KR20100035335A - 이산화탄소 분리 회수 장치 및 그의 공정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이산화탄소 포화 흡수제에 포함된 용존 산소를 제거하여 흡수제의 열화 현상을 방지할 수 있는 이산화탄소 분리 회수 장치 및 그의 공정 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 이산화탄소 분리 회수 장치는 혼합 가스 및 흡수제가 공급되며, 공급된 흡수제가 상기 혼합 가스 중에 포함된 이산화탄소를 흡수하여 이산화탄소 포화 흡수제를 생성하며, 상기 흡수제와 미반응한 가스 성분을 배출하는 흡수탑과, 상기 이산화탄소 포화 흡수제에 포함된 용존 산소를 제거하는 탈기막과, 상기 용존 산소가 제거된 이산화탄소 포화 흡수제를 이산화탄소 및 흡수제로 분리하여 상기 흡수제를 재생시키는 탈거탑을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이산화탄소 분리 회수 장치, 탈기막, 용존 산소
Description
본 발명은 이산화탄소 포화 흡수제에 포함된 용존 산소를 제거하여 흡수제의 열화 현상을 방지할 수 있는 이산화탄소 분리 회수 장치 및 그의 공정 방법에 관한 것이다.
요즘 산업의 발달과 함께 이산화탄소의 대기 중에 농도 증가로 인한 지구온난화문제가 대두되었는데, 대기 중 이산화탄소 농도가 증가하는 원인 중 가장 큰 원인은 에너지 산업에서 사용되는 석탄, 석유, 액화천연가스 등의 화석연료의 사용이다.
산업화가 시작된 19세기 초반부터 대기 중에 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 황화수소(H2S), 황화카르보닐(COS) 등의 산성 가스 농도가 증가하면서, 20세기 중반 이후 급속하게 증가되었다. 이러한 산성 가스의 증가로 인한 지구 온난화 현상이 가속화되면서 배출 및 처리에 대한 규제가 엄격해지고 있다. 1992년 6월 브라질 리우에서 열린 환경과 개발에 관한 UN 회의를 통하여 지구온난화에 대한 국제적 관 심이 점차 높아지고 있으며, 미국과 일본을 포함한 선진국들을 2010년 지구온실가스 배출량을 1990년 대비 5.2% 감축하기로 합의하는 등 산성 가스 저감 방안에 대한 국제적 합의가 이루어지고 있다. 특히, 지구온난화현상을 야기하는 산성가스 중 50% 정도를 차지하는 이산화탄소의 분리는 더욱 중요한 문제로 대두되었다.
이산화탄소 배출량을 억제하기 위한 기술로는 배출감소를 위한 에너지절약기술, 배출되는 이산화탄소의 분리회수기술, 이산화탄소를 이용하거나 고정화시키는 기술, 이산화탄소를 배출하지 않는 신재생 에너지기술 등이 있다. 지금까지 연구된 이산화탄소 분리기술로는 흡수법, 흡착법, 막분리법, 심냉법 등이 현실성 있는 대안으로 제시되고 있다.
여기서, 흡수법은 대용량의 가스를 처리하는데 용이하며, 저 농도의 가스분리에 적합하기 때문에 대부분의 산업체 및 발전소에서 적용이 용이하여 에이비비 러머스 크레스트(ABB Lummus Crest) 사에서 제조한 모노에탄올아민(MEA, Monoethanolamine)을 흡습제로서 사용하는 공정이 트로나(Trona, CA, USA) 및 쉐디 포인트(Shady Point, Oklahoma, USA)에서 운전되고 있다. 이와 함께 흡수제로 모노에탄올아민을 사용하는 공정의 문제점인 에너지 과다 사용 및 부식문제의 해결을 위하여 새로운 흡수제에 대한 연구도 많이 진행 중에 있는데 디에탄올아민(diethanolamine : DEA), 트리에탄올아민(triethanolamine : TEA), N-메틸디에탄올아민(N-methyldiethanolamine : MDEA) 및 알칸올아민 계열 흡수제로서 입체장애 아민에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
특히 입체 장애 아민은 흡수용량 및 산성가스의 선택도가 매우 높고, 재생에 필요한 에너지가 적다는 장점을 갖고 있는데 2-아미노-2-메틸-1-프로판올(2-amino-2-methyl-1-propanol : AMP), 2-피페리딘에탄올(2-piperidineethanol : PE) 등에 관한 연구가 주를 이루고 있다. 아민계 흡수제를 이용한 공정과 함께 재생온도를 크게 낮출 수 있는 암모니아수를 활용한 공정도 최근 많이 연구가 되고 있는데 암모니아 가스의 유출에 따른 2차 오염 문제 및 염 석출 문제를 해결하기 위한 연구가 진행 중에 있다.
