KR20100135009A - 연소배가스에서 온도변동 흡착공정을 이용한 이산화탄소를 회수 장치 및 그 운전방법 - Google Patents

연소배가스에서 온도변동 흡착공정을 이용한 이산화탄소를 회수 장치 및 그 운전방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20100135009A
KR20100135009A KR1020090053423A KR20090053423A KR20100135009A KR 20100135009 A KR20100135009 A KR 20100135009A KR 1020090053423 A KR1020090053423 A KR 1020090053423A KR 20090053423 A KR20090053423 A KR 20090053423A KR 20100135009 A KR20100135009 A KR 20100135009A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
adsorption
carbon dioxide
adsorption tower
gas
cooling
Prior art date
Application number
KR1020090053423A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101146710B1 (ko
Inventor
박종호
조순행
한상섭
유윤종
김홍수
김종남
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020090053423A priority Critical patent/KR101146710B1/ko
Publication of KR20100135009A publication Critical patent/KR20100135009A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101146710B1 publication Critical patent/KR101146710B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/62—Carbon oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

본 발명은 온도변동 흡착공정에 의해서 연소배가스로부터 이산화탄소를 농축 회수하는 장치 및 방법에 대한 것이다. 본 발명은 이산화탄소 선택성 흡착제가 충진된 흡착탑에서 흡착-가열탈착-세정-냉각의 공정으로 이루어진 한 주기 운전을 수행함으로써 흡착-가열탈착-냉각단계로 운전이 되는 기존의 온도변동흡착공정에 비해 높은 흡착제 활용과 이산화탄소 제거율을 제공한다. 또한 가열탈착 및 냉각 공정은 탑 내의 가스를 연속적으로 재순환하여 운전함으로써 충분한 가열 및 냉각이 이루어지게 하는 것을 특징으로 한다.
이산화탄소 (Carbon dioxide), 온도변동흡착공정(Temperature swing adsorption), 연소배가스 (Combustion flue gas)

