KR20110028285A - 이산화탄소 정제 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 전처리 시스템 내에서 이산화탄소, 수증기, 및 하나 이상의 라이트 가스들을 포함하는 가스 혼합물을 전처리하여 냉각 가스 혼합물을 형성하는 단계, 냉각된 가스 혼합물을 분류하여 이산화탄소를 포함하는 하부 프랙션 및 이산화탄소 및 라이트 가스들을 포함하는 오버헤드 프랙션을 회수하는 단계, 이산화탄소에 선택적인 멤브레인을 통해 오버헤드 프랙션을 통과시켜서 라이트 가스들을 포함하는 잔여 가스로부터 이산화탄소 투과물을 분리하는 단계, 이산화탄소 투과물을 전처리 시스템으로 리사이클링하는 단계, 및 하부 프랙션의 적어도 일부를 정제된 이산화탄소 생성물 스트림으로 회수하는 단계를 포함하는 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스를 개시한다.

Description

이산화탄소 정제{CARBON DIOXIDE PURIFICATION}
본원에 개시되는 실시예들은 일반적으로 예를 들어 향상된 오일 회수(oil recovery)를 위하여 이용될 수 있는 액체 이산화탄소 스트림(stream)을 제조하기 위한 이산화탄소 격리(carbon dioxide sequestration)에 대한 프로세스에 관한 것이다. 특히, 본원에 개시되는 실시예들은 공급 시에 고순도로 높은 퍼센티지의 이산화탄소를 회수할 수 있는 개선된 프로세스의 결과를 가져오는, 멤브레인(membrane) 기술을 통합한 이산화탄소 정제를 위한 프로세스, 이산화탄소 증류, 및 자가 냉매로의 이산화탄소의 이용에 관한 것이다.
다양한 저수지 플러딩 기술들(reservoir flooding techniques)은 오일 및 가스 산업에 의해 향상된 오일 회수 프로그램들에서 탄화수소(hydrocarbon)들의 생성물을 증가시키기 위한 수단으로 사용되어왔다. 이산화탄소 플러딩에서, 이산화탄소는 신장된 시간 기간(예를 들어 수년) 동안 충분한 주입을 통해 저수지로 펌핑(pumping)된다. 주입된 이산화탄소는 처리 영역을 "플러딩"하고 유체들이 회수되는 하나 이상의 생산 우물들(production wells) 방향으로의 형태로 상기 오일을 가압/운반한다. 생산된 유체들의 조성은 시간에 따라 변하고, 어떤 시점에서, 이산화탄소 "파과(breakthrough"가 발생할 것이다. 파과 이후에 가스의 체적 및 생산된 유체들의 이산화탄소 함유량은 실질적으로 증가한다.
이산화탄소는 생산된 유체들의 60 내지 96 몰 퍼센트(mol percent)(또는 이상)를 나타낼 수 있다. 이산화탄소 플러딩 동작들이 경제적으로 실행되기 위해서, 이산화탄소는 재사용을 위해 생산된 유체들로부터 효율적으로 회수되어야 한다. 많은 경우들에서, 회수된 이산화탄소는 정제를 위한 화학적 규격(chemical specification)들이 만족되면, 주입 우물을 통해 상기 형태로 재주입될 수 있다. 이산화탄소에 대한 생산 규격들은 특히 탄화수소들(즉, 메탄 또는 에탄) 및/또는 질소의 함유량에 대해, 매우 높을 수 있다.
플러딩 동작들에서 사용되는 이산화탄소는 다른 소스(source)들 중에서, 화학 프로세스들로부터의 오프-가스(off-gas)들을 포함하는, 다양한 소스들로부터 생산할 수 있다. 그와 같은 이산화탄소가 풍부한 스트림들을 정제하기 위한 프로세스는 전형적으로 수소, 질소, 산소, 메탄, 및 일산화탄소와 같은 광 가스들의 제거를 포함한다. 이들 스트림들의 많은 스트림들은 석회 가마 가스, 보일러 플루 가스(boiler flue gas) 및 특정 천연 가스들을 포함하는 낮은 이산화탄소 함유량을 갖는다.
보일러 플루 가스 스트림과 같은 저 이산화탄소 함유량을 갖는 스트림들로부터 이산화탄소를 회수하기 위해서, 하나의 해법은 모노에탈올아민(monoethanolamine), 설포레인(sulfolane), 또는 탄산 칼륨(potassium carbonate)과 같은 적절한 용제를 갖는 이산화탄소가 부족한 가스 혼합물을 세정하여 이산화탄소를 용해하고나서 그렇게 획득된 용액으로부터 이산화탄소를 스트립(strip)한다; 즉, 다른 유체가 필요한 분리를 달성하기 위해 시스템 내로 도입된다. 그리고나서 이산화탄소는 압축되고, 건조되고, 냉각되고 부분적인 압축 또는 증류에 의해 더 정제된다. 그러나, 이 프로세스는 에너지가 많이 들어서 적은 에너지 집중 대체물이 바람직할 것이다.
이산화탄소를 회수하고/하거나 정화하기 위한 다양한 다른 프로세스들은 무엇보다도, 미국 특허 번호 제 4,602,477 호, 제 4,639,257 호, 제 4,762,543 호, 제 4,936,887 호, 제 6,070,431 호, 및 제 7,124,605 호에 개시되어 있다.