이러한 습식 흡수제를 이용한 분리 공정에서 가장 중요한 설계 인자로는 흡수제의 이산화탄소 제거 효율 및 속도를 들 수 있으나 이에 못지 않게 흡수제의 장치 부식도 및 흡수제의 열화에 대한 안정성도 중요한 설계 변수로서 흡수제 선정 시 반드시 고려되어야 할 대상이다.
즉, 흡수제의 열화는 주로 배가스 내에 포함된 과잉 산소(O2)가 수용액 중에 용존하여 흡수제와 반응함으로써 발생하는 흡수제의 산화성 열화(oxidative degradation) 현상이다. 아민계 흡수제의 경우 용존 산소와의 반응에 의한 열화 생성 메커니즘은 아래의 [화학식 1]과 같다.
흡수제 수용액에 녹아 있는 Fe+3 이온이 촉매 반응을 일으켜 이민 라디칼(Imine Radical)을 생성하고 이민 라디칼은 물속에 녹아 있는 산소와 반응하여 페록사이드 라디칼(Peroxide Radical)을 형성하는데 이것은 다시 이민(Imine)과 과산화수소(H2O2)를 생성하게 된다. 열화에 의해 생성된 열화물은 황화수소(H2S)나 이산화탄소보다 부식성이 강하여 공정의 부식 속도를 증가시키고 열적으로 안정하므로 흡수제의 재생을 어렵게 만들어 전체 공정의 효율을 저하시키는 주요 원인으로 지목되고 있다.
또한, 흡수제의 열화 문제 및 이로 인한 부식 문제로 인해 흡수제의 사용 한계 농도가 1~20 부피분율으로 제한되어 이산화탄소 대량 처리가 불가능하게 된다.
한편, 석탄화력 발전소 등과 같은 대용량 이산화탄소(CO2) 고정배출원에서 흡수제의 열화를 유발시키는 인자로는 이산화황(SO2), 질소산화물(NOx) 그리고 과잉산소(O2) 등이 있다. 이산화황(SO2)과 질소산화물(NOx)의 경우에는 탈황/탈질 설비가 구축되어 운전 중이기 때문에 이들 성분으로 인한 흡수제의 열화는 우려할 만한 수준은 아니다. 따라서, 이산화탄소 분리공정에서 흡수탑으로 유입되는 가스 중 열화를 유발하는 성분은 과잉 산소(O2)로 한정할 수 있고, 이 과잉 산소가 흡수제에 녹아 용존 산소로 됨으로써 흡수제에 녹아 있는 용존 산소를 제거하는 것은 전체 이산화탄소 분리 공정의 흡수제 열화 방지 및 경제성 확보에 매우 중요한 사항이라고 볼 수 있다.