Description

연소배가스에서 온도변동 흡착공정을 이용한 이산화탄소를 회수 장치 및 그 운전방법{Apparatus and method for recovering carbon dioxide from flue gas using temperature swing adsorption}
본 발명은 온도변동 흡착공정에 의해서 연소배가스로부터 이산화탄소를 농축 회수하는 장치 및 방법에 대한 것이다. 본 발명은 이산화탄소 선택성 흡착제가 충진된 흡착탑에서 흡착-가열탈착-세정-냉각의 공정으로 이루어진 한 주기 운전을 수행함으로써 흡착-가열탈착-냉각단계로 운전이 되는 기존의 온도변동흡착공정에 비해 높은 흡착제 활용과 이산화탄소 제거율로 이산화탄소를 농축 회수하는 장치 및 방법에 대한 것이다.
본 발명은 화석연료의 연소 시 배출되는 연소배가스로부터 이산화탄소를 고순도, 저에너지 비용으로 분리회수하기 위해 연소배가스의 배열 혹은 타 열원을 이용하여 온도 변동 흡착공정으로 이산화탄소를 농축하기 위한 장치 및 그 운전방법에 대한 것이다.
기존의 이산화탄소 흡착분리공정은 일반적으로 2-4개의 흡착탑으로 구성된 1단식 흡착분리장치 (일본 특허 평 3-229611), 6-8개의 흡착탑으로 구성된 2단식 흡착분리장치 (일본특허 평 5-228326)가 있다. 흡착제로는 활성탄 또는 합성제올라이트 등이 사용된다.
일본 특허 평 3-229611은 건조된 연소배가스를 3탑으로 이루어진 1단 흡착탑에서 고농도의 이산화탄소를 회수하는 방법을 제시하였으며 연소배가스와 열교환을 통하여 가열된 제품 이산화탄소로 흡착탑을 세정하는 단계를 도입함으로써 공정의 회수율을 높일 수 있다고 하였다.
보일러 배가스의 이산화탄소의 농도가 10-15%정도 되는 연소배가스에서 1단만으로는 고농도의 이산화탄소를 얻고자 하면 공정의 회수율이 그리 높지 않은데 이를 극복하기 위하여 일본특허 평 5-228326등에서는 2단으로 구성된 흡착 분리장치를 이용한다. 일본특허 평 5-228326에 의하면 2탑으로 구성된 1단 흡착탑에서 흡착-감압 탈착-저압세정-승압의 구성으로 이산화탄소의 농도를 40-50%로 농축한 다음 이를 다시 4탑으로 구성된 2단 흡착탑에서 흡착-제품 이산화탄소를 이용한 병류세정-감압 탈착-향류 승압의 공정으로 고농도의 이산화탄소를 생산한다. 특히 공정의 회수율을 높이기 위하여 2단 흡착탑의 흡착 시 배출되는 가스는 연소배가스와 혼합하여 1단 흡착탑에 재순환하고 병류 세정 단계에서 배출되는 배가스는 2단 흡착탑으로 재순환한다.
일본 특허 평 8-131767은 일본 특허 평 5-228326을 개선하여 전처리 공정 2탑과 1단 흡착탑 3탑 그리고 2단 흡착탑 3탑으로 구성된 공정을 제시하였다. 일본특허 평 9-187622는 일본 특허 평 8-131767과 거의 같은 구성으로 이루어진 공정에 1단 흡착탑의 저압 세정에 사용될 건조 공기를 생산할 수 있는 소규모 흡착탑 (알 루미나로 충전) 2기를 추가하고 이산화탄소의 농도가 낮은 건조공기로 저압세정을 함으로써 공정의 회수율을 높일 수 있다고 하였다.
기존 공정들에서는 1단 흡착탑의 저압세정을 위해서 1단 흡착탑의 흡착과 회수 단계에서 얻어지는 배가스 중 일부를 재순환하여 사용한다. 이럴 경우 도입되는 세정가스는 흡착된 이산화탄소의 탈착을 용이하게 하는 효과도 있지만 탈착되는 가스중의 이산화탄소 농도를 낮추는 반대 급부가 나타난다. 1단에서 부분 농축된 이산화탄소의 농도가 낮으면 2단에서 고농도의 이산화탄소를 얻기 위하여 고농도의 제품 이산화탄소를 일부 재순환하여 병류 세정 단계를 사용하여야 하고 이럴 경우 같은 양의 이산화탄소를 얻기 위하여 큰 규모의 2단 진공펌프가 필요하기 때문에 공정의 전력 소모가 늘어난다.
상기 기술들은 압력변동 흡착공정을 이용한 이산화탄소 회수 공정 기술들에 관한 것인데, 압력변동 흡착공정은 이산화탄소의 회수에 소비되는 에너지가 높아 실제 연소배가스로부터 경제적으로 이산화탄소를 회수하여 최종 폐기하는 목적으로 활용하기가 힘든 상황이다. 연소배가스는 많은 배열을 가지고 있으며 이를 활용하여 이산화탄소를 부분 농축 혹은 고농도로 농축하는 목적으로 사용하면 이산화탄소 회수에 필요한 에너지 소비를 줄일 수 있다.
연소배가스의 활용을 위해서는 온도변동 흡착공정을 활용하여야 하는데, 온도변동 흡착공정을 통한 이산화탄소의 회수에 대한 기술로는 중저온에서 운전하게 되는 순환유동층 기술이 있다. 이 기술은 중저온에서 이산화탄소를 흡수하는 물질을 사용하여 연소배가스 중의 이산화탄소를 흡수하고 흡수된 이산화탄소는 고온의 스팀을 사용하여 재생하는 공정으로 순환유동층 내에서 이루어진다.
