐름의 적어도 일 부분을 접촉 장치에 전달함으로써 유도되는 풍부한 증기 흐름 및 반-린 수계 흡수매체를 포함한다. 본 실시예에 있어서, 상기 재생된 수계 흡수매체, 상기 오버헤드 가스 흐름 및 스팀 응축을 순간 증발함으로써 유도되는 순간 증발된 스팀으로부터의 열은 풍부한 증기 흐름 및 반-린 수계 흡수매체를 형성하기 위해 순간 증발되기 전에 상기 풍부한 수계 흡수매체로 전이된다. 또한 상기 재생된 수계 흡수매체로부터의 열은 재생기로 투입되기 전에 반-린 흡수매체로 전이된다.
용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(840)를 이용하여 라인(838)을 통해 상기 접촉 장치(814)로부터 제거된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(heat exchanger, 801)에 전달되고 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(802)에 전달되고 오버헤드 가스 흐름에 반하여 가열된다. 스팀 응축은 라인(868)의 스팀 리보일러(848)로부터 제거되고 라인(810)의 순간 증발된 스팀 응축으로부터 라인(809)의 순간 증발된 스팀을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(808)으로 공급된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(807)에 전달되고 라인(809)의 순간 증발된 스팀에 반하여 더 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 플래쉬 드럼(813)으로 공급되고 라인(815)의 재생기(844)로 다시 공급되는 풍부한 증기 흐름, 및 라인(817)의 열 교환기(842)로 전달되고 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 가열되고 순차적으로 재생기(844)로 재순환되는 반-린 수계 흡수매체로 분리된다.
도 9 내지 12는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하는 장치를 나타낸다. 상기 실시예에 있어서, 가열된 흐름은 풍부한 수계 흡수매체-여기서 상기 풍부한 수계 흡수매체는 분리된다-를 형성하도록 응축 흐름의 적어도 일 부분을 린 수계 흡수매체와 혼합하기 위하여, 오버헤드 가스 흐름으로부터 회수된 응축 흐름의 적어도 일 부분을 접촉 장치에 전달함으로써 유도되는 제 1 풍부한 수계 흡수매체 부분 및 제 2 풍부한 수계 흡수매체 부분을 포함한다. 하기 보다 상세하게 설명될 바와 같이, 상기 유입 가스 흐름, 상기 오버헤드 가스 흐름, 상기 재생된 수계 흡수매체, 스팀 응축의 순간 증발로부터 유도되는 순간 증발 스팀 중 어느 하나의 열은 재생기로 전달되기 전에 두 부분, 제 1 풍부한 수계 흡수매체 부분 및 제 2 풍부한 수계 흡수매체 부분으로 분리되기 전에 풍부한 수계 흡수매체의 적어도 일 부분으로 전이된다.
도 9는 본 명세서의 제 8 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(900)을 나타낸다. 상기 제 8 실시예는 하기의 기술된 부분을 제외하고는 상기 제 3 실시예와 동일하다.
제 8 실시예에 있어서, 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(901)의 하부로 즉시 두 부분(938A, 938B)으로 분리된다.
용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(940)를 이용하여 라인(938)을 통해 상기 접촉 장치(914)로부터 제거된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 교차 열 교환기(cross heat exchanger, 901)에 전달되고 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 두 부분(938A, 938B)으로 분리된다. 일 측면에 있어서, 약 74부피%는 일 부분(938A)로 가고 약 26부피% 다른 일 부분(938B)으로 간다. 풍부한 수계 흡수매체의 일 부분(938A)은 열 교환기(942)로 전달되고 재생된 수계 린 흡수매체에 반하여 더 가열되고 순차적으로 재생기(944)로 공급된다. 풍부한 수계 흡수매체의 다른 일 부분(938B)은 열 교환기(902)로 전달되고 오버헤드 가스 흐름에 반하여 가열되고 순차적으로 재생기(944)로 공급된다.
도 10은 본 명세서의 제 9 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(1000)을 나타낸다. 상기 제 9 실시예는 하기의 기술된 부분을 제외하고는 상기 제 8 실시예와 동일하다.
제 9 실시예에 있어서, 재생기로 투입되기 전에 풍부한 수계 흡수매체의 일 부분에 더 많은 열을 전이하기 위하여 하나의 추가 열 교환기(1007) 및 리보일러를 빠져나가는 스팀 응축으로부터 순간 증발을 시키기 위한 플래쉬 드럼(1008)이 있다.
용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(1040)를 이용하여 라인(1038)을 통해 상기 접촉 장치(1014)로부터 제거된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(1001)에 전달되고 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 두 부분(1038A, 1038B)으로 분리된다. 일 측면에 있어서, 약 73부피%는 일 부분(1038A)으로 가고 약 27부피% 다른 일 부분(1038B)으로 간다. 풍부한 수계 흡수매체의 일 부분(1038A)은 열 교환기(1042)로 전달되고 재생된 수계 린 흡수매체에 반하여 더 가열되고 순차적으로 재생기(1044)로 공급된다. 풍부한 수계 흡수매체의 다른 일 부분(1038B)은 열 교환기(1002)로 전달되고 오버헤드 가스 흐름에 반하여 가열되고 순차적으로 재생기(1044)로 공급된다. 스팀 응축은 라인(1068)을 통해 스팀 리보일러(1048)로부터 제거되고 라인(1010)의 순간 증발된 스팀 응축으로부터 라인(1009)의 순간 증발된 스팀을 분리하는 플래쉬 드럼(1008)으로 공급된다. 풍부한 수계 흡수매체의 다른 일 부분(1038B)은 열 교환기(1007)로 전달되고 라인(1009)의 상기 순간 증발된 스팀에 반하여 더 가열되고 순차적으로 재생기(1044)로 공급된다.
도 11은 본 명세서의 제 10 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(1100)를 나타낸다. 상기 제 10 실시예는 하기의 기술된 부분을 제외하고는 상기 제 2 실시예와 동일하다.
제 10 실시예에 있어서, 풍부한 수계 흡수매체(1138)는 펌프(1140)의 하부로 즉시 두 부분(1138A, 1138B)으로 분리되고 재생기로 투입되기 전에 풍부한 수계 흡수매체의 상기 일 부분(1138B)으로 열을 더 전이하기 위한 두 개의 추가의 열 교환기(1102, 1103)가 있다. 필요 시, 장치(1100)는 또한 유입 가스 흐름을 더 냉각시키기 위하여 냉각기(1104) 및 접촉 장치(1114)로 투입되기 전에 상기 유입 가스 흐름으로부터 라인(1106)을 통해 과량의 수분을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(1105)을 포함할 수 있다.
용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(1140)를 이용하여 라인(1138)을 통해 상기 접촉 장치(1114)로부터 제거된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 두 부분(1138A, 1138B)으로 분리된다. 일 측면에 있어서, 약 78부피%는 일 부분(1138A)로 가고 약 22부피% 다른 일 부분(1138B)으로 간다. 풍부한 수계 흡수매체의 일 부분(1138A)은 열 교환기(1142)로 전달되고 재생된 수계 린 흡수매체에 반하여 더 가열되고 순차적으로 재생기(1144)로 공급된다. 풍부한 수계 흡수매체의 다른 일 부분(1138B)은 열 교환기(1103)로 전달되고 상기 유입 가스 흐름에 반하여 가열된다. 풍부한 수계 흡수매체의 다른 일 부분(1138B)은 열 교환기(1102)로 전달되고 오버헤드 가스 흐름에 반하여 가열되고 순차적으로 재생기(1144)로 공급된다.
도 12는 본 명세서의 제 11 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(1200)를 나타낸다. 상기 제 11 실시예는 하기의 기술된 부분을 제외하고는 상기 제 10 실시예와 동일하다.
제 11 실시예에 있어서, 재생기로 투입되기 전에 풍부한 수계 흡수매체의 일 부분(1238B)에 더 많은 열을 전이하기 위하여 하나의 추가 열 교환기(1207) 및 리보일러를 빠져나가는 스팀 응축으로부터 순간 증발을 시키기 위한 플래쉬 드럼(1208)이 있다.
용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(1240)를 이용하여 라인(1238)을 통해 상기 접촉 장치(1214)로부터 제거된다. 풍부한 수계 흡수매체는 두 부분(1238A, 1238B)으로 분리된다. 일 측면에 있어서, 약 79부피%는 일 부분(1238A)으로 가고 약 21부피% 다른 일 부분(1238B)으로 간다. 풍부한 수계 흡수매체의 일 부분(1238A)은 열 교환기(1242)로 전달되고 재생된 수계 린 흡수매체에 반하여 더 가열되고 순차적으로 재생기(1244)로 공급된다. 풍부한 수계 흡수매체의 다른 일 부분(1238B)은 열 교환기(1203)로 전달되고 상기 유입 가스 흐름에 반하여 가열된다. 풍부한 수계 흡수매체의 다른 일 부분(1238B)은 열 교환기(1202)로 전달되고 오버헤드 가스 흐름에 반하여 가열되고 순차적으로 재생기(1244)로 공급된다. 스팀 응축은 라인(1268)을 통해 스팀 리보일러(1248)로부터 제거되고 라인(1210)의 순간 증발된 스팀 응축으로부터 라인(1209)의 순간 증발된 스팀을 분리하는 플래쉬 드럼(1208)으로 공급된다. 풍부한 수계 흡수매체의 다른 일 부분(1238B)은 열 교환기(1207)로 전달되고 라인(1209)의 상기 순간 증발된 스팀에 반하여 더 가열되고 순차적으로 재생기(1244)로 공급된다.
도 13 내지 17은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하는 장치를 나타낸다. 상기 실시예에 있어서, 가열된 흐름은 혼합된 응축 흐름을 형성하도록 오버헤드 가스 흐름으로부터 회수된 응축 흐름의 적어도 일 부분과 린 처리된 가스 흐름으로부터 회수된 응축 흐름의 적어도 일 부분을 혼합하여 유도되는 혼합된 응축 흐름을 포함한다. 하기 보다 상세하게 설명될 것처럼, 상기 유입 가스 흐름, 상기 오버헤드 가스 흐름, 상기 재생된 수계 흡수매체, 및 스팀 응축의 순간 증발로부터 유도되는 순간 증발 스팀 중 어느 하나의 열은 재생기로 재순환되기 전에 가열된 흐름으로 전이된다.
도 13은 본 명세서의 제 12 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(1300)을 나타낸다.