이러한 습식 이산화탄소 회수 분리 공정에서 발생되는 열화 현상을 막기 위하여 많은 연구가 진행 중에 있는데 주로 열화 방지제 (에틸렌디아민테트라아세틱산, Ethylendiaminetetraacetic acid 등) 및 기타 첨가제의 사용을 반드시 수반한다. 그러나 열화 방지를 위해 투입되는 첨가제는 전체 흡수 공정에서 추가의 운전비용을 야기하고 부반응을 유도할 수 있기 때문에 용존 산소를 제거하는 방법이 필요하다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 이산화탄소 포화 흡수제에 포함된 용존 산소를 제거하여 흡수제의 열화 현상을 방지할 수 있는 이산화탄소 분리 회수 장치 및 그의 공정 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이산화탄소 분리 회수 장치는 혼합 가스 및 흡수제가 공급되며, 공급된 흡수제가 상기 혼합 가스 중에 포함된 이산화탄소를 흡수하여 이산화탄소 포화 흡수제를 생성하며, 상기 흡수제와 미반응한 가스 성분을 배출하는 흡수탑과, 상기 이산화탄소 포화 흡수제에 포함된 용존 산소를 제거하는 탈기막과, 상기 용존 산소가 제거된 이산화탄소 포화 흡수제를 이산화탄소 및 흡수제로 분리하여 상기 흡수제를 재생시키는 탈거탑을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 탈기막은 탈기막 외측의 진공도가 300~750torr의 범위를 가지는 저 진공에서 운전되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탈기막은 중공사막 형태로 내부에서 액체 상태의 이산화탄소 포화 흡수제가 통과하고 막의 외측에서 진공을 걸게 되면 흡수제에 용해된 산소가 막의 외부로 빠져나와 제거되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 탈기막은 이산화탄소 포화 흡수제에 포함된 용존 산소를 50~90% 범위 내에서 제거할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡수제는 아민계, 아미노산염, 무기염계 용액, 암모니아수 중 어느 하나만 사용하거나 상기 아민계, 아미노산염, 무기염계 용액, 암모니아수 중 어느 하나 이상으로 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 탈거탑으로 용존 산소가 제거된 이산화탄소 포화 흡수제가 공급되기 전에 이산화탄소 포화 흡수제를 예열시키기 위한 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 탈거탑은 상기 용존 산소가 제거된 이산화탄소 포화 흡수제를 스팀 또는 열 에너지에 의하여 흡수제와 화학적으로 결합한 이산화탄소를 분리하여 상기 흡수제를 재생시키는 리보일러를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡수탑은 25~60℃의 온도로 운전되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 흡수제는 1~50 부피 분율 범위의 수용액인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이산화탄소 분리 회수 장치의 공정 방법은 흡수탑으로 공급된 혼합 가스 및 흡수제가 향류 접촉하여, 상기 혼합 가스 중 이산화탄소와 흡수제가 반응하여 이산화탄소 포화 흡수제를 생성하는 단계와, 상기 이산화탄소 포화 흡수제에 포함된 용존 산소를 탈기막을 통해 제거하는 단계와, 상기 이산화탄소 포화 흡수제를 탈거탑을 통해 이산화탄소 및 흡수제로 분리하며, 분리된 흡수제를 재생하여 상기 흡수탑으로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 탈기막은 중공사막 형태로 내부에서 액체 상태의 이산화탄소 포화 흡수제가 통과하고 막의 외측에서 진공을 걸게 되면 흡수제에 용해된 산소가 막의 외부로 빠져나와 제거되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탈기막은 이산화탄소 포화 흡수제에 포함된 용존 산소를 50~90% 범위 내에서 제거할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이산화탄소 분리 회수 장치 및 그의 공정 방법은 탈기막을 통해 이산화탄소 포화 흡수제 중에 포함된 용존 산소를 제거한다. 이에 따라, 용존 산소가 제거됨으로써 산화 작용이 방지되며, 산화 작용으로 인해 발생되었던 열화문제를 해결할 수 있다. 이와 같이 열화 문제를 해결함으로써 공정의 안정적인 장기 운영을 가능하게 한다.
또한, 흡수제의 열화 문제 및 이로 인한 부식 문제로 인해 흡수제의 사용 한계 농도가 제한되었으나, 흡수제의 열화 문제를 해결함으로써 흡수제의 농도 조절을 할 수 있다. 이에 따라, 이산화탄소의 대량 처리가 가능하게 됨으로써 공정의 효율성 및 경제성을 크게 향상시킬 수 있다.
그리고, 용존 산소를 제거하여 흡수제의 재생을 용이하게 함으로써 전체 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 1 및 도 2를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 혼합 가스 및 흡수제가 공급되며, 공급된 흡수제가 혼합 가스 중에 포함된 이산화탄소를 흡수하여 이산화탄소 포화 흡수제를 생성하는 흡수탑(20)과, 이산화탄소 포화 흡수제에 포함된 용존 산소를 제거하는 탈기막(40)과, 이산화탄소 포화 흡수제를 이산화탄소와 흡수제로 분리하는 탈거탑(50)과, 제1 내지 제4 이송 펌프(30,32,34,35)와, 제1 내지 제3 열교환기(60,62,64)를 포함한다.