본 발명에서처럼 순환유동층이 아닌 고정층 흡착탑 혹은 회전식 흡착탑을 이용하는 온도변동 흡착공정은 일본 특허 출원에 (출원번호 2003-141764) 나타나 있는데, 회전식 흡착탑을 이용하여 흡착존에서 저온에서 이산화탄소를 흡착하고, 흡착이 끝난 다음에는 재생 존으로 흡착제가 도입되어 가열된 가스로 재생을 하게된다. 재생을 위한 가열된 가스는 연속적으로 블로워를 이용하여 탈착되는 가스를 재순환하여 얻어지고 가열된 가스는 흡착단계에서 얻어지는 일부의 고농도 질소가스를 이용하여 수행된다. 이 공정의 문제점은 냉각에 활용되는 가스의 양이 충분하지 않아 가열된 흡착제가 충분히 냉각되지 않는 문제점이 있다.
본 발명에서는 이와 같은 온도변동흡착공정의 문제점을 해결하는데 그 목적이 있다.
연소배가스의 폐열을 이용하는 온도변동 흡착공정(TSA)의 경우 일반적으로 흡착-가열-냉각의 단계로 운전이 되는데, 가열단계에서 이산화탄소가 완전히 탈착되지 않아 흡착제의 사용효율이 저하되는 문제점이 있다. 또한 앞서 살펴본 대로 기존의 특허 출원에서 보이는 것처럼 충분한 냉각이 되지 않으면 흡착제가 충분히 냉각되지 않아 흡착제의 효율이 떨어지는 문제점을 해결하고자 한다.
본 발명에서는 이산화탄소 선택성 흡착제가 충진된 흡착탑에서 흡착-가열탈착-세정-냉각의 공정으로 이루어진 한 주기 운전을 수행함으로써 흡착-가열탈착-냉각단계로 운전이 되는 기존의 온도변동흡착공정에 비해 흡착제 활용도를 높이고 있으며 이산화탄소 제거율을 향상시키고 있다. 또한 본 발명에서는 가열탈착 및 냉각 공정은 탑 내의 가스를 연속적으로 재순환하여 운전함으로써 충분한 가열 및 냉각이 이루어지게 하고 있다.
본 발명에 의하면 흡착-가열 탈착-세정-냉각의 공정구성이 기존의 단순한 흡착-가열 탈착-냉각 스텝을 가지는 온도변동 흡착공정보다 더 많은 양의 이산화탄소를 회수할 수 있어 공정의 성능이 향상된다.
본 발명은 전처리를 통하여 건조된 25℃ 내지 50℃의 연소배가스를 이산화탄소 선택성 흡착제가 충진된 흡착탑으로 1기압 내지 5기압의 압력으로 도입시켜 질소 함유 가스를 배출시키면서 이산화탄소를 흡착시키는 흡착단계, 흡착탑 내의 가스를 연속적으로 재순환시키면서 가열기에 의해서 재순환 가스의 온도를 70℃ 내지 200℃로 상승시켜서 이산화탄소를 탈착시키는 탈착단계, 흡착단계에서 배출된 질소 함유 가스를 사용하여 흡착탑을 세정함으로써 흡착탑에 잔류하는 이산화탄소를 세정 제거하는 세정단계, 및 흡착탑내의 가스를 재순환시키면서 냉각기로 냉각시켜 흡착탑을 냉각시키는 냉각단계를 포함하여, 온도변동 흡착공정에 의해서 이산화탄소를 농축 회수하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 적용되는 흡착제로는 이산화탄소를 선택적으로 흡착할 수 있는 것들이 사용될 수 있으며 그 예로는 제올라이트 A, X, Y, 아민이 부착된 실리카, 알칼리금속 카보네이트가 분산된 이산화탄소 선택성 흡착제등이 적용될 수 있다. 흡착제는 바람직하게는 제올라이트 X, 제올라이트 Y, 또는 아민이 부착된 실리카이다.
본 발명의 방법에 따른 흡착단계에서, 흡착탑에 도입되는 연소배가스의 온도는 25℃ 내지 50℃이며, 이러한 온도 범위는 이산화탄소의 흡착에 적절한 온도이다. 또한, 흡착탑에 도입되는 연소배가스의 압력은 1기압 내지 5기압이며, 이러한 기압 범위가 또한 이산화탄소의 흡착에 적절한 온도이다.
본 발명의 방법에 따른 탈착단계에서, 재순환 가스는 70℃ 내지 200℃의 온도로 가열되는데, 그러한 온도범위가 흡착제에 흡착된 이산화탄소의 제거에 적절한 온도 범위이다. 바람직하게는, 탈착단계에서의 재순환 가스의 온도 범위는 70℃ 내지 150℃이다.
본 발명은 또한 연소배가스로부터 이산화탄소를 농축 회수하는 장치로서, 이산화탄소 선택성 흡착제가 충진되어 있으며 일련의 이산화탄소 흡착탄계, 이산화탄소 탈착단계, 세정단계 및 냉각단계를 서로 상이하게 수행하는 병렬로 연결된 4개의 흡착탑; 연소배가스를 이산화탄소 흡착을 위한 흡착단계의 흡착탑으로 이송하는 연소배가스 유입 배관(2); 흡착단계를 수행하는 흡착탑에서 이산화탄소가 흡착된 다음 배출되는 배출가스를 대기 중으로 방출시키는 방출 배관(7); 흡착단계가 완료된 흡착탑 내에 흡착된 이산화탄소를 가열 탈착시키기 위해서 흡착탑으로부터의 가스를 가열하고 송풍기를 통해서 다시 그 흡착탑으로 재순환시키는 히터; 흡착단계가 완료된 흡착탑 내의 가스를 히터로 이송하고 히터에서 가열된 가스를 그 흡착탑으로 재순환시키면서 가열에 의한 고압을 저하시키기 위해서 일부 고농도 이산화탄소를 저장조로 유출시키는 재순환 가열 배관(6); 탈착단계가 완료된 흡착탑 내의 잔류 이산화탄소를 세정하기 위해서, 흡착단계에서 이산화탄소가 흡착되면서 배출된 질소 함유 가스를 탈착단계가 완료된 흡착탑으로 재순환시키는 배출가스 재순환 배관(8); 세정단계로부터의 고농도 이산화탄소를 저장조로 이송하는 고농도 이산화탄소 이송 배관(4); 세정단계가 완료된 후에 흡착탑을 냉각시키기 위해서 흡착탑으로부터 이송된 가스를 냉각시켜서 흡착탑으로 재순환시키는 냉각기; 및 세정단계가 완료된 후의 흡착탑 내의 가스를 냉각기에 이송하고 그로부터 냉각된 가스를 흡착탑으로 이송하는 냉각 배관(3);을 포함하는 장치를 제공한다.