라인(1312)의 이산화탄소를 포함한 유입 가스 흐름은 가스-액체 접촉 장치(1314)로 공급되고 여기서, 라인(1316)을 통해 접촉 장치(1314)로 공급되는 린 수계 흡수매체와 접촉한다. 필요 시, 상기 유입 가스 흐름은 상기 접촉 장치(1314)로 투입되기 전에 과량의 수분을 제거하고 온도를 낮추기 위하여 전처리 될 수 있다. 이산화탄소는 라인(1318)을 통해 상기 접촉 장치(1314)를 빠져나가는 린 처리된 가스 흐름을 형성하기 위하여 상기 유입 가스 흐름으로부터 흡착된다. 상기 린 처리된 가스 흐름(1318)은 린 처리된 가스 흐름(1318)으로부터 액체를 응축하기 위하여 냉각수(1322)가 공급되는 냉각기(1320)를 통과한다. 라인(1324) 내에 응축된 액체를 포함하는 린 처리된 가스 흐름은 라인(1330)의 응축 흐름으로부터 라인(1328)의 물-제거된 린 처리된 가스 흐름을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(1326)으로 전달된다. 라인(1330)의 상기 응축 흐름은 펌프(1334)를 이용하여 믹서(1332)로 전달되고 하기 더 상세히 설명될 혼합된 응축 흐름을 형성하기 위하여 오버헤드 가스 흐름으로부터 회수된 응축 흐름과 혼합된다.
용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(1340)를 이용하여 라인(1338)을 통해 상기 접촉 장치(1314)로부터 제거된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체(1338)는 재생된 수계 흡수매체에 반하여 교차 열 교환기(1342)에서 가열되고 순차적으로 라인(1346)을 통해 재생기(1344)로 공급된다. 상기 재생기(1344)는 스팀 리보일러(1348)로부터 공급되는 열의 온도에서 작동하여 상기 이산화탄소를 풍부한 수계 흡수매체로부터 탈착하여 오버헤드 가스 흐름을 형성하고 이는 라인(1350)을 통해 상기 재생기(1344)를 빠져나간다. 상기 오버헤드 가스 흐름은 혼합된 응축 흐름에 반하여 열 교환기(1302)에서 냉각된다. 상기 오버헤드 가스 흐름은 상기 오버헤드 가스 흐름으로부터 액체를 응축하기 위하여 냉각수(1354)가 공급되는 콘덴서(1352)를 통과한다. 라인(1356)의 응축된 액체를 포함하는 오버헤드 가스 흐름은 라인(1362)의 응축 흐름으로부터 라인(1360)의 이산화탄소 풍부 생성물 가스 흐름을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(1358)으로 전달된다. 상기 응축 흐름(1362)은 믹서(1332)로 전달되고, 여기서 라인(1319)의 혼합된 응축 흐름을 형성하기 위하여 상기 응축 흐름(1330)과 혼합된다.
라인(1319)의 상기 혼합된 응축 흐름은 열 교환기(1301)로 전달되고 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 가열된다. 상기 혼합된 응축 흐름은 열 교환기(1302)로 전달되고 오버헤드 가스 흐름에 반하여 가열된다. 상기 혼합된 응축 흐름의 적어도 일 부분은 하기 상세히 설명될 증기 흐름(1370)의 형태로 다시 재생기(1344)로 재순환한다.
재생된 린 수계 흡수매체는 라인(1364)을 통해 재생기(1344)로부터 제거되고 믹서(1321)로 보내질 수 있고, 여기서 스팀 리보일러(1348)로 공급되기 전에 보충된 혼합된 응축 흐름(1323)을 형성하기 위하여 혼합된 응축 흐름과 혼합될 수 있다. 스팀은 라인(1366)을 통해 스팀 리보일러로 공급되고 라인(1368)을 통해 스팀 응축의 형태로 제거된다. 스팀으로부터의 열은 상기 보충된 혼합된 응축 흐름(1323)으로 전이되어 라인(1370)을 통해 재생기(1344)로 재순환하는 증기 흐름, 및 라인(1372)를 통해 상기 스팀 리보일러(1348)를 빠져나가는 재생된 린 수계 흡수매체를 형성한다. 상기 혼합된 응축 흐름의 적어도 일 부분은 증기 흐름(1370)으로 들어가고 재생기(1344)로 재순환한다. 상기 재생된 린 수계 흡수매체는 라인(1372)을 통해 열 교환기(1342)로 전달되고 여기서 라인(1338)의 풍부한 수계 흡수매체에 의해 냉각된다. 상기 재생된 린 수계 흡수매체는 열 교환기(1301)로 전달되고 여기서 상기 혼합된 응축 흐름에 의해 더 냉각된다. 필요 시, 라인(1374)의 상기 재생된 수계 흡수매체는 상기 접촉 장치(1314)에 허용 가능한 수준으로 상기 재생된 수계 흡수매체의 온도를 낮추기 위하여 냉각수(1378)가 공급되는 냉각기(1376)로 전달될 수 있다. 상기 재생된 수계 흡수매체는 라인(1316)의 냉각기(1376)로부터 제거되고 최종적으로 상기 접촉 장치(1314)로 재순환한다.
도 14는 본 명세서의 제 13 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(1400)를 나타낸다.
라인(1412)의 이산화탄소를 포함한 유입 가스 흐름은 하기 상세히 설명될 혼합된 응축 흐름에 반하여 열 교환기(1403)에서 냉각될 수 있다. 필요 시, 상기 유입 가스 흐름은 가스-액체 접촉 장치(1414)로 투입되기 전에 허용 가능한 수준의 온도로 더 낮춰질 수 있고 순차적으로 라인(1406)의 과량의 수분을 제거하기 위하여 플래쉬 드럼(1405)으로 공급될 수 있다. 상기 냉각된 유입 가스 흐름은 가스-액체 접촉 장치(1414)로 공급되고 여기서 라인(1416)을 통해 접촉 장치(1414)로 공급되는 린 수계 흡수매체와 접촉한다. 이산화탄소는 라인(1418)을 통해 상기 접촉 장치(1414)를 빠져나가는 린 처리된 가스 흐름을 형성하기 위하여 상기 유입 가스 흐름(1412)으로부터 흡착된다. 상기 린 처리된 가스 흐름(1418)은 린 처리된 가스 흐름(1418)으로부터 액체를 응축하기 위하여 냉각수(1422)가 공급되는 냉각기(1420)를 통과한다. 라인(1424) 내에 응축된 액체를 포함하는 린 처리된 가스 흐름은 라인(1430)의 응축 흐름으로부터 라인(1428)의 물-제거된 린 처리된 가스 흐름을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(1426)으로 전달된다. 라인(1430)의 상기 응축 흐름은 펌프(1434)를 이용하여 믹서(1432)로 전달되고 하기 더 상세히 설명될 바와 같이 오버헤드 가스 흐름으로부터 회수된 응축 흐름과 혼합된다.
용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(1440)를 이용하여 라인(1438)을 통해 상기 접촉 장치(1414)로부터 제거된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(1342)로 전달되고 재생된 수계 흡수매체에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(1402)로 전달되고 오버헤드 가스 흐름에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(1442)로 전달되고 재생된 수계 린 흡수매체에 반하여 더 가열되고 순차적으로 라인(1446)을 통해 재생기(1444)로 공급된다. 상기 재생기(1444)는 스팀 리보일러(1448)로부터 공급되는 열의 온도에서 작동하여 상기 이산화탄소를 풍부한 수계 흡수매체로부터 탈착하여 오버헤드 가스 흐름을 형성하고 이는 라인(1450)을 통해 상기 재생기(1444)를 빠져나간다. 상기 오버헤드 가스 흐름은 혼합된 풍부한 수계 흡수매체에 반하여 열 교환기(1402)에서 냉각된다. 상기 오버헤드 가스 흐름은 상기 오버헤드 가스 흐름으로부터 액체를 응축하기 위하여 냉각수(1454)가 공급되는 콘덴서(1452)를 통과한다. 라인(1456)의 응축된 액체를 포함하는 오버헤드 가스 흐름은 라인(1462)의 응축 흐름으로부터 라인(1460)의 이산화탄소 풍부 생성물 가스 흐름을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(1458)으로 전달된다. 상기 응축 흐름(1462)은 믹서(1432)로 전달되고, 여기서 혼합된 응축 흐름을 형성하기 위하여 상기 응축 흐름(1430)과 혼합된다.
라인(1419)의 상기 혼합된 응축 흐름은 열 교환기(1403)로 전달되고 유입 가스 흐름에 반하여 가열된다. 상기 혼합된 응축 흐름의 적어도 일 부분은 하기 상세히 설명될 증기 흐름(1470)의 형태로 다시 재생기(1444)로 재순환한다.
재생된 린 수계 흡수매체는 라인(1464)을 통해 재생기(1444)로부터 제거되고 믹서(1421)로 보내질 수 있고, 여기서 스팀 리보일러(1448)로 공급되기 전에 보충된 혼합된 응축 흐름(1423)을 형성하기 위하여 혼합된 응축 흐름과 혼합될 수 있다. 스팀은 라인(1466)을 통해 스팀 리보일러로 공급되고 라인(1468)을 통해 스팀 응축의 형태로 제거된다. 스팀으로부터의 열은 상기 보충된 혼합된 응축 흐름(1423)으로 전이되어 라인(1470)을 통해 재생기(1444)로 재순환하는 증기 흐름 및 라인(1472)을 통해 상기 스팀 리보일러(1448)를 빠져나가는 재생된 린 수계 흡수매체를 형성한다. 상기 혼합된 응축 흐름의 적어도 일 부분은 증기 흐름(1470)으로 들어가고 재생기(1444)로 재순환한다. 상기 재생된 린 수계 흡수매체는 라인(1472)을 통해 열 교환기(1442)로 전달되고 여기서 라인(1438)의 풍부한 수계 흡수매체에 의해 냉각된다. 상기 재생된 린 수계 흡수매체는 열 교환기(1401)로 전달되고 여기서 상기 풍부한 수계 흡수매체에 의해 더 냉각된다. 라인(1474)의 상기 재생된 수계 흡수매체는 상기 접촉 장치(1414)에 허용 가능한 수준으로 상기 재생된 수계 흡수매체의 온도를 낮추기 위하여 냉각수(1478)가 공급되는 냉각기(1476)로 전달된다. 상기 재생된 수계 흡수매체는 라인(1480)의 냉각기(1476)로부터 제거되고 최종적으로 펌프(1436)를 이용하여 라인(1416)을 통해 상기 접촉 장치(1414)로 재순환한다.