흡수탑(20)은 혼합 가스 및 흡수제가 공급되며, 공급된 흡수제가 혼합 가스 중에 포함된 이산화탄소(CO2)를 흡수하여 이산화탄소 포화 흡수제를 생성하며, 흡수제와 반응하지 않은 혼합 가스를 배출한다. 여기서, 흡수제는 습식 이산화탄소 분리 공정에 적용 가능한 흡수제로 사용하며, 예로 들어 아민계, 아미노산염, 무기 염계 용액, 암모니아수 등의 단독 혹은 혼합하여 사용할 수 있다. 이때, 흡수제는 1~50 부피 분율 범위의 수용액으로 이용된다.
구체적으로, 흡수탑으로 공급된 혼합 가스 및 흡수제가 향류 접촉된다. 다시 말하여, 흡수탑으로 공급된 흡수제는 혼합 가스 중에 포함된 이산화탄소를 흡수하여 이산화탄소 포화 흡수제로 되며, 포화 흡수제는 탈기막으로 공급된다. 그리고, 혼합 가스 중 질소(N2), 산소(O2) 등과 같이 흡수제와 미반응한 가스 성분은 흡수탑으로부터 배출된다.
이를 위해, 흡수탑(20)은 상단에 흡수제를 공급받을 수 있도록 제1 흡수탑 공급 라인(22)과 연결되며, 하단에 혼합 가스를 공급받을 수 있도록 제2 흡수탑 공급 라인(24)과 연결되며, 흡수탑(20)으로부터 생성된 이산화탄소 포화 흡수제를 탈기막(40)으로 공급할 수 있도록 제3 흡수탑 공급 라인(25)과 연결되며, 흡수탑(20) 으로부터 흡수제와 미반응한 가스 성분이 배출될 수 있도록 제4 흡수탑 공급 라인(26)과 연결되며, 탈거탑(50)으로부터 재생된 흡수제를 공급받을 수 있도록 제5 흡수탑 공급 라인(28)과 연결된다.
즉, 흡수탑(20)은 펌프(미도시)를 이용하여 제1 흡수탑 공급 라인(22)을 통해 흡수제를 공급받으며, 제2 흡수탑 공급 라인(24)을 통해 혼합 가스를 공급받으며, 제3 흡수탑 공급 라인(25)을 통해 탈기막(40)으로 이산화탄소 포화 흡수제를 공급하며, 제4 흡수탑 공급 라인(26)을 통해 흡수제와 미반응한 가스 성분이 배출되며, 제5 흡수탑 공급 라인(28)을 통해 탈거탑(50)으로부터 재생된 흡수제를 공급받는다.
그리고, 흡수탑(20)에는 액체 상태인 흡수제와 기체 상태인 혼합가스와의 접촉 효율을 증대시키기 위해 충진물을 사용한다. 이때, 흡수탑(20)의 운전 온도는 흡수제의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 예로 들어 25~60℃의 범위에서 운전되도록 한다.
제1 이송 펌프(30)는 흡수탑(20)과 탈기막(40) 사이에 형성되며, 흡수탑(20)으로부터 생성된 이산화탄소 포화 흡수제를 탈기막(40)으로 이송한다.
탈기막(40)은 흡수탑(20)으로부터 공급된 이산화탄소 포화 흡수제에 포함된 용존 산소를 제거한다. 다시 말하여, 탈기막(40)은 중공사막 형태로 즉, 내부로 액체 상태의 이산화탄소 포화 흡수제가 통과하고 막의 외측에서 진공을 걸어 흡수제에 용해된 산소와 일부의 가스 성분이 막의 외부로 빠져나와 제거되는 구조이다.
이와 같이, 탈기막(40)으로부터 배출되는 용존 산소 및 일부의 가스 성분은 제3 이송 펌프(35)를 통해 흡수탑(20)으로부터 배출되는 가스 성분와 동시에 배출된다.
탈기막(40)은 막의 성능 및 구성에 따라 달라질 수 있으며, 막의 성능 및 구성에 따라 50%~90% 이상의 용존 산소 제거가 가능하다. 탈기막(40)은 예로 들어 40~60℃ 정도의 온도에서 운전이 가능하므로 추가의 열 에너지 공급 없이 흡수탑(20)에서 흡수제와 이산화탄소의 흡수반응(발열반응)을 통해 이송되는 이산화탄소 포화 흡수제를 그대로 통과시켜 사용이 가능하다.