바람직하게는, 본 발명의 장치는 세정단계와 냉각단계를 통합한 세정냉각 단계가 흡착단계 또는 탈착단계와 동일한 시간 동안 수행됨으로써 흡착탑이 일련의 흡착단계, 탈착단계 및 세정냉각 단계를 서로 상이하게 수행하는 병렬로 연결된 3개의 흡착탑으로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 장치는 흡착탑이 흡착-가열 탈착-세정-냉각 구역으로 나누어진 회전식 로터로 구성되어 단지 하나의 흡착탑으로 구성될 수 있다.
본 발명은 또한 냉각기의 상류 및 히터의 하류에 각각 유량계가 장착되어 냉각기로 유입되는 가스의 유량 및 히터로부터 흡착탑으로 이송되는 가스의 유량을 측정할 수 있다.
본 발명의 장치에는 가열 탈착단계에서 흡착탑으로부터 저장조로 이송되는 고농도 이산화탄소의 양을 계량하는 계량 밸브(metering valve)를 포함할 수 있다.
본 발명의 장치에는 냉각기의 상류 또는 히터의 하류에 각각 송풍기가 설치되어 가스의 흐름을 원활하게 할 수 있다.
본 발명의 장치에는 요구되는 부위에 압력변화를 측정하기 위한 PT 또는 PG 압력계와 온도변화를 측정하기 위한 TC 온도계가 추가로 장착될 수 있다.
이하 본 발명을 도면을 참조로 하여 구체적으로 설명하고자 한다.
도 1 및 도 4에 고정층 흡착탑을 이용하는 경우와 회전식 흡착탑을 이용하는 경우의 장치 및 운전방법을 나타내었다.
본 발명에 의한 TSA(온도변동 흡착공정) 공정의 운전방법을 고정층 흡착탑을 기준으로 설명하면 다음과 같다.
1. 이산화탄소가 함유된 연소배가스를 냉각이 완료된 흡착탑으로 25oC - 50oC로 도입된다. 이 때 연소배가스 중의 이산화탄소는 이산화탄소를 선택적으로 흡착하는 흡착제에 의해 흡착이 된다. 흡착 압력은 배가스의 압력 1기압 - 5기압으로 도입되면 좋게는 1기압-2기압으로 도입된다.
2. 흡착이 완료된 흡착탑은 가열 탈착 단계로 들어가게 되며, 이때에는 흡착탑내의 가스를 연속적으로 재순환하고, 재순환되는 가스는 가열기에 의해 온도가 승온이 되어 흡착탑을 가열하는 목적으로 사용된다. 가열온도는 70- 200 oC로 운전이 되며 좋게는 70 - 150oC로 운전이 된다. 이때에는 이산화탄소가 탈착이 되어 탑의 압력이 상승하게 되고 이산화탄소의 농도도 증가하게 된다. 이 과정 중에 생산되는 가스는 이산화탄소의 농도가 높으며, 일부는 99% 이상의 이산화탄소를 생산하기 위한 후처리 공정으로 도입될 수도 있다.
3. 가열 탈착이 완료된 흡착탑에는 이산화탄소의 농도가 높은 조건에 있기 때문에 많은 양의 이산화탄소가 여전히 흡착이 되어 있는 상황인데. 이 이산화탄소를 회수하기 위하여 흡착단계에서 배출되는 고농도 질소함유 가스를 사용하여 세정하게 된다. 이 과정 중에 고온에서 흡착되어 있는 이산화탄소들이 회수가 되게 된다.
4. 상기 세정단계가 완료된 흡착탑은 다음 단계인 흡착단계에 들어가기 전에 흡착에 적절한 온도로 냉각을 하게 된다. 이 냉각단계에서는 탑 내의 가스를 송풍 기를 이용하여 연속적으로 재순환하고 재순환되는 가스는 냉각기를 통하여 냉각이 되고 이 냉각된 가스는 다시 흡착탑으로 도입되어 탑을 냉각하는데 활용된다. 냉각이 완료되면 다시 상기 1번 항목의 흡착단계로 들어가게 된다.
도 1을 기준으로 한 주기 동안의 흡착공정운전을 설명하면 다음과 같다.
전처리를 통하여 건조된 연소배가스는 배관 (2)과 밸브 (2a)를 통하여 이산화탄소 선택성 흡착제가 충진된 흡착탑 (AD-1)으로 도입되어 이산화탄소가 흡착되고 (흡착단계), 이산화탄소가 제거된 스트림은 배관 (7)과 밸브(7a)를 통하여 배출되며, 일부 가스는 세정 송풍기(B003), 배관(8) 그리고 밸브 (4c,8c)을 통하여 흡착탑 (AD-3)을 세정하는 용도로 활용이 된다. 흡착탑 (AD-1)이 흡착단계를 거치는 동안 흡착탑(AD-2)는 배관(3)과 밸브(3b, 5b)를 통하여 탑 내의 가스를 재순환하면서 고온에 있던 흡착제를 냉각하는 냉각단계를 수행한다. 이 과정이 수행되는 동안 흡착탑 (AD-4)는 탑 내의 가스를 송풍기 (B002), 배관(6), 밸브 (1d, 6d)를 거쳐 흡착제를 가열하는 과정을 수행한다.
흡착탑 (AD-1)에서 흡착단계가 완료되면 흡착탑 (AD-1)은 배관(6), 밸브(1a, 6a)를 통하여 탑 내 가스를 재순환하면서 흡착탑의 온도를 높이는 가열탈착 단계에 들어간다. 이 단계동안 흡착탑 (AD-2)는 연소배가스로부터 이산화탄소를 흡착하는 흡착단계 (배관 (2), 밸브(2b, 7b))를 수행하고 전 단계에서 세정단계를 거친 흡착탑 (AD-3)는 탑 내의 가스를 재순환하면서 밸브(3c, 5c)를 통하여 냉각을 수행한다. 전 단계에서 가열된 흡착탑 (AD-4)는 흡착탑 (AD-2)에서 배출되는 가스의 일부를 활용하여 송풍기 (B003), 배관 (8), 그리고 밸브 (4d, 8d)를 이용하여 고농도 이산화탄소를 생산하는 세정단계를 수행하게 된다.