도 15는 본 명세서의 제 14 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(1500)를 나타낸다. 상기 제 14 실시예는 하기의 기술된 부분을 제외하고는 상기 제 13 실시예와 동일하다.
제 14 실시예에 있어서, 재생기로 투입되기 전에 혼합된 응축 흐름에 더 많은 열을 전이하기 위하여 하나의 추가 열 교환기(1507) 및 스팀 리보일러(1548)를 빠져나가는 스팀 응축(1568)으로부터 순간 증발된 스팀(1509)을 형성하기 위한 플래쉬 드럼(1508)이 있다.
라인(1519)의 상기 혼합된 응축 흐름은 열 교환기(1503)로 전달되고 유입 가스 흐름에 반하여 가열된다. 스팀 응축은 라인(1568)의 스팀 리보일러(1548)로부터 제거되고 라인(1510)의 순간 증발된 스팀 응축으로부터 라인(1509)의 순간 증발된 스팀을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(1508)으로 공급된다. 상기 혼합된 응축 흐름은 열 교환기(1507)로 전달되고 라인(1509)의 순간 증발된 스팀에 반하여 더 가열된다. 상기 혼합된 응축 흐름의 적어도 일 부분은 하기 상세히 설명될 바와 같이 증기 흐름(1570)의 형태로 재생기(1544)로 다시 재순환한다.
재생된 린 수계 흡수매체는 라인(1546) 내의 재생기(1544)로부터 제거되고 믹서(1521)로 보내질 수 있고, 여기서 스팀 리보일러(1548)로 공급되기 전에 보충된 혼합된 응축 흐름(1523)을 형성하기 위하여 혼합된 응축 흐름과 혼합될 수 있다. 스팀은 라인(1566)을 통해 스팀 리보일러로 공급되고 라인(1568)을 통해 스팀 응축의 형태로 제거된다. 스팀으로부터의 열은 상기 보충된 혼합된 응축 흐름(1523)으로 전이되어 라인(1570)을 통해 재생기(1544)로 재순환하는 증기 흐름 및 라인(1572)을 통해 상기 스팀 리보일러(1548)를 빠져나가는 재생된 린 수계 흡수매체를 형성한다. 상기 혼합된 응축 흐름의 적어도 일 부분은 증기 흐름(1570)으로 들어가고 재생기(1544)로 재순환한다.
도 16은 본 명세서의 제 15 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(1600)를 나타낸다. 상기 제 15 실시예는 하기의 기술된 부분을 제외하고는 상기 제 14 실시예와 동일하다.
제 14 실시예에 있어서, 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(1601)의 하부로 즉시 두 부분(1638A, 1638B)으로 분리된다.
용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(1640)를 이용하여 라인(1638)을 통해 상기 접촉 장치(1614)로부터 제거된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(1601)에 전달되고 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 두 부분(1638A, 1638B)으로 분리된다. 풍부한 수계 흡수매체의 일 부분(1638A)은 열 교환기(1642)로 전달되고 재생된 수계 린 흡수매체에 반하여 더 가열되고 순차적으로 재생기(1644)로 공급된다. 풍부한 수계 흡수매체의 다른 일 부분(1638B)은 열 교환기(1602)로 전달되고 오버헤드 가스 흐름에 반하여 가열되고 순차적으로 재생기(1644)로 공급된다.
도 17은 본 명세서의 제 16 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(1700)를 나타낸다.
라인(1712)의 이산화탄소를 포함한 유입 가스 흐름은 혼합된 응축 흐름에 반해서 열 교환기(1703)에서 냉각될 수 있고 하기 더욱 상세히 기술될 것이다. 필요 시, 상기 유입 가스 흐름은 상기 유입 가스 흐름의 온도를 허용 가능한 수준으로 더욱 낮추기 위하여 냉각기(1704)로 공급될 수 있고 순차적으로 가스-액체 접촉 장치(1714)로 투입되기 전에 라인(1706)의 과량의 수분을 제거하기 위하여 플래쉬 드럼(1705)으로 공급될 수 있다. 상기 냉각된 유입 가스 흐름은 라인(1716)을 통해 접촉 장치(1714)로 공급되는 린 수계 흡수매체와 접촉하는 가스-액체 접촉 장치(1714)로 공급된다. 이산화탄소는 라인(1718)을 통해 상기 접촉 장치(1714)를 빠져나가는 린 처리된 가스 흐름을 형성하기 위하여 상기 유입 가스 흐름으로부터 흡착된다. 상기 린 처리된 가스 흐름(1718)은 린 처리된 가스 흐름(1718)으로부터 액체를 응축하기 위하여 냉각수(1722)가 공급되는 냉각기(1720)를 통과한다. 라인(1724) 내에 응축된 액체를 포함하는 린 처리된 가스 흐름은 라인(1730)의 응축 흐름으로부터 라인(1728)의 물-제거된 린 처리된 가스 흐름을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(1726)으로 전달된다. 라인(1730)의 상기 응축 흐름은 펌프(1734)를 이용하여 믹서(1732)로 전달되고 하기 더 상세히 설명될 혼합된 응축 흐름을 형성하기 위하여 오버헤드 가스 흐름으로부터 회수된 응축 흐름과 혼합된다.
용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(1740)를 이용하여 라인(1738)을 통해 상기 접촉 장치(1714)로부터 제거된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(1701)로 전달되고 재생된 수계 흡수매체에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 두 부분(1738A, 1738B)으로 분리된다. 풍부한 수계 흡수매체의 일 부분(1738A)은 열 교환기(1742)로 전달되고 재생된 수계 린 흡수매체에 반하여 더 가열되고 순차적으로 재생기(1744)로 공급된다. 풍부한 수계 흡수매체의 다른 일 부분(1738B)은 열 교환기(1702)로 전달되고 오버헤드 가스 흐름에 반하여 가열되고 순차적으로 재생기(1744)로 공급된다. 스팀 응축은 라인(1768)을 통해 스팀 리보일러(1748)로부터 제거되고 라인(1710)의 순간 증발된 스팀 응축으로부터 라인(1709)의 순간 증발된 스팀을 분리하는 플래쉬 드럼(1708)으로 공급된다. 풍부한 수계 흡수매체의 다른 일 부분(1738B)은 열 교환기(1707)로 전달되고 라인(1709)의 상기 순간 증발된 스팀에 반하여 더 가열되고 순차적으로 재생기(1744)로 공급된다. 상기 재생기(1744)는 스팀 리보일러(1748)로부터 공급되는 열의 온도에서 작동하여 상기 이산화탄소를 풍부한 수계 흡수매체로부터 탈착하여 오버헤드 가스 흐름을 형성하고 이는 라인(1750)을 통해 상기 재생기(1744)를 빠져나간다. 상기 오버헤드 가스 흐름은 풍부한 수계 흡수매체에 반하여 열 교환기(1702)에서 냉각된다. 상기 오버헤드 가스 흐름은 상기 오버헤드 가스 흐름으로부터 액체를 응축하기 위하여 냉각수(1754)가 공급되는 콘덴서(1752)를 통과한다. 라인(1756)의 응축된 액체를 포함하는 오버헤드 가스 흐름은 라인(1762)의 응축 흐름으로부터 라인(1760)의 이산화탄소 풍부 생성물 가스 흐름을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(1758)으로 전달된다. 상기 응축 흐름(1762)은 믹서(1732)로 전달되고, 여기서 혼합된 응축 흐름을 형성하기 위하여 상기 응축 흐름(1730)과 혼합된다.
라인(1719)의 상기 혼합된 응축 흐름은 열 교환기(1703)로 전달되고 유입 가스 흐름에 반하여 가열되고 순차적으로 재생기(1744)로 공급된다.
재생된 린 수계 흡수매체는 라인(1764)의 재생기(1744)로부터 제거되고 스팀 리보일러(1748)로 공급된다. 스팀은 라인(1766)을 통해 스팀 리보일러로 공급되고 라인(1768)을 통해 스팀 응축의 형태로 제거된다. 스팀으로부터의 열은 상기 재생된 린 수계 흡수매체로 전이되어 라인(1770)을 통해 재생기(1744)로 재순환하는 증기 흐름 및 라인(1772)을 통해 상기 스팀 리보일러(1748)를 빠져나가는 재생된 린 수계 흡수매체를 형성한다. 상기 재생된 린 수계 흡수매체는 라인(1772)을 통해 열 교환기(1742)로 공급되고 여기서, 라인(1738A)의 풍부한 수계 흡수매체의 상기 부분에 의해 냉각된다. 필요 시, 상기 재생된 린 수계 흡수매체 열 교환기(1701)로 전달되고 풍부한 수계 흡수매체에 의해 더 냉각된다. 상기 라인(1774)의 상기 재생된 수계 흡수매체는 상기 접촉 장치(1714)에 허용 가능한 수준으로 상기 재생된 수계 흡수매체의 온도를 낮추기 위하여 냉각수(1778)가 공급되는 냉각기(1776)로 전달된다. 상기 재생된 수계 흡수매체는 라인(1780)의 냉각기(1776)로부터 제거되고 최종적으로 펌프(1736)를 이용하여 라인(1716)을 통해 상기 접촉 장치(1714)로 재순환한다.
도 18 내지 24는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하는 장치를 나타낸다. 상기 실시예에 있어서, 가열된 흐름은 혼합된 응축 흐름을 형성하도록 오버헤드 가스 흐름으로부터 회수된 응축 흐름의 적어도 일 부분과 린 처리된 가스 흐름으로부터 회수된 응축 흐름의 적어도 일 부분을 혼합하고 순차적으로 상기 혼합된 응축 흐름을 제 1 혼합된 응축 흐름 부분 및 제 2 혼합된 응축 흐름 부분으로 분리함으로써 유도되는 제 1 혼합된 응축 흐름 부분 및 제 2 혼합된 응축 흐름 부분을 포함한다. 하기에서 보다 상세하게 설명될 바와 같이, 상기 유입 가스 흐름, 상기 오버헤드 가스 흐름, 상기 재생된 수계 흡수매체, 또는 스팀 응축의 순간 증발로부터 유도되는 순간 증발 스팀 중 어느 하나의 열은 재생기로 재순환하기 전에 두 부분, 제 1 혼합된 응축 흐름 부분 및 제 2 혼합된 응축 흐름 부분으로 분리되기 전에 혼합된 응축 흐름의 적어도 일 부분으로 전이된다.
도 18은 본 명세서의 제 17 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(1800)를 나타낸다.