한편, 이산화탄소 포화 흡수제 내의 이산화탄소는 흡수제와 화학적으로 강하게 결합되어 있기 때문에 탈기가 쉽게 일어나지 않게 된다. 이에 따라, 용존 산소가 제거된 이산화탄소 포화 흡수제는 흡수제와 결합되어 있는 이산화탄소의 제거를 위해 제2 이송 펌프(32)를 통해 탈거탑(50)으로 공급된다.
제2 이송 펌프(32)는 탈기막(40)과 탈거탑(50) 사이에 형성되며, 탈기막(40)으로부터 용존 산소가 제거된 이산화탄소 포화 흡수제를 탈거탑(50)으로 이송한다.
제3 이송 펌프(35)는 탈기막(40)과 제4 흡수탑 공급 라인(26) 사이에 형성되며, 탈기막(40)으로부터 배출된 용존 산소 및 일부 가스 성분을 제4 흡수탑 공급 라인(26)으로 이송한다.
탈거탑(50)은 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소 및 흡수제가 열 에너지에 의해 분리되어 고순도의 이산화탄소가 생성됨과 동시에 흡수제가 다시 재생되어 흡수탑(20)으로 공급된다.
구체적으로, 용존 산소와 일부의 가스 성분이 제거된 이산화탄소 포화 흡수 제는 제1 열교환기(60)를 통해 예열 된 후 탈거탑(50)으로 공급된다. 여기서, 탈거탑(50)으로 용존 산소와 일부의 가스 성분이 제거된 이산화탄소 포화 흡수제를 공급하기 전에 필터를 거쳐 부유입자 및 이물질을 제거한 후 탈거 공정으로 투입시킨다.
탈거탑(50)은 탈거탑(50)으로 공급된 이산화탄소 포화 흡수제가 탈거탑(50)의 하부로 이동하며, 탈거탑(50)의 하부의 리보일러(Reboiler)(52)에서 발생되는 스팀 또는 열 에너지에 의하여 이산화탄소가 탈거되고 흡수제는 재생된다. 리보일러(52)로부터 공급되는 재생된 흡수제는 제2 열교환기(62)를 통해 예열된 후 흡수제 순환 펌프를 통해 흡수탑(20)으로 공급된다. 탈거탑(20)의 운전 온도는 흡수제의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 예로 들어 80~140℃의 범위에서 운전될 수 있다. 또한, 탈거탑(50)의 상부로는 물(H2O) 성분을 포함한 탈거된 이산화탄소가 냉각기(70)로 공급된다.
이를 위해, 탈거탑(50)은 탈기막(40)으로부터 상단에 용존 산소가 제거된 이산화탄소 포화 흡수제를 공급받을 수 있도록 제1 탈거탑 공급 라인(56)과 연결되며, 물 성분을 포함한 탈거된 이산화탄소를 배출될 수 있도록 제2 탈거탑 공급 라인(54)과 연결되며, 재생된 흡수제를 흡수탑(20)으로 공급할 수 있도록 제3 탈거탑 공급 라인(58)과 연결된다.
즉, 탈거탑(50)은 제2 이송 펌프(32)를 이용하여 제1 탈거탑 공급 라인(56)을 통해 용존 산소가 제거된 이산화탄소 포화 흡수제를 공급받으며, 제2 탈거탑 공 급 라인(54)을 통해 물 성분을 포함한 탈거된 이산화탄소를 냉각기(70)로 배출하며, 제3 탈거탑 공급 라인(58)을 통해 재생된 흡수제를 흡수탑(20)으로 공급한다.
냉각기(70)는 탈거탑(50)으로부터 물 성분을 포함한 탈거된 이산화탄소를 공급받으며, 여기에서 대부분의 증기를 냉각시켜 기체/액체 2상의 유체가 생성된 후 리플럭스 드럼(72)으로 공급된다.
리플럭스 드럼(72)에서는 이산화탄소와 응축수로 상분리되며, 이산화탄소는 이산화탄소 회수 및 처리 공정으로 이송되어 용도에 따라 저장 또는 다른 유용한 고부가 화학 물질로 전환이 가능하다. 응축수는 리플럭스 드럼(72)을 통하여 다시 탈거탑(50) 상부로 이송되어 탈거탑(50) 상부로 상승하는 기체에 존재하는 부유물을 세정하는 역할을 한다.
제4 이송 펌프(34)는 리보일러(52)와 흡수탑(20) 사이에 형성되며, 리보일러(52)로부터 생성된 흡수제를 흡수탑(20)으로 이송한다.