상기 단계가 완료되면, 흡착탑 (AD-1)은 배관 (8), 밸브 (4a, 8a)를 통하여 고농도의 이산화탄소를 생산하는 단계에 들어가게 되며, 흡착탑 (AD-3)는 연소배가스로부터 이산화탄소를 흡착하는 흡착단계 (배관 (2), 밸브 (2c, 7c))를 수행하고 흡착탑 (AD-2)는 탑 내의 가스를 재순환하여 흡착제를 가열하는 가열탈착 단계에 들어가게 된다. 가열탈착 단계에서는 이산화탄소가 탈착이 되기 때문에 탑 내의 압력은 상승하게 되며 이 가스 중의 일부는 가스 저장조로 흘러들어가게 하여 흡착탑의 압력이 과도하게 높아지지 않게 한다. 이 단계 동안 흡착탑 (AD-4)는 탑 내의 가스를 재순환하여 흡착단계에 적합한 온도까지 낮추는 냉각단계를 수행하는데, 재순환은 배관 (3), 밸브 (3d, 5d)를 통하여 수행되고, 재순환시에 배출되는 고온의 가스는 냉각기를 통하여 냉각되어 탑 내에 다시 도입되게 함으로써 흡착제를 냉각시키는 역할을 하게 한다.
상기 단계가 완료되면, 흡착탑 (AD-1)은 탑 내의 가스를 재순환하여 흡착탑을 냉각하는 냉각단계(배관 (3), 밸브 (3a, 5a))를 수행하게 되고, 흡착탑 (AD-2)는 흡착단계 배가스 중의 일부를 사용하여 세정하는 세정단계 (배관 (8), 밸브 (4a, 8a))를 수행하고, 흡착탑 (AD-3)는 흡착탑 내의 가스를 재순환하여 흡착제를 가열하는 가열탈착 단계(배관 (6), 밸브 (1c, 6c))를 수행하고 흡착탑 (AD-4)는 건조된 연소배가스를 도입하여 이산화탄소를 흡착하는 흡착단계 (배관 (2), 밸브 (2d, 7d))를 수행한다.
이상과 같이 한 주기 운전이 완료되면, 반복적으로 상기 한주기 운전을 수행 한다.
상기의 설명은 본 발명을 고정층 흡착탑을 이용하는 경우이며, 회전식 흡착제를 사용하는 경우에는 흡착-가열탈착-세정-냉각의 4개 구역으로 구분된 회전식 로터에서 상기 공정 단계가 수행된다. 회전식을 사용하는 경우에는 흡착, 가열탈착, 세정, 냉각의 구역이 등 간격으로 구성이 될 필요는 없다.
<실시 예 1>
회전형 허니컴 제올라이트 13X 흡착제를 충진한 (내경 30 cm, 높이 160 cm) 흡착탑을 연소배가스중의 이산화탄소(11%)를 농축 회수하는 실험을 수행하였다. 흡착 단계에서 흡착탑내로 도입되는 연소배가스의 유량은 12 Nm3/hr이고 흡착은 상온에서 이루어졌다. 가열탈착을 위한 가스의 재순환 유량은 25 Nm3/hr, 냉각을 위한 가스의 재순환 유량은 32 Nm3/hr로 운전하였다. 흡착-가열탈착-세정-냉각 공정의 세정을 위한 가스의 유량은 약 80 L/min으로 운전하였다.
상기 운전조건에서 흡착-가열탈착-냉각의 공정 구성으로 운전한 경우와 흡착-가열탈착-세정-냉각 단계로 구성된 공정의 성능차이를 도 5 및 도 6에 나타내었다. 도 5는 흡착-가열탈착-냉각의 공정으로 운전하였을 경우 얻어지는 탈착 배가스의 유량, 탈착배가스 중의 이산화탄소 농도를 각각 나타내고, 도 6은 흡착-가열탈착-세정-냉각 공정으로 운전하였을 경우 얻어지는 탈착배가스의 유량 및 탈착배가스 중의 이산화탄소 농도를 각각 나타낸다.
도 5와 도 6을 비교하면 같은 운전조건에서 탈착에서 얻어지는 이산화탄소의 농도는 유사한 것을 알 수 있으며, 흡착-가열탈착-세정-냉각의 공정으로 운전할 경우 얻어지는 탈착배가스의 양은 평균 약 6 L/min인 반면, 흡착-가열탈착-냉각의 공정으로 얻어지는 이산화탄소의 양은 약 1 L/min으로 흡착-가열탈착-세정-냉각 공정 구성에서 이산화탄소 탈착량이 약 6배 이상 증가하는 것을 볼 수 있다. 이는 흡착-가열탈착-세정-냉각의 공정으로 운전함으로써 약 6배 이상의 이산화탄소를 얻을 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 허니컴 형태의 이산화탄소 흡착제를 충진한 고정층 형태의 4-탑식 온도변동 흡착공정 개략도이다.
도 2는 4-탑식 온도변동 흡착공정의 한 주기 운전방법을 나타내는 표이다.
도 3은 3-탑식 온도변동 흡착공정의 한 주기 운전방법을 나타내는 표이다.
도 4는 회전식 로터를 이용한 온도변동 흡착공정의 구성 및 운전방법을 나타내는 개략도이다.
도 5은 흡착-가열탈착-냉각 공정 운전 시 얻어지는 탈착가스의 유량 변화 및 이산화탄소 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 흡착-가열탈착-세정-냉각 공정 운전 시 얻어지는 탈착가스의 유량 변화 및 이산화탄소 농도 변화를 나타내는 그래프이다.