라인(1812)의 이산화탄소를 포함한 유입 가스 흐름은 혼합된 응축 흐름의 일 부분(1819A)에 반하여 열 교환기(1803)에서 냉각될 수 있고 이는 하기 상세히 설명될 것이다. 필요 시, 상기 유입 가스 흐름은 가스-액체 접촉 장치(1814)로 투입되기 전에 허용 가능한 수준의 온도로 더 낮춰질 수 있고 순차적으로 라인(1806)의 과량의 수분을 제거하기 위하여 플래쉬 드럼(1805)으로 공급될 수 있다. 상기 냉각된 유입 가스 흐름은 가스-액체 접촉 장치(1814)로 공급되고 여기서 라인(1816)을 통해 접촉 장치(1814)로 공급되는 린 수계 흡수매체와 접촉한다. 이산화탄소는 라인(1818)을 통해 상기 접촉 장치(1814)를 빠져나가는 린 처리된 가스 흐름을 형성하기 위하여 상기 유입 가스 흐름(1812)으로부터 흡착된다. 상기 린 처리된 가스 흐름(1818)은 린 처리된 가스 흐름(1818)으로부터 액체를 응축하기 위하여 냉각수(1822)가 공급되는 냉각기(1820)를 통과한다. 라인(1824) 내에 응축된 액체를 포함하는 린 처리된 가스 흐름은 라인(1830)의 응축 흐름으로부터 라인(1828)의 물-제거된 린 처리된 가스 흐름을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(1826)으로 전달된다. 라인(1830)의 상기 응축 흐름은 펌프(1834)를 이용하여 믹서(1832)로 전달되고 하기 더 상세히 설명될 바와 같이 오버헤드 가스 흐름으로부터 회수된 응축 흐름과 혼합된다.
용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(1840)를 이용하여 라인(1838)을 통해 상기 접촉 장치(1814)로부터 제거된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(1802)로 전달되고 오버헤드 가스 흐름에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(1842)로 전달되고 재생된 수계 린 흡수매체에 반하여 더 가열되고 순차적으로 라인(1846)을 통해 재생기(1844)로 공급된다. 상기 재생기(1844)는 스팀 리보일러(1848)로부터 공급되는 열의 온도에서 작동하여 상기 이산화탄소를 풍부한 수계 흡수매체로부터 탈착하여 오버헤드 가스 흐름을 형성하고 이는 라인(1850)을 통해 상기 재생기(1844)를 빠져나간다. 상기 오버헤드 가스 흐름은 풍부한 수계 흡수매체에 반하여 열 교환기(1802)에서 냉각된다. 상기 오버헤드 가스 흐름은 상기 오버헤드 가스 흐름으로부터 액체를 응축하기 위하여 냉각수(1854)가 공급되는 콘덴서(1852)를 통과한다. 라인(1856)의 응축된 액체를 포함하는 오버헤드 가스 흐름은 라인(1862)의 응축 흐름으로부터 라인(1860)의 이산화탄소 풍부 생성물 가스 흐름을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(1858)으로 전달된다. 상기 응축 흐름(1862)는 믹서(1832)로 전달되고, 여기서 혼합된 응축 흐름을 형성하기 위하여 상기 응축 흐름(1830)과 혼합된다.
라인(1819)의 상기 혼합된 응축 흐름은 열 교환기(1801)로 전달되고 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 가열된다. 상기 혼합된 응축 흐름은 두 부분(1819A, 1819B)으로 분리된다. 일 측면에 있어서, 약 23부피%는 일 부분(1819A)로 가고 약 77부피% 다른 일 부분(1819B)로 간다. 상기 혼합된 응축 흐름의 일 부분(1819A)은 열 교환기(1803)로 전달되고 유입 가스에 반하여 가열되고 순차적으로 재생기(1844)로 공급된다. 스팀 응축은 라인(1868)의 스팀 리보일러(1848)로부터 제거되고 라인(1810)의 순간 증발된 스팀 응축으로부터 라인(1809)의 순간 증발된 스팀을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(1808)으로 공급된다. 상기 혼합된 응축 흐름의 다른 일 부분(1819B)은 열 교환기(1807)로 전달되고 라인(1809)의 순간 증발된 스팀에 반하여 더 가열된다. 상기 혼합된 응축 흐름의 적어도 일 부분은 증기 흐름(1870)의 형태로 재생기(1844)로 재순환되고 이는 하기에 상세히 설명될 것이다.
재생된 린 수계 흡수매체는 라인(1864)의 재생기(1844)로부터 제거되고 믹서(1864)로 공급되고 여기서, 스팀 리보일러(1848)로 공급되기 전에 보충된 혼합된 응축 흐름(1823)을 형성하기 위하여 혼합된 응축 흐름의 상기 부분과 혼합될 수 있다. 스팀은 라인(1866)을 통해 스팀 리보일러로 공급되고 라인(1868)을 통해 스팀 응축의 형태로 제거된다. 스팀으로부터의 열은 상기 보충된 혼합된 응축 흐름(1823)으로 전이되어 라인(1870)을 통해 재생기(1844)로 재순환하는 증기 흐름 및 라인(1872)을 통해 상기 스팀 리보일러(1848)를 빠져나가는 재생된 린 수계 흡수매체를 형성한다. 상기 혼합된 응축 흐름의 적어도 일 부분(1819B)은 증기 흐름(1870)으로 들어가고 재생기(1844)로 재순환한다. 상기 재생된 린 수계 흡수매체는 라인(1872)을 통해 열 교환기(1842)로 전달되고 여기서 라인(1838)의 풍부한 수계 흡수매체에 의해 냉각된다. 상기 재생된 린 수계 흡수매체는 열 교환기(1801)로 전달되고 여기서 상기 혼합된 응축 흐름(1819)에 의해 더 냉각된다. 필요 시, 라인(1874)의 상기 재생된 수계 흡수매체는 상기 접촉 장치(1814)에 허용 가능한 수준으로 상기 재생된 수계 흡수매체의 온도를 낮추기 위하여 냉각수(1878)가 공급되는 냉각기(1876)로 전달될 수 있다. 상기 재생된 수계 흡수매체는 라인(1880)의 냉각기(1876)로부터 제거되고 최종적으로 펌프(1836)을 이용하여 라인(1816)을 통해 상기 접촉 장치(1814)로 재순환한다.
도 19는 본 명세서의 제 18 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(1900)를 나타낸다.
라인(1912)의 이산화탄소를 포함한 유입 가스 흐름은 하기 상세히 설명될 혼합된 응축 흐름에 반하여 열 교환기(1903)에서 냉각될 수 있다. 필요 시, 상기 유입 가스 흐름은 가스-액체 접촉 장치(1914)로 투입되기 전에 허용 가능한 수준의 온도로 더 낮춰질 수 있고 순차적으로 라인(1906)의 과량의 수분을 제거하기 위하여 플래쉬 드럼(1905)으로 공급될 수 있다. 상기 냉각된 유입 가스 흐름은 가스-액체 접촉 장치(1914)로 공급되고 여기서 라인(1916)을 통해 접촉 장치(1914)로 공급되는 린 수계 흡수매체와 접촉한다. 이산화탄소는 라인(1918)을 통해 상기 접촉 장치(1914)를 빠져나가는 린 처리된 가스 흐름을 형성하기 위하여 상기 유입 가스 흐름(1912)으로부터 흡착된다. 상기 린 처리된 가스 흐름(1918)은 린 처리된 가스 흐름(1918)으로부터 액체를 응축하기 위하여 냉각수(1922)가 공급되는 냉각기(1920)를 통과한다. 라인(1924) 내에 응축된 액체를 포함하는 린 처리된 가스 흐름은 라인(1930)의 응축 흐름으로부터 라인(1928)의 물-제거된 린 처리된 가스 흐름을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(1926)으로 전달된다. 라인(1930)의 상기 응축 흐름은 펌프(1934)를 이용하여 믹서(1932)로 전달되고 하기 더 상세히 설명될 바와 같이 오버헤드 가스 흐름으로부터 회수된 응축 흐름과 혼합된다.
용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(1940)를 이용하여 라인(1938)을 통해 상기 접촉 장치(1914)로부터 제거된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(1942)로 전달되고 재생된 수계 흡수매체에 반하여 가열되고 순차적으로 라인(1946)을 통해 재생기(1944)로 공급된다. 상기 재생기(1944)는 스팀 리보일러(1948)로부터 공급되는 열의 온도에서 작동하여 상기 이산화탄소를 풍부한 수계 흡수매체로부터 탈착하여 오버헤드 가스 흐름을 형성하고 이는 라인(1950)을 통해 상기 재생기(1944)를 빠져나간다. 상기 오버헤드 가스 흐름은 혼합된 응축 흐름에 반하여 열 교환기(1902)에서 냉각된다. 상기 오버헤드 가스 흐름은 상기 오버헤드 가스 흐름으로부터 액체를 응축하기 위하여 냉각수(1954)가 공급되는 콘덴서(1952)를 통과한다. 라인(1956)의 응축된 액체를 포함하는 오버헤드 가스 흐름은 라인(1962)의 응축 흐름으로부터 라인(1960)의 이산화탄소 풍부 생성물 가스 흐름을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(1958)으로 전달된다. 상기 응축 흐름(1962)은 믹서(1932)로 전달되고, 여기서 혼합된 응축 흐름을 형성하기 위하여 상기 응축 흐름(1930)과 혼합된다.
라인(1919)의 상기 혼합된 응축 흐름은 열 교환기(1901)로 전달되고 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 가열된다. 상기 혼합된 응축 흐름은 열 교환기(1902)로 전달되고 오버헤드 가스 흐름에 반하여 가열된다. 상기 혼합된 응축 흐름은 두 부분(1919A, 11919B)으로 분리된다. 일 측면에 있어서, 약 82.5부피%는 일 부분(1919A)로 가고 약 17.5부피% 다른 일 부분(1919B)로 간다. 상기 혼합된 응축 흐름의 일 부분(1919A)은 열 교환기(1903)로 전달되고 유입 가스에 반하여 가열된다. 상기 혼합된 응축 흐름의 적어도 일 부분(1919A)은 증기 흐름(1970)의 형태로 재생기(1944)로 공급되고 이에 대해서는 하기에 상세히 설명될 것이다. 스팀 응축은 라인(1968)의 스팀 리보일러(1948)로부터 제거되고 라인(1910)의 순간 증발된 스팀 응축으로부터 라인(1909)의 순간 증발된 스팀을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(1908)으로 공급된다. 상기 혼합된 응축 흐름의 다른 일 부분(1919B)은 열 교환기(1907)로 전달되고 라인(1909)의 순간 증발된 스팀에 반하여 더 가열된다. 상기 혼합된 응축 흐름의 적어도 일 부분(1919B)은 증기 흐름(1970)의 형태로 재생기(1944)로 재순환되고 이는 하기에 상세히 설명될 것이다.