도 2는 본 발명에 따른 이산화탄소 분리 회수 방법을 도시한 흐름도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 이산화탄소 분리 회수 방법은 흡수탑으로 공급된 혼합 가스 및 흡수제가 향류 접촉하며, 혼합 가스 중 이산화탄소와 흡수제가 반응하여 이산화탄소 포화 흡수제를 생성하는 단계(S12)와, 이산화탄소 포화 흡수제에 포함된 용존 산소를 제거하는 단계(S14)와, 이산화탄소 포화 흡수제를 이산화탄소와 흡수제로 분리하는 단계(S16)와, 재생된 흡수제를 흡수탑으로 공급하는 단계(S18)를 포함한다.
먼저, 흡수탑(20)으로 공급된 혼합 가스 및 흡수제가 향류 접촉하며, 혼합 가스 중 이산화탄소와 흡수제가 반응하여 이산화탄소 포화 흡수제를 생성한다.(S12)
구체적으로, 제1 흡수탑 공급 라인(22)을 통해 흡수탑(20)으로 혼합 가스가 공급되며, 제2 흡수탑 공급 라인(24)을 통해 흡수탑(20)으로 흡수제가 공급된다. 흡수탑(20)으로 공급된 흡수제가 혼합 가스 중 이산화탄소를 흡수하여 이산화탄소 포화 흡수제가 되며, 이산화탄소 포화 흡수제는 제1 이송 펌프(30)를 통해 탈기막(40)으로 공급된다. 또한, 혼합 가스 중 흡수제와 반응하지 않은 질소(N2), 산소(O2) 등의 미반응 가스 성분은 제4 흡수탑 공급 라인(26)을 통해 배출된다.
다음으로, 탈기막(40)으로 공급된 이산화탄소 포화 흡수제에 포함된 용존 산소를 제거한다.(S14)
구체적으로, 흡수탑(20)으로부터 공급된 이산화탄소 포화 흡수제는 흡수제 수용액 중 존재하는 용존 산소를 제거하기 위해 탈기막(40)으로 공급된다. 탈기막(40)은 중공사막 형태로 내부로는 액체 상태의 이산화탄소 포화 흡수제가 통과하고 막의 외측에서 진공을 걸게 되면 흡수제에 용해된 산소와 일부 가스 성분이 막의 외부로 빠져나와 제거되는 구조를 가지고 있다. 탈기막(40)에서는 막의 성능 및 구성에 따라 달라질 수 있으며, 막의 성능 및 구성에 따라 50~90%의 용존 산소를 제거할 수 있다. 이와 같이, 탈기막(40)으로부터 이산화탄소 포화 흡수제에 포함된 용존 산소를 제거한 후 탈거탑(50)으로 공급된다.
이후, 용존 산소가 제거된 이산화탄소 포화 흡수제를 이산화탄소와 흡수제 각각으로 분리한다.(S16)
다시 말하여, 탈기막(40)으로부터 용존 산소가 제거된 이산화탄소 포화 흡수제를 제1 탈거탑 공급 라인(56)을 통해 탈거탑(50)으로 공급되며, 탈거탑(50)에서는 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소와 흡수제가 열 에너지에 의해 분리되어 고 순도의 이산화탄소가 생성됨과 동시에 흡수제는 재생된다.
구체적으로, 탈기막(40)을 통해 용존 산소가 제거된 이산화탄소 포화 흡수제는 제1 열교환기(60)를 통해 예열된 후 제1 탈거탑 공급 라인(56)으로 공급되며, 탈거탑(50) 상부로 공급되기 전에 필터를 통해 부유 입자 및 이물질을 제거한다. 이와 같이 제1 탈거탑 공급 라인(56)을 통해 공급된 이산화탄소 포화 흡수제는 탈거탑(50) 하부로 이동하게 된다. 하부로 이동된 이산화탄소 포화 흡수제는 탈거탑(50) 하부의 리보일러(52)에서 발생되는 스팀 또는 열 에너지에 의하여 이산화탄소가 탈거되고 흡수제는 재생되어 제3 탈거탑 공급 라인(58)으로 배출된다. 또한, 탈거탑(50) 상부로는 물 성분을 포함한 탈거된 이산화탄소가 제2 탈거탑 공급 라인(54)을 통해 냉각기(70)로 공급된다.