Claims (6)

  1. 온도변동 흡착공정에 의해서 연소배가스로부터 이산화탄소를 농축 회수하는 방법으로서,
    전처리를 통하여 건조된 25℃ 내지 50℃의 연소배가스를 이산화탄소 선택성 흡착제가 충진된 흡착탑으로 1기압 내지 5기압의 압력으로 도입시켜 충전된 질소 함유 가스를 배출시키면서 이산화탄소를 흡착시키는 흡착단계,
    흡착탑 내의 가스를 연속적으로 재순환시키면서 가열기에 의해서 재순환 가스의 온도를 70℃ 내지 200℃로 상승시켜서 이산화탄소를 탈착시키는 탈착단계,
    흡착단계에서 배출된 질소 함유 가스를 사용하여 흡착탑을 세정함으로써 흡착탑에 잔류하는 이산화탄소를 세정 제거하는 세정단계, 및
    흡착탑내의 가스를 재순환시키면서 냉각기로 냉각시켜 흡착탑을 냉각시키는 냉각단계를 포함하여, 이산화탄소를 농축 회수하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 흡착제가 제올라이트 X, 제올라이트 Y, 또는 아민이 부착된 실리카 로부터 선택되는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 흡착탑이 고정된 형태로 흡착제가 충진되어 있는 다수의 고정층 흡착탑 혹은 흡착-가열 탈착-세정-냉각 구역으로 나누어진 회전식 로터인 방법.
  4. 연소배가스로부터 이산화탄소를 농축 회수하는 장치로서,
    이산화탄소 선택성 흡착제가 충진되어 있으며 일련의 이산화탄소 흡착탄계, 이산화탄소 탈착단계, 세정단계 및 냉각단계를 서로 상이하게 수행하는 병렬로 연결된 4개의 흡착탑;
    연소배가스를 이산화탄소 흡착을 위한 흡착단계의 흡착탑으로 이송하는 연소배가스 유입 배관(2);
    흡착단계를 수행하는 흡착탑에서 이산화탄소가 흡착된 다음 배출되는 배출가스를 대기 중으로 방출시키는 방출 배관(7);
    흡착단계가 완료된 흡착탑 내에 흡착된 이산화탄소를 가열 탈착시키기 위해서 흡착탑으로부터의 가스를 가열하고 송풍기를 통해서 다시 그 흡착탑으로 재순환시키는 히터;
    흡착단계가 완료된 흡착탑 내의 가스를 히터로 이송하고 히터에서 가열된 가스를 그 흡착탑으로 재순환시키면서 가열에 의한 고압을 저하시키기 위해서 일부 고농도 이산화탄소를 저장조로 유출시키는 재순환 가열 배관(6);
    탈착단계가 완료된 흡착탑 내의 잔류 이산화탄소를 세정하기 위해서, 흡착단계에서 이산화탄소가 흡착되면서 배출된 질소 함유 가스를 탈착단계가 완료된 흡착 탑으로 재순환시키는 배출가스 재순환 배관(8);
    세정단계로부터의 고농도 이산화탄소를 저장조로 이송하는 고농도 이산화탄소 이송 배관(4);
    세정단계가 완료된 후에 흡착탑을 냉각시키기 위해서 흡착탑으로부터 이송된 가스를 냉각시켜서 흡착탑으로 재순환시키는 냉각기; 및
    세정단계가 완료된 후의 흡착탑 내의 가스를 냉각기에 이송하고 그로부터 냉각된 가스를 흡착탑으로 이송하는 냉각 배관(3);을 포함하는 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 세정단계와 냉각단계를 통합한 세정냉각 단계가 흡착단계 또는 탈착단계와 동일한 시간 동안 수행됨으로써 흡착탑이 일련의 흡착단계, 탈착단계 및 세정냉각 단계를 서로 상이하게 수행하는 병렬로 연결된 3개의 흡착탑으로 구성되는 장치.
  6. 제 4항에 있어서, 흡착탑이 흡착-가열 탈착-세정-냉각 구역으로 나누어진 회전식 로터로 구성되어 1개의 흡착탑으로 구성되는 장치.
KR1020090053423A 2009-06-16 2009-06-16 연소배가스에서 온도변동 흡착공정을 이용한 이산화탄소를 회수 장치 및 그 운전방법 KR101146710B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090053423A KR101146710B1 (ko) 2009-06-16 2009-06-16 연소배가스에서 온도변동 흡착공정을 이용한 이산화탄소를 회수 장치 및 그 운전방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090053423A KR101146710B1 (ko) 2009-06-16 2009-06-16 연소배가스에서 온도변동 흡착공정을 이용한 이산화탄소를 회수 장치 및 그 운전방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100135009A true KR20100135009A (ko) 2010-12-24
KR101146710B1 KR101146710B1 (ko) 2012-05-17