재생된 린 수계 흡수매체는 라인(1964)의 재생기(1944)로부터 제거되고 믹서(1921)로 공급될 수 있고 여기서, 스팀 리보일러(1948)로 공급되기 전에 보충된 혼합된 응축 흐름(1923)을 형성하기 위하여 혼합된 응축 흐름의 상기 부분(1919B)과 혼합될 수 있다. 스팀은 라인(1966)을 통해 스팀 리보일러로 공급되고 라인(1968)을 통해 스팀 응축의 형태로 제거된다. 스팀으로부터의 열은 상기 보충된 혼합된 응축 흐름(1923)으로 전이되어 라인(1970)을 통해 재생기(1944)로 재순환하는 증기 흐름 및 라인(1972)을 통해 상기 스팀 리보일러(1948)를 빠져나가는 재생된 린 수계 흡수매체를 형성한다. 상기 혼합된 응축 흐름의 적어도 일 부분(1919A, 1919B)은 증기 흐름(1970)으로 들어가고 재생기(1944)로 재순환한다. 상기 재생된 린 수계 흡수매체는 라인(1972)을 통해 열 교환기(1942)로 전달되고 여기서 라인(1938)의 풍부한 수계 흡수매체에 의해 냉각된다. 상기 재생된 린 수계 흡수매체는 열 교환기(1901)로 전달되고 여기서 상기 혼합된 응축 흐름(1919)에 의해 더 냉각된다. 필요 시, 라인(1974)의 상기 재생된 수계 흡수매체는 상기 접촉 장치(1914)에 허용 가능한 수준으로 상기 재생된 수계 흡수매체의 온도를 낮추기 위하여 냉각수(1978)가 공급되는 냉각기(1976)로 전달될 수 있다. 상기 재생된 수계 흡수매체는 라인(1980)의 냉각기(1976)로부터 제거되고 최종적으로 펌프(1936)를 이용하여 라인(1916)을 통해 상기 접촉 장치(1914)로 재순환한다.
도 20은 본 명세서의 제 19 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(2000)를 나타낸다. 상기 제 19 실시예는 하기의 기술된 부분을 제외하고는 상기 제 18 실시예와 동일하다.
상기 실시예 19에 있어서, 열 교환기(2003)를 빠져나가는 혼합된 응축 흐름의 일 부분(2019A)은 스팀 리보일러(2048)로 공급되고 증기 흐름(2070)의 형태로 다시 재생기(2044)로 공급되는 대신, 바로 재생기(2044)로 다시 공급된다.
도 21은 본 명세서의 제 20 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(2100)를 나타낸다. 상기 제 20 실시예는 하기의 기술된 부분을 제외하고는 상기 제 19 실시예와 동일하다.
상기 실시예 19에 있어서, 재생기(2144)로 투입되기 전에 풍부한 수계 흡수매체에 열을 더 전이하기 위해서 하나의 추가 열 교환기(2125)가 있고 혼합된 응축 흐름은 열 교환기(2101)의 하부로 바로 두 부분(2119A, 2119B)으로 분리된다.
용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(2140)를 이용하여 라인(2138)을 통해 상기 접촉 장치(2114)로부터 제거된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(2125)에 전달되고 오버헤드 가스 흐름에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(2142)에 전달되고 재생된 수계 린 흡수매체에 반하여 가열되고 순차적으로 라인(2146)을 통해 재생기(2144)로 공급된다.
라인(2119)의 상기 혼합된 응축 흐름은 열 교환기(2101)로 전달되고 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 가열된다. 상기 혼합된 응축 흐름은 두 부분(2119A, 2119B)으로 분리된다. 일 측면에 있어서, 약 28부피%는 일 부분(2119A)로 가고 약 72부피% 다른 일 부분(2119B)로 간다. 상기 혼합된 응축 흐름의 일 부분(2119A)은 열 교환기(2103)로 전달되고 유입 가스에 반하여 가열되고 순차적으로 재생기(2144)로 공급된다. 상기 혼합된 응축 흐름의 다른 일 부분(2119B)은 열 교환기(2102)로 전달되고 오버헤드 가스 흐름에 반하여 더 가열된다. 스팀 응축은 라인(2168)의 스팀 리보일러(2148)로부터 제거되고 라인(2110)의 순간 증발된 스팀 응축으로부터 라인(2109)의 순간 증발된 스팀을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(2108)으로 공급된다. 상기 혼합된 응축 흐름의 다른 일 부분(2119B)은 열 교환기(2107)로 전달되고 라인(2109)의 순간 증발된 스팀에 반하여 더 가열된다. 이전에 기재된 바와 같이, 상기 혼합된 응축 흐름의 적어도 일 부분(2119B)은 증기 흐름(2170)의 형태로 재생기(2144)로 재순환된다.
도 22는 본 명세서의 제 21 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(2200)를 나타낸다. 상기 제 21 실시예는 하기의 기술된 부분을 제외하고는 상기 제 20 실시예와 동일하다.
상기 실시예 21에 있어서, 혼합된 응축 흐름은 즉시 믹서(2232)의 하부로 두 부분(2219A, 2219B)으로 분리된다.
혼합된 응축 흐름은 두 부분(2219A, 2219B)으로 분리된다. 일 측면에 있어서, 약 86부피%는 일 부분(2219A)로 가고 약 14부피% 다른 일 부분(2219B)로 간다. 상기 혼합된 응축 흐름의 일 부분(2219A)은 열 교환기(2203)로 전달되고 유입 가스에 반하여 가열되고 순차적으로 재생기(2244)로 공급된다. 상기 혼합된 응축 흐름의 다른 일 부분(2219B)은 열 교환기(2201)로 전달되고 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 더 가열된다. 상기 혼합된 응축 흐름의 다른 일 부분(2219B)은 열 교환기(2202)로 전달되고 오버헤드 가스 흐름에 반하여 더 가열된다. 스팀 응축은 라인(2268)의 스팀 리보일러(2248)로부터 제거되고 라인(2210)의 순간 증발된 스팀 응축으로부터 라인(2209)의 순간 증발된 스팀을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(2208)으로 공급된다. 상기 혼합된 응축 흐름의 다른 일 부분(2219B)은 열 교환기(2207)로 전달되고 라인(2209)의 순간 증발된 스팀에 반하여 더 가열된다. 이전에 기재된 바와 같이, 상기 혼합된 응축 흐름의 적어도 일 부분(2219B)은 증기 흐름(2270)의 형태로 재생기(2244)로 재순환된다.
도 23은 본 명세서의 제 22 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(2300)를 나타낸다. 상기 제 22 실시예는 하기의 기술된 부분을 제외하고는 상기 제 21 실시예와 동일하다.
상기 실시예 22에 있어서, 열 교환기(2301)는 혼합된 응축 흐름의 상기 부분(2319B) 대신 풍부한 수계 흡수매체에 열을 전이하기 위하여 사용된다.
용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(2340)를 이용하여 라인(2338)을 통해 상기 접촉 장치(2314)로부터 제거된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(2301)에 전달되고 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(2325)에 전달되고 오버헤드 가스 흐름에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(2342)에 전달되고 재생된 수계 린 흡수매체에 반하여 가열되고 순차적으로 라인(2346)을 통해 재생기(2344)로 공급된다.
혼합된 응축 흐름은 두 부분(2319A, 2319B)으로 분리된다. 상기 혼합된 응축 흐름의 일 부분(2319A)은 열 교환기(2303)로 전달되고 유입 가스에 반하여 가열되고 순차적으로 재생기(2344)로 공급된다. 상기 혼합된 응축 흐름의 다른 일 부분(2319B)은 열 교환기(2302)로 전달되고 오버헤드 가스 흐름에 반하여 더 가열된다. 스팀 응축은 라인(2368)의 스팀 리보일러(2348)로부터 제거되고 라인(2310)의 순간 증발된 스팀 응축으로부터 라인(2309)의 순간 증발된 스팀을 분리하기 위하여 플래쉬 드럼(2308)으로 공급된다. 상기 혼합된 응축 흐름의 다른 일 부분(2319B)은 열 교환기(2307)로 전달되고 라인(2309)의 순간 증발된 스팀에 반하여 더 가열된다. 이전에 기재된 바와 같이, 상기 혼합된 응축 흐름의 적어도 일 부분(2319B)은 증기 흐름(2370)의 형태로 재생기(2344)로 재순환된다.
도 24는 본 명세서의 제 23 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(2400)를 나타낸다. 상기 제 23 실시예는 하기의 기술된 부분을 제외하고는 상기 제 22 실시예와 동일하다.
상기 실시예 23에 있어서, 풍부한 수계 흡수매체는 즉시 열 교환기(2401)의 하부로 두 부분(2438A, 2438B)으로 분리된다.
용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(2440)를 이용하여 라인(2438)을 통해 상기 접촉 장치(2414)로부터 제거된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(2401)에 전달되고 재생된 린 수계 흡수매체에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 두 부분(2438A, 2438B)으로 분리된다. 일 측면에 있어서, 약 75부피%는 일 부분(2438A)으로 가고 약 25부피% 다른 일 부분(2438B)으로 간다. 풍부한 수계 흡수매체의 일 부분(2438A)은 열 교환기(2442)로 전달되고 재생된 수계 린 흡수매체에 반하여 더 가열되고 순차적으로 재생기(2444)로 공급된다. 풍부한 수계 흡수매체의 다른 일 부분(2438B)은 열 교환기(2425)로 전달되고 오버헤드 가스 흐름에 반하여 가열되고 순차적으로 재생기(2444)로 공급된다.
도 25는 본 명세서의 제 24 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(2500)를 나타낸다. 상기 제 24 실시예는 하기의 기술된 부분을 제외하고는 상기 제 10 실시예와 동일하다.
상기 실시예에 있어서, 리보일러는 사용되지 않는다. 대신, 비교적으로 저압 스팀(예를 들어, 약 30 내지 약 103 kPa)이 스팀 주입(2597)으로써 재생기(2544)에 직접 공급된다. 상기 저압 스팀은 다른 발전소로부터의 폐기물일 수 있거나(예를 들어, 전력발전소) 저압 스팀의 다른 저 등급 근원(예를 들어, 뜨거운 연료가스를 이용한 열 회수 스팀 재생기, 플랜트를 가열함으로 인한 과량의 스팀, 폐열 보일러, 이산화탄소 압축으로 인한 열 등)일 수 있다.