다음으로, 리보일러(52)로부터 재생된 흡수제는 제2 열교환기(62)를 통해 흡수탑(20) 상부로 공급된다.(S18)
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음이 자명하다.
도 1은 본 발명에 따른 이산화탄소 분리 회수 장치에 대한 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이산화탄소 분리 회수 방법을 도시한 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
20 : 흡수탑 22 : 제1 흡수탑 공급 라인
24 : 제2 흡수탑 공급 라인 25 : 제3 흡수탑 공급 라인
26 : 제4 흡수탑 공급 라인 28 : 제5 흡수탑 공급 라인
40 : 탈기막 50 : 탈거탑
52 : 리보일러 54 : 제2 탈거탑 공급 라인
56 : 제1 탈거탑 공급 라인 58 : 제3 탈거탑 공급 라인
70 : 냉각기 72 : 리플럭스 드럼
Claims (12)
- 혼합 가스 및 흡수제가 공급되며, 공급된 흡수제가 상기 혼합 가스 중에 포함된 이산화탄소를 흡수하여 이산화탄소 포화 흡수제를 생성하며, 상기 흡수제와 미반응한 가스 성분을 배출하는 흡수탑과;상기 이산화탄소 포화 흡수제에 포함된 용존 산소를 제거하는 탈기막과;상기 용존 산소가 제거된 이산화탄소 포화 흡수제를 이산화탄소 및 흡수제로 분리하여 상기 흡수제를 재생시키는 탈거탑을 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리 회수 장치.
- 제1항에 있어서,상기 탈기막은 탈기막 외측의 진공도가 300~750torr의 범위를 가지는 저 진공에서 운전되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리 회수 장치.
- 제2항에 있어서,상기 탈기막은 중공사막 형태로 내부에서 액체 상태의 이산화탄소 포화 흡수제가 통과하고 막의 외측에서 진공을 걸게 되면 흡수제에 용해된 산소가 막의 외부로 빠져나와 제거되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리 회수 장치.
- 제3항에 있어서,상기 탈기막은 이산화탄소 포화 흡수제에 포함된 용존 산소를 50~90% 범위 내에서 제거할 수 있는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리 회수 장치.
- 제1항에 있어서,상기 흡수제는 아민계, 아미노산염, 무기염계 용액, 암모니아수 중 어느 하나만 사용하거나 상기 아민계, 아미노산염, 무기염계 용액, 암모니아수 중 어느 하나 이상으로 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리 회수 장치.
- 제1항에 있어서,상기 탈거탑으로 용존 산소가 제거된 이산화탄소 포화 흡수제가 공급되기 전에 이산화탄소 포화 흡수제를 예열시키기 위한 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리 회수 장치.
- 제1항에 있어서,상기 탈거탑은 상기 용존 산소가 제거된 이산화탄소 포화 흡수제를 스팀 또는 열 에너지에 의하여 흡수제와 화학적으로 결합한 이산화탄소를 분리하여 상기 흡수제를 재생시키는 리보일러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리 회수 장치.
- 제1항에 있어서,상기 흡수탑은 25~60℃의 온도로 운전되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리 회수 장치.
- 제1항에 있어서,상기 흡수제는 1~50 부피 분율 범위의 수용액인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리 회수 장치.
- 흡수탑으로 공급된 혼합 가스 및 흡수제가 향류 접촉하여, 상기 혼합 가스 중 이산화탄소와 흡수제가 반응하여 이산화탄소 포화 흡수제를 생성하는 단계와;상기 이산화탄소 포화 흡수제에 포함된 용존 산소를 탈기막을 통해 제거하는 단계와;상기 이산화탄소 포화 흡수제를 탈거탑을 통해 이산화탄소 및 흡수제로 분리하며, 분리된 흡수제를 재생하여 상기 흡수탑으로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리 회수 장치의 공정 방법.
- 제10항에 있어서,상기 탈기막은 중공사막 형태로 내부에서 액체 상태의 이산화탄소 포화 흡수제가 통과하고 막의 외측에서 진공을 걸게 되면 흡수제에 용해된 산소가 막의 외부로 빠져나와 제거되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리 회수 장치의 공정 방법.
- 제10항에 있어서,상기 탈기막은 이산화탄소 포화 흡수제에 포함된 용존 산소를 50~90% 범위 내에서 제거할 수 있는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리 회수 장치의 공정 방법.
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