Family

ID=43509634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090053423A KR101146710B1 (ko) 2009-06-16 2009-06-16 연소배가스에서 온도변동 흡착공정을 이용한 이산화탄소를 회수 장치 및 그 운전방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101146710B1 (ko)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101134520B1 (ko) * 2010-02-08 2012-04-13 주식회사 애니텍 소각시설에서 배출되는 이산화탄소 회수 및 저장 장치
KR101450052B1 (ko) * 2013-04-01 2014-10-15 한국에너지기술연구원 촉매고정형 고순도 수소생산방법 및 수소생산장치
WO2014182452A1 (en) * 2013-05-06 2014-11-13 Uop Llc Temperature swing adsorption systems and methods for purifying fluids using the same
KR20160001460A (ko) * 2014-06-27 2016-01-06 한국에너지기술연구원 천연가스에 포함된 산성가스 및 수분 제거를 위한 다단계 혼성 장치 및 방법
FR3030477A1 (fr) * 2014-12-22 2016-06-24 Solvay Procede de production de carbonate/ bicarbonate de sodium
WO2019073866A1 (ja) * 2017-10-10 2019-04-18 株式会社日立製作所 Ｃｏ２分離回収方法及びｃｏ２分離回収設備
KR20210052685A (ko) * 2019-10-30 2021-05-11 한국에너지기술연구원 다이올레핀계 화합물을 제거하는 흡착제, 이를 포함하는 lpg 분리공정

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101381443B1 (ko) * 2012-06-27 2014-04-04 한국화학연구원 이산화탄소 포집장치
KR101414513B1 (ko) * 2014-01-24 2014-07-04 주식회사 아스페 이산화탄소 제거장치