오버헤드 가스 흐름으로부터 회수된 응축 흐름(2562), 린 처리된 가스 흐름으로부터 회수된 응축 흐름(2530) 및 필요 시, 유입 가스 흐름으로부터 회수된 응축 흐름(2506)은 혼합(2598)될 수 있고 물 균형을 유지하기 위하여 상기 저압 스팀(예를 들어, 보일러 시스템)의 근원으로 공급될 수 있다. 필요 시, 상기 응축 흐름(2562, 2530, 2506)은 상기 저압 스팀의 근원으로 공급되기 전에 처리될 수 있다.
도 26은 본 명세서의 제 25 실시예에 따른 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하기 위한 장치(2600)를 나타낸다. 상기 제 25 실시예는 하기의 기술된 부분을 제외하고는 상기 제 7 실시예와 동일하다.
상기 실시예에 있어서, 흡수매체 흐름(2638B)의 10%가 분리되기 전에 재생기(2644)로 투입되기 전에 열 교환기(2602)에서 더 가열되기 위하여 스트리퍼 오버헤드 가스 흐름(2650)으로부터 풍부한 수계 흡수매체에 열을 더 전이하기 위한 추가 열 교환기(2625)가 있다. 풍부한 흡수매체의 나머지 90%(2638A)는 열 교환기(2642)로 전달되고 재생기(2644)로 투입되기 전에 린 수계 흡수매체에 의해 더 가열된다. 혼합된 환류(reflux) 및 응축된 흡수매체 오버헤드 증기가 열 교환기(2603)에 투입되기 전에 열 교환기(2601)에서 예열되도록 공정으로 다시 돌아가는 곳(2632)에서 관(vessel, 2632)에 축적된 환류 응축은 흡수매체 오버헤드 세정수(absorber overhead wash water)와 혼합된다. 필수적으로, 상기 열 교환기(2603)는 기존의 스팀 리보일러(2648)를 보충하는 추가적 리보일러로써의 역할 한다. 필요 시, 상기 장치는 유입 가스 흐름을 더 냉각하기 위한 냉각기(2604) 및 접촉 장치(2614)로 투입되기 전에 유입 가스 흐름으로부터 라인(2606)의 과량의 수분을 분리하기 위한 플래쉬 드럼(2605)을 더 포함할 수 있다.
용해된 이산화탄소를 포함하는 풍부한 수계 흡수매체는 펌프(2640)를 이용하여 라인(2638)을 통해 상기 접촉 장치(2614)로부터 제거된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 열 교환기(2611)에 전달되고 유입 가스 흐름에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 수계 흡수매체는 그 후 열 교환기(2625)에 전달되고 오버헤드 가스 흐름(2650)에 반하여 가열된다. 상기 풍부한 흡수매체는 그 다음 흐름의 10%(2638B)는 열 교환기(2602)로 전달되고 상기 장치(2644)에 투입되기 전에 오버헤드 가스 흐름에 반하여 가열된다. 나머지 흐름(2638B)는 라인(2646)을 통해 재생기(2644)로 전달되기 전에 열 교환기(2642)에서 린 수계 흡수매체에 반하여 가열된다.
재생된 린 수계 흡수매체는 재생기(2644)로부터 제거되고 여기서, 라인(2623) 내의 일 부분은 스팀 리보일러(2648)로 공급되고 나머지는 라인(2672)를 통해 열 교환기(2642)로 공급된다. 스팀은 라인(2666)을 통해 스팀 리보일러로 공급되고 라인(2668)을 통해 스팀 응축의 형태로 제거된다. 스팀으로부터의 열은 재생된 린 수계 흡수매체로 전이되어 라인(2670)을 통해 재생기(2644)로 재순환하는 증기 흐름을 형성한다. 열 교환기(2642)로부터의 린 수계 흡수매체는 열 교환기(2601)로 전달되고 라인(2619)에 의해 공급된 공정 오버헤드 응축에 의해 더 냉각된다. 필요 시, 상기 재생된 수계 흡수매체(2672)는 상기 접촉 장치(2614)에 허용 가능한 수준으로 상기 재생된 수계 흡수매체의 온도를 낮추기 위해 냉각수(2678)가 공급되는 냉각기(2676)로 전달된다.
상기 혼합된 환류 및 흡수매체 오버헤드 응축은 라인(2619)을 통해 열 교환기(2601)에서 뜨거운 린 수계 흡수매체에 반하여 전 처리된다. 상기 혼합된 응축은 연소가스 열 교환기(2603)에서 더 가열되고 부분적으로 스팀 증기로 전환한다. 상기 흐름은 그 후 공정과정 내에 물 밸런스를 유지할 뿐만 아니라 추가 재생에너지를 제공하는 재생기(2644)로 전달된다. 이는 최종적으로 리보일러(2648)에 요구되는 스팀의 양을 줄인다.
본 기술분야에 공지된, 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소 및 / 또는 황화수소를 회수하기 위한 수계 흡수매체는 어떠한 타입도 본 명세서에 기술된 신규한 장치 및 방법에 사용될 수 있다. 상기 수계 흡수매체는 모노에탄올아민 디에탄올아민, 트리에탄올아민, SELEXOL(TM) (폴리에틸렌 글리콜의 디메틸 에테르), 디-이소프로판올 아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 피페라진, 및 술폰을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 또 다른 측면에 있어서, 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소 및 / 또는 황화수소를 회수하기 위하여 사용될 수 있는 수계 흡수매체는 하기에 상세히 기술된다. 수계 흡수매체는 당업자에 공지된 기존의 장치 및 방법 또는 본 발명의 신규한 장치 및 방법에 사용될 수 있다.
상기 수계 흡수매체는 모노에탄올아민, 메틸디에탄올아민 및 적합한 용매를 포함한다. 상기 흡수매체용으로 적합한 용매는 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민을 용해시킬 수 있고 이산화탄소 또는 황화수소에 대한 흡수제로 작용하는 것을 포함한다. 적합한 용매는 물, 메탄올, 에탄올 및 이의 혼합을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다. 일 측면에 있어서, 모노에탄올아민과 메틸디에탄올아민의 몰비율은 약 1.5:1 내지 약 4:1이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도는 약 3 moles/liter 내지 약 9 moles/liter이다. 또 다른 측면에 있어서, 모노에탄올아민과 메틸디에탄올아민의 몰비율은 약 2.5:1이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도는 약 7 moles/liter이다.
본 명세서의 또 다른 측면에 있어서, 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소 및 / 또는 황화수소를 회수하기 위하여 사용될 수 있는 수계 흡수매체의 제조방법이 기술된다. 상기 방법은 모노에탄올아민, 메틸디에탄올아민 및 적합한 용매를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 수계 흡수매체를 형성하기 위하여 상기 모노에탄올아민, 상기 메틸디에탄올아민 및 상기 용매를 혼합하는 단계를 더 포함한다. 일 측면에 있어서, 메틸디에탄올아민에 대한 모노에탄올아민은 약 1.5:1 내지 약 4:1의 몰비율(molar ratio)이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도는 약 3 moles/liter 내지 약 9 moles/liter이다. 또 다른 측면에 있어서, 모노에탄올아민과 메틸디에탄올아민의 몰비율은 약 2.5:1이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도는 약 7 moles/liter이다.
또 다른 측면에 있어서, 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분의 제거방법이 기술된다. 상기 방법은 상기 유입 가스 흐름과 모노에탄올아민, 메틸디에탄올아민 및 적합한 용매를 포함하는 수계 흡수매체를 접촉시키는 단계를 포함한다. 일 측면에 있어서, 모노에탄올아민과 메틸디에탄올아민의 몰비율은 약 1.5:1 내지 약 4:1이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도는 약 3 moles/liter 내지 약 9 moles/liter이다. 또 다른 측면에 있어서, 모노에탄올아민과 메틸디에탄올아민의 몰비율은 약 2.5:1이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도는 약 7 moles/liter이다.
도 1은 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 기존의 장치이다.
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 4는 본 발명의 제 3실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 5는 본 발명의 제 4실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 6은 본 발명의 제 5실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 7은 본 발명의 제 6실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 8은 본 발명의 제 7실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 9는 본 발명의 제 8실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 10은 본 발명의 제 9 실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 11은 본 발명의 제 10실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 12는 본 발명의 제 11실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 13은 본 발명의 제 12실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 14는 본 발명의 제 13실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 15는 본 발명의 제 14실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 16은 본 발명의 제 15실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 17은 본 발명의 제 16실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 18은 본 발명의 제 17실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 19는 본 발명의 제 18실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 20은 본 발명의 제 19실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 21은 본 발명의 제 20실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 22는 본 발명의 제 21 실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 23은 본 발명의 제 22실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 24는 본 발명의 제 23실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 25는 본 발명의 제 24실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
도 26은 본 발명의 제 25실시예에 따라 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 장치이다.
본 발명을 하기 실시예를 통해 보다 상세하게 설명하고자 한다.
실시예 1-32 및 35-38에 대한 일반적 정보
데이터는 캐나다, 사스카체완(Saskatchewan), 레지나(Regina)의 레지나 대학의 International Test Center for Carbon Dioxide Capture (ITC) Multi-Purpose Technology Development CO2 Capture Plant의 플랜트 실험 및 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서 얻었다. 상기 플랜트는 천연가스 보일러로부터 수득한 연료 가스로부터 하루에 1 톤(tonne)의 CO2를 생산하도록 설계된다. 상기 유입 가스 흐름은 어떤 타입의 공정 전 습량기준(wet basis)으로 다음의 조성을 가졌다: 9.574 mole% CO2, 0.909 mol% O2, 72.285 mol% N2, 및 17.232 mol% H2O. 또한, 상기 유입 가스 흐름은 어떤 타입의 공정 전 습량기준(wet basis)으로 다음의 조성을 가졌다: 비활성 증기 압력 95.36 kPa, 비활성 증기 온도 150℃ 및 비활성 증기 유동 10 kg-mol/hr. 상기 유입 가스 흐름은 흡수 매체로 투입되기 전에 온도를 낮추고 과량의 수분을 제거하기 위하여 처리되었다. 상기 처리된 유입 가스 흐름 다음의 조성을 가졌다: 11.169 mol% CO2, 1.060 mol% O2, 84.329 N2, 3,442 H2O. 또한 상기 처리된 유입 가스 흐름은 다음의 조건을 가졌다: 비활성 증기 압력 111.325 kPa, 비활성 증기 온도 36-40℃ 및 비활성 증기 유동 8.57 kg-mol/hr. 실시예 1 내지 32에 있어서, 리보일러로의 스팀 공급 압력은 약 230-475 kPa의 범위이었고, 리보일러로의 스팀 공급 온도는 125-150℃의 범위이었고, 상기 리보일러 온도는 약 121℃이었다. 흡수제 효율은 90% 이였다. 컴퓨터 시뮬레이션은 미국, 텍사스, 브라이언(Bryan)의 Bryan Research & Engineering로부터 획득한 PROMAX(TM) 소프트웨어를 사용하여 얻었다.