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0185288B1 (ko) * 1996-10-24 1999-04-15 손영목 연소배가스로부터 이산화탄소 회수용 2단식 흡착분리공정과 그 운전방법
JP4010543B2 (ja) * 2002-06-28 2007-11-21 出光エンジニアリング株式会社 吸着装置および吸着方法
JP5098762B2 (ja) * 2007-04-06 2012-12-12 新日鐵住金株式会社 ガス中の二酸化炭素の回収方法

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101134520B1 (ko) * 2010-02-08 2012-04-13 주식회사 애니텍 소각시설에서 배출되는 이산화탄소 회수 및 저장 장치
KR101450052B1 (ko) * 2013-04-01 2014-10-15 한국에너지기술연구원 촉매고정형 고순도 수소생산방법 및 수소생산장치
WO2014182452A1 (en) * 2013-05-06 2014-11-13 Uop Llc Temperature swing adsorption systems and methods for purifying fluids using the same
CN105209151A (zh) * 2013-05-06 2015-12-30 环球油品公司 变温吸附系统和使用它提纯流体的方法
EA028938B1 (ru) * 2013-05-06 2018-01-31 Юоп Ллк Система для адсорбции при переменной температуре и способ очистки текучих сред, использующий такую систему
KR20160001460A (ko) * 2014-06-27 2016-01-06 한국에너지기술연구원 천연가스에 포함된 산성가스 및 수분 제거를 위한 다단계 혼성 장치 및 방법
FR3030477A1 (fr) * 2014-12-22 2016-06-24 Solvay Procede de production de carbonate/ bicarbonate de sodium
WO2016102568A1 (en) * 2014-12-22 2016-06-30 Solvay Sa Process for producing sodium carbonate/bicarbonate
EP3733263A1 (en) * 2014-12-22 2020-11-04 Solvay SA Process for producing sodium carbonate/bicarbonate
WO2019073866A1 (ja) * 2017-10-10 2019-04-18 株式会社日立製作所 Ｃｏ２分離回収方法及びｃｏ２分離回収設備
KR20210052685A (ko) * 2019-10-30 2021-05-11 한국에너지기술연구원 다이올레핀계 화합물을 제거하는 흡착제, 이를 포함하는 lpg 분리공정

Also Published As

Publication number Publication date
KR101146710B1 (ko) 2012-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101146710B1 (ko) 연소배가스에서 온도변동 흡착공정을 이용한 이산화탄소를 회수 장치 및 그 운전방법
JP6217934B2 (ja) 燃焼ガスの統合的ガス吸着分離のシステムと方法
CA2824740C (en) Combustion exhaust gas treatment system and method of treating combustion exhaust gas
US20120111192A1 (en) Apparatus and method for removing carbon dioxide (co2) from the flue gas of a furnace after the energy conversion
CN113310063A (zh) 一种玻璃窑烟气二氧化碳的捕集提纯装置及捕集提纯方法
WO2013084402A1 (ja) 硫化水素分離方法および装置並びにこれを用いた水素製造システム
TW201241366A (en) Apparatus and system for NOx reduction in wet flue gas
WO2011021637A1 (ja) 有機溶剤回収システム
CN112195042A (zh) 高炉煤气脱硫装置及脱硫方法
WO2022032860A1 (zh) 近零排放型烟气多污染物一体化脱除系统及方法
EP2954942B1 (en) Carbon dioxide collection device
CN105944499B (zh) 一种变温吸附脱除工业尾气中二氧化硫的方法
CN111841066A (zh) 一种烟气中酸性气体脱除系统及方法
JP5573354B2 (ja) 有機溶剤回収システム
JP3084248B2 (ja) 燃焼排ガスから二酸化炭素を回収するための２段式吸着分離設備および２段式二酸化炭素吸着分離方法
JP2003181242A (ja) 脱硫装置一体型二酸化炭素除去装置および二酸化炭素除去装置付きボイラー設備
WO2012120360A1 (en) System and method for low nox emitting regeneration of desiccants
CN204503101U (zh) 活性炭热解析装置
WO2019073866A1 (ja) Ｃｏ２分離回収方法及びｃｏ２分離回収設備
CN103212271B (zh) 一种气体分离系统以及使用该系统分离气体的方法
CN101352640A (zh) 废气除臭装置及方法
JP2004344703A (ja) 二酸化炭素の処理方法及び二酸化炭素処理装置
CN108079766A (zh) 一种低浓度大流量有机废气闭环多级回收装置及回收方法
JP2012166155A (ja) 有機溶剤回収システム
JP3239094U (ja) ニアゼロエミッション型煙道ガスの多汚染物質の一体化除去システム。

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150508

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160509

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170308

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180416

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190326

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200309

Year of fee payment: 9