실시예 1-2
실시예 1은 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하는 기존의 장치를 나타내는 도 1을 기반으로 실제 플랜트 실험이었다. 실시예 1은 5 mol/L MEA의 농도 및 14 L/min의 회전 속도의 수계 흡수매체를 사용하였다.
실시예 2 유입 가스 흐름으로부터 이산화탄소를 회수하는 기존의 장치를 나타내는 도 1을 기반으로 컴퓨터 시뮬레이션이었다. 실시예 2도 또한 5 mol/L MEA의 농도 및 14 L/min의 회전 속도의 수계 흡수매체를 사용하였다.
실시예 1에 있어서, 플랜트 실험은 72,890 BTU/(생성된 CO2의 lb-mol)의 히트듀티(heat duty)를 나타내었다. 실시예 2에 있어서, 상응하는 컴퓨터 시뮬레이션은 70,110 BTU/(생성된 CO2의 lb-mol)의 히트듀티(heat duty)를 나타내었다. 이의 상호관계는 컴퓨터 시뮬레이션이 실험적 결과를 가깝게 예상할 수 있음을 보여준다.
실시예 3 내지 24
실시예 3 내지 24는 각각 도 2 내지 16 및 18 내지 24를 기준으로 컴퓨터 시뮬레이션 하였다. 실시예 3 내지 24는 5 mol/L MEA의 농도 및 14 L/min의 회전 속도의 수계 흡수매체를 사용하였다.
실시예 25 내지 32
실시예 25 내지 32는 각각 도 1, 2, 9, 12, 17, 22, 23, 및 24를 기준으로 컴퓨터 시뮬레이션 하였다. 실시예 25 내지 32는 5 mol/L MEA 내지 2 mol/L MDEA의 농도 및 12-13 L/min의 회전 속도의 수계 흡수매체를 사용하였다.
실시예 1 내지 32에 대한 실험적 결과
실시예 1 내지 32에 대한 플랜트 실험결과 및 컴퓨터 시뮬레이션 결과는 하기 표에 나타내었다. 다음은 표의 칼럼 제목에 대한 설명 리스트이다: 히트듀티(heat duty) 칼럼은 재생기를 작동하는데 필요한 외부 열을 의미한다; 린 로딩(lean loading) 칼럼은 재생기를 빠져 나오는 재생된 수계 흡수매체에서 CO2의 적재(loading)를 의미한다; 풍부한 로딩(rich loading) 칼럼은 가스-액체 접촉 장치 를 빠져 나오는 풍부한 수계 흡수매체에서 CO2의 적재(loading)를 의미한다; CO2 생성 칼럼은 회수된 가스 성분을 의미한다; 및 스팀 소비량(steam Consumption)칼럼은 리보일러를 작동하는데 필요한 스팀을 의미한다.
실시예 33 내지 34에 대한 일반적 정보
데이터는 사스카체완(Saskatchewan), 에스테반(Estevan)의 Boundary Dam coal fired power plant의 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서 얻었다. 상기 플랜트는 석탄화력발전소로부터 수득한 연료 가스로부터 하루에 4 톤(tonne)의 CO2를 생산하도록 설계된다. 그것만으로, 유입 가스는 이산화탄소 및 황화나트륨 둘 다를 포함하였다. 따라서, 상기 유입 가스는 흡수 매체로 투입되기 전에 온도를 낮추고 과량의 수분을 제거하기 위하여 처리되고 황화나트륨을 제거하였다. 상기 유입 가스 흐름은 다음의 조성을 가졌다: 14.86 mole% CO2, 5.03 mol% O2, 64.93 mol% N2, 및 15.18 mol% H2O. 또한 상기 유입 가스 흐름은 다음의 조건을 가졌다: 비활성 증기 압력 111.325 kPa, 비활성 증기 온도 36℃ 및 비활성 증기 유동 10 kg-mol/hr. 실시예 33-34에 있어서, 리보일러로의 스팀 공급 압력은 약 230-475 kPa의 범위이었고, 리보일러로의 스팀 공급 온도는 125-150℃의 범위이었고, 상기 리보일러 온도는 약 121℃이었다. 흡수제 효율은 90% 이였다. 실시예 33-34는 5 mol/L MEA 내지 2 mol/L MDEA의 농도 및 12-13 L/min의 회전 속도의 수계 흡수매체를 사용하였다. 컴퓨터 시뮬레이션은 미국, 텍사스, 브라이언(Bryan)의 Bryan Research & Engineering로부터 획득한 PROMAX(TM) 소프트웨어를 사용하여 얻었다.
실시예 33
실시예 33은 도 9을 기반으로 한 컴퓨터 시뮬레이션이었다. 컴퓨터 시뮬레이션에 대한 결과는 다음과 같다: 히트듀티(heat duty)는 35,831 BTU/lb-mole; 린 로딩(lean loading)은 0.3168 MoI CO2 / MoI 수계 흡수매체; 풍부한 로딩(rich loading)은 0.4662 MoI CO2 / MoI 수계 흡수매체; CO2 생성은 0.910 tonne / day; 및 스팀 소비량(steam Consumption)은 0.896 kg / kg CO2.
실시예 34
실시예 34는 도 17을 기반으로 한 컴퓨터 시뮬레이션이었다. 컴퓨터 시뮬레이션에 대한 결과는 다음과 같다: 히트듀티(heat duty)는 14,716 BTU/lb-mole; 린 로딩(lean loading)은 0.3085 MoI CO2 / MoI 수계 흡수매체; 풍부한 로딩(rich loading)은 0.4687 MoI CO2 / MoI 수계 흡수매체; CO2 생성은 0.913 tonne / day; 및 스팀 소비량(steam Consumption)은 0.368 kg / kg CO2.
실시예 35
실시예 35는 도 25를 기반으로 한 컴퓨터 시뮬레이션이었다. 실시예 35는 5 mol/L MEA의 농도 및 14 L/min의 회전 속도의 수계 흡수매체를 사용하였다. 컴퓨터 시뮬레이션에 대한 결과는 다음과 같다: 히트듀티(heat duty)는 40,500 BTU/lb- mole; 린 로딩(lean loading)은 0.2609 MoI CO2 / MoI 수계 흡수매체; 풍부한 로딩(rich loading)은 0.4766 MoI CO2 / MoI 수계 흡수매체; CO2 생성은 0.912 tonne / day; 및 스팀 소비량(steam Consumption)은 1.79 kg / kg CO2.
실시예 36
실시예 36은 도 25를 기반으로 한 컴퓨터 시뮬레이션이었다. 실시예 36은 5 mol/L MEA 내지 2 mol / L MDEA의 농도 및 12-13 L/min의 회전 속도의 수계 흡수매체를 사용하였다. 컴퓨터 시뮬레이션에 대한 결과는 다음과 같다: 히트듀티(heat duty)는 49,500 BTU/lb-mole; 린 로딩(lean loading)은 0.2622 MoI CO2 / MoI 수계 흡수매체; 풍부한 로딩(rich loading)은 0.4528 MoI CO2 / MoI 수계 흡수매체; CO2 생성은 0.911 tonne / day; 및 스팀 소비량(steam Consumption)은 1.21 kg / kg CO2.
실시예 37-38
실시예 37-38은 도 26을 기반으로 한 컴퓨터 시뮬레이션이었다. 결과는 다음의 표에 나타나있다.
실시예 히트듀티 (Heat duty, BTU/Ib-mole) 린 로딩(lean loading, Mol CO2/Mol aqueous absorbing medium)) 풍부한 로딩(rich loading, Mol CO2/Mol aqueous absorbing medium) CO2 생성 스팀 소비량 (Steam consumption, Kg/kg CO2 )
1 72,890 0.2587 0.4588 0.847 1.80
2 70,114 0.2699 0.4819 0.917 1.75
3 55,888 0.2725 0.4828 0.910 1.40
4 63,297 0.2699 0.4819 0.917 1.58
5 60,768 0.2704 0.4821 0.916 1.52
6 60,367 0.2709 0.4811 0.909 1.51
7 60,047 0.2693 0.4816 0.919 1.50
8 57,860 0.2698 0.4806 0.912 1.45
9 57,426 0.2692 0.4816 0.919 1.44
10 57,400 0.2691 0.4816 0.919 1.44
11 55,982 0.2700 0.4819 0.917 1.40
12 57,222 0.2692 0.4804 0.914 1.43
13 55,777 0.2700 0.4807 0.912 1.40
14 62,188 0.2723 0.4828 0.910 1.56
15 49,224 0.2696 0.4805 0.912 1.20
16 48,432 0.2678 0.4798 0.917 1.18
17 32,422 0.2693 0.4803 0.913 0.79
18 52,768 0.2708 0.4809 0.909 1.32
19 55,766 0.2698 0.4805 0.912 1.40
20 55,763 0.2698 0.4805 0.912 1.40
21 50,485 0.2696 0.4805 0.912 1.26
22 21,041 0.2709 0.4816 0.912 0.526
23 18,372 0.2714 0.4826 0.914 0.460
24 16,812 0.2716 0.4754 0.913 0.421
25 49,030 0.2888 0.4604 0.912 1.23
26 42,713 0.2776 0.4626 0.910 1.07
27 39,511 0.2894 0.4607 0.911 0.988
28 39,575 0.2850 0.4563 0.912 0.990
29 5,778 0.2751 0.4606 0.913 0.145
30 12,663 0.2664 0.4596 0.909 0.317
31 12,126 0.2811 0.4594 0.910 0.303
32 7,354 0.2751 0.4606 0.913 0.184
37 시뮬레이션 55,590 0.2504 0.4387 0.57 1.30
실험 48,924±5,436 0.2270 0.5024 0.58 1.21±0.14
38 시뮬레이션 43,733 0.2321 0.4222 0.53 1.04
실험 39,231±5,117 0.1835 0.4252 0.58 0.98±0.17
상기에서는 본 발명의 도면을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (35)

  1. a) 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분의 적어도 일 부분을 흡수하여 린(lean) 처리된 가스 흐름 및 풍부한 수계 흡수매체를 형성하도록 상기 유입 가스 흐름을 린 수계 흡수매체와 접촉시키는 단계;
    b) 오버헤드(overhead) 가스 흐름 및 재생된 수계 흡수매체를 생성할 수 있는 온도에서 상기 풍부한 수계 흡수매체로부터 가스 성분의 적어도 일부분을 탈착시키는 단계;
    c) 제 1 응축 흐름을 회수하기 위하여 상기 오버헤드 가스 흐름의 적어도 일 부분을 처리하는 단계;
    d) 가열된 흐름을 형성하기 위하여 상기 제 1 응축 흐름의 적어도 일 부분을 사용하는 단계; 및
    e) 상기 가열된 흐름의 적어도 일 부분을 흡수단계로 다시 재순환시키는 단계
    를 포함하는 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 회수하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입 가스 흐름으로부터 상기 가열된 흐름으로 열이 전이되는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 오버헤드 가스 흐름으로부터 상기 가열된 흐름으로 열이 전이되는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탈착단계에 열을 제공하고 스팀 응축을 형성하기 위하여 스팀을 도입하는 단계 및 순간증발된(flashed) 스팀을 형성하기 위하여 상기 스팀 응축을 순간증발시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재생된 수계 흡수매체로부터 상기 가열된 흐름으로 열이 전이되는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열된 흐름은 상기 제 1 응축 흐름을 포함하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열된 흐름은 상기 제 1 응축 흐름의 적어도 일 부분은 린 수계 흡수매체와 결합하여 풍부한 수계 흡수매체가 형성될 수 있도록 상기 제 1 응축 흐름의 적어도 일 부분을 상기 접촉단계에 전달함으로써 유도되는 상기 풍부한 수계 흡수매체를 포함하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 응축 흐름을 회수하도록 상기 린 처리된 가스 흐름의 적어도 일 부분을 처리하는 단계를 더 포함하고,
    상기 가열된 흐름은 혼합된 응축 흐름을 형성하기 위하여 제 1 응축 흐름의 적어도 일 부분과 제 2 응축 흐름의 적어도 일 부분을 결합함으로써 유도되는 혼합된 응축 흐름을 포함하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열된 흐름은 풍부한 수계 흡수매체-순차적으로 풍부한 증기 흐름과 반-린 수계 흡수매체(semi-lean aqueous absorbing medium)를 형성하도록 순간 증발되는-를 형성하도록 제 1 응축 흐름의 적어도 일 부분과 린 수계 흡수매체를 결합하기 위하여 상기 제 1 응축 흐름의 적어도 일 부분을 상기 접촉단계로 전달함으 로써 유도되는 풍부한 증기 흐름과 반-린 수계 흡수매체를 포함하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유입 가스 흐름으로부터 상기 풍부한 수계 흡수매체 또는 반-린 수계 흡수매체 중 적어도 하나로 열이 전이되는 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 오버헤드 가스 흐름으로부터 상기 풍부한 수계 흡수매체 또는 반-린 수계 흡수매체 중 적어도 하나로 열이 전이되는 방법.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탈착단계에 열을 제공하고 스팀 응축을 형성하기 위하여 스팀을 도입하는 단계 및 순간 증발된 스팀을 형성하기 위하여 상기 스팀 응축을 순간 증발시키는 단계를 더 포함하고,
    여기서 상기 순간 증발된 스팀으로부터 상기 풍부한 수계 흡수매체 또는 상기 반-린 수계 흡수매체 중 적어도 하나로 열이 전이되는 방법.
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재생된 수계 흡수매체로부터 상기 풍부한 수계 흡수매체 또는 상기 반-린 수계 흡수매체 중 적어도 하나로 열이 전이되는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열된 흐름은 풍부한 수계 흡수매체-순차적으로 상기 제 1 풍부한 수계 흡수매체 부분 및 상기 제 2 풍부한 수계 흡수매체 부분으로 분리되는-를 형성하도록 상기 제 1 응축 흐름의 적어도 일 부분과 린 수계 흡수매체를 결합하기 위하여, 상기 제 1 응축 흐름의 적어도 일 부분을 상기 접촉단계로 전달함으로써 유도되는 제 1 풍부한 수계 흡수매체 부분 및 제 2 풍부한 수계 흡수매체 부분을 포함하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 유입 가스 흐름으로부터 상기 풍부한 수계 흡수매체, 상기 제 1 풍부한 수계 흡수매체 부분 또는 상기 제 2 풍부한 수계 흡수매체 부분 중 적어도 하나로 열이 전이되는 방법.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 오버헤드 가스 흐름으로부터 상기 풍부한 수계 흡수매체, 상기 제 1 풍부한 수계 흡수매체 부분 또는 상기 제 2 풍부한 수계 흡수매체 부분 중 적어도 하나로 열이 전이되는 방법.
  17. 제 14 항 내지 제 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탈착단계에 열을 제공하고 스팀 응축을 형성하기 위하여 스팀을 도입하는 단계 및 순간적 증발된 스팀을 형성하기 위하여 상기 스팀 응축을 순간적 증발을 시키는 단계를 더 포함하고,
    여기서 순간 증발된 스팀으로부터 상기 풍부한 수계 흡수매체, 상기 제 1 풍부한 수계 흡수매체 부분 또는 상기 제 2 풍부한 수계 흡수매체 부분 중 적어도 하나로 열이 전이되는 방법.
  18. 제 14 항 내지 제 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재생된 수계 흡수매체로부터 상기 풍부한 수계 흡수매체, 상기 제 1 풍부한 수계 흡수매체 부분 또는 상기 제 2 풍부한 수계 흡수매체 부분 중 적어도 하나로 열이 전이되는 방법.
  19. 제 1 항에 있어서,
    제 2 응축 흐름을 회수하기 위하여 린 처리된 가스 흐름의 적어도 일 부분을 처리하는 단계를 더 포함하고,
    여기서 상기 가열된 흐름은 혼합된 응축 흐름을 형성하도록 제 1 혼합된 응축 흐름의 적어도 일 부분과 제 2 응축 흐름의 적어도 일 부분을 혼합하고, 그 결과 상기 제 1 혼합된 응축 흐름 부분과 상기 제 2 혼합된 응축 흐름 부분을 형성하기 위하여 상기 혼합된 응축 흐름을 분리시킴으로써 유도되는 제 1 혼합된 응축 흐름 부분과 제 2 혼합된 응축 흐름 부분을 포함하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 유입 가스 흐름으로부터 상기 혼합된 응축 흐름, 상기 제 1 혼합된 응축 흐름 부분 또는 상기 제 2 혼합된 응축 흐름 부분 중 적어도 하나로 열이 전이되는 방법.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 오버헤드 가스 흐름으로부터 상기 혼합된 응축 흐름, 상기 제 1 혼합된 응축 흐름 부분 또는 상기 제 2 혼합된 응축 흐름 부분 중 적어도 하나로 열이 전이되는 방법.
  22. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탈착단계를 위한 열을 제공하고 스팀 응축을 형성하도록 스팀을 도입하는 단계 및 순간 증발 스팀이 형성되도록 상기 스팀 응축을 순간 증발시키는 단계를 더 포함하고,
    여기서 상기 순간 증발된 스팀으로부터 상기 혼합된 응축 흐름, 상기 제 1 혼합된 응축 흐름 부분 또는 상기 제 2 혼합된 응축 흐름 부분 중 적어도 하나로 열이 전이되는 방법.
  23. 제 19 항 내지 제 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재생된 수계 흡수매체로부터 상기 혼합된 응축 흐름, 상기 제 1 혼합된 응축 흐름 부분 또는 상기 제 2 혼합된 응축 흐름 부분 중 적어도 하나로 열이 전이되는 방법.
  24. 제 1 항 내지 제 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재생된 수계 흡수매체를 상기 접촉단계로 다시 재순환시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  25. 제 1 항 내지 제 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유입 가스 흐름은 연소배기가스인 방법.
  26. 제 1 항 내지 제 25 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 성분은 이산화탄소인 방법.
  27. 제 1 항 내지 제 26 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 린 수계 흡수매체는 모노에탄올아민, 메틸디에탄올아민 및 적합한 용매를 포함하는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    모노에탄올아민과 메틸디에탄올아민의 몰비율(molar ratio)은 약 1.5:1 내지 약 4:1이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도(molarity)는 약 3 moles/liter 내지 약 9 moles/liter인 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    모노에탄올아민과 메틸디에탄올아민의 몰비율(molar ratio)은 약 2.5:1이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도(molarity)는 약 7 moles/liter인 방법.
  30. 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 제거하기 위한, 모노에탄올아민, 메틸디에탄올아민 및 적합한 용매를 포함하고 모노에탄올아민과 메틸디에탄올아민의 몰비율은 약 1.5:1 내지 약 4:1이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도는 약 3 moles/liter 내지 약 9 moles/liter인 수계 흡수매체.
  31. 제 30 항에 있어서,
    모노에탄올아민과 메틸디에탄올아민의 몰비율은 약 2.5:1이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도는 약 7 moles/liter인 수계 흡수매체.
  32. a) 모노에탄올아민을 제공하는 단계; b) 메틸디에탄올아민을 제공하는 단계; c) 적합한 용매를 제공하는 단계; d) 수계 흡수매체를 형성하기 위하여 상기 모노에탄올아민, 상기 메틸디에탄올아민 및 상기 용매를 혼합하는 단계를 포함하고,
    여기서 모노에탄올아민과 메틸디에탄올아민의 몰비율은 약 1.5:1 내지 약 4:1이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도는 약 3 moles/liter 내지 약 9 moles/liter인 수계 흡수매체의 제조방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    모노에탄올아민과 메틸디에탄올아민의 몰비율은 약 2.5:1이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도는 약 7 moles/liter인 수계 흡수매체의 제조방법.
  34. 유입 가스 흐름을, 모노에탄올아민, 메틸디에탄올아민 및 적합한 용매를 포함하고 모노에탄올아민과 메틸디에탄올아민의 몰비율은 약 1.5:1 내지 약 4:1이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도는 약 3 moles/liter 내지 약 9 moles/liter인 수계 흡수매체와 접촉시키는 단계를 포함하는 유입 가스 흐름으로부터 가스 성분을 제거하는 방법.
  35. 제 33 항에 있어서,
    모노에탄올아민과 메틸디에탄올아민의 몰비율은 약 2.5:1이고 모노에탄올아민 및 메틸디에탄올아민의 총 몰농도는 약 7 moles/liter인 방법.
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