대규모의 이산화탄소 프로세스들은 또한: Hegerland 등의 "Liquefaction and handling of large amount of CO2 for EOR," Project Invest as, Norway, YARA International ASA(volume, date, 등); 2004년 밴쿠버에서의 제 7 차 International Conference of Greenhouse Gas Control Technologies, Berger 등의, "Creating a large scale CO2 infrastructure for enhanced oil recovery,"; 1987년 12월의 Song 등의 SPE Formation Evaluation, Society of Petroleum Engineers에 기술되어 있다.
회수된 이산화탄소에 대해 고순도를 유지하면서 개선된 이산화탄소 회수를 갖는 프로세스들을 필요로 한다.
하나의 양태에서, 본원에 개시되는 실시예들은 전처리 시스템(pretreating system) 내에서 이산화탄소, 수증기, 및 하나 이상의 라이트 가스(light gas)들을 포함하는 가스 혼합물을 전처리하여 냉각 가스 혼합물을 형성하는 단계, 냉각된 가스 혼합물을 분류하여 이산화탄소를 포함하는 하부 프랙션(fraction) 및 이산화탄소 및 상기 라이트 가스들을 포함하는 오버헤드(overhead)들을 회수하는 단계, 이산화탄소에 선택적인 멤브레인을 통해 상기 오버헤드 프랙션을 통과시켜서 상기 라이트 가스들을 포함하는 잔여 가스로부터 이산화탄소 투과물을 분리하는 단계, 상기 이산화탄소 투과물을 상기 전처리 시스템으로 리사이클(recycle)하는 단계, 및 상기 하부 프랙션의 적어도 일부를 정제된 이산화탄소 생성물 스트림으로 회수하는 단계를 포함하는 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스에 관한 것이다.
다른 양태들 및 장점들은 다음의 설명 및 첨부 청구항들에서 명확해질 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의해 개선된 이산화탄소 회수를 갖는 프로세스들이 제공된다.
도 1은 본원에 개시된 실시예들에 따른 이산화탄소 정제 프로세스의 간소화된 흐름도;
도 2는 본원에 개시된 실시예들에 따른 이산화탄소 정제 프로세스의 간소화된 흐름도;
도 3은 본원에 개시된 실시예들에 따른 이산화탄소 정제 프로세스의 일부의 간소화된 흐름도.
하나의 양태에서, 본원에서의 실시예들은 예를 들어 향상된 오일 회수에 사용될 수 있는, 액체 이산화탄소 스트림을 생산하기 위한 이산화탄소 격리를 위한 프로세스에 관한 것이다. 특히, 본원에 개시되는 실시예들은 공급 시에 고순도로 높은 퍼센티지의 이산화탄소를 회수할 수 있는 개선된 프로세스의 결과를 가져오는, 멤브레인 기술을 통합한 이산화탄소 정제를 위한 프로세스, 이산화탄소 증류, 및 자가 냉매로의 이산화탄소의 이용에 관한 것이다.
본원에 개시되는 프로세스들은 다양한 프로세스들로부터 보일러 플루 가스, 석회 가마 가스, 및 다른 오프-가스들을 포함하는, 다양한 소스들로부터의 이산화탄소의 회수 및 정제에 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이산화탄소가 회수되어야 하는 스트림은 체적의 적어도 30%의 이산화탄소를 함유할 수 있고; 다른 실시예들에서 체적의 적어도 40%; 다른 실시예들에서 체적의 적어도 50%; 다른 실시예들에서, 체적의 적어도 60%; 및 또 다른 실시예들에서 체적의 적어도 70%를 함유할 수 있다. 그와 같은 스트림들은 또한 예를 들어 메탄, 산소, 질소, 아르곤, 및 수증기를 포함하는 다른 라이트 가스들을 포함할 수 있다. 심지어 낮은 공급 퍼센티지들에서, 본원에 개시되는 프로세스들은 고 이산화탄소 순도에서의 공급 가스 내에 함유되는 높은 퍼센티지의 이산화탄소를 회수할 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 본원에 개시되는 실시예들에 따른 이산화탄소 정제 프로세스의 간소화된 흐름도가 도시된다. 이산화탄소, 다른 라이트 가스들, 및 수증기를 함유하는 스트림은 전처리 시스템에서 가스 혼합물을 압축하고 건조하도록 전처리될 수 있다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 전처리 시스템은 가스 압축 시스템(12), 건조기(26), 및 압축 시스템(33)으로 구성된다. 다른 실시예들에서, 다른 널리 공지되어 있는 전처리 시스템들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 가스 혼합물은 플로우 라인(flow line)(10)을 통해 가스 압축 시스템(12)으로 공급될 수 있다. 가스 압축 시스템(12)은 하나 이상의 압축기들(14), 냉각기들(16), 및 스크러버(scrubber)들(18)을 포함할 수 있다. 도시되는 바와 같이, 세 압축 스테이지들이 가스 압축 시스템(12)에 포함된다. 사용되는 실제 스테이지들의 수는 다른 변수들 중에서, 원하는 압력 증가, 전력 분포, 방출 온도, 및 폴리트로픽(polytropic) 압축기 능률들에 좌우될 수 있다.
각각의 스테이지의 압축 이후에, 가스 탈출 압축기들(14)은 냉각기들(16)에 의해 냉각될 수 있다. 예를 들어, 가스는 약 15℃로부터 약 40℃까지의 범위 내의 온도, 예를 들어 30℃로 냉각될 수 있고, 그 결과에 따른 온도는 다른 요인들 중에서, 냉각기의 유형, 열교환 매체의 온도, 또는 주변 온도에 좌우될 수 있다. 일부 실시예들에서, 냉각기들(16)은 냉풍기들을 포함할 수 있다.
각각의 스테이지의 압축 및 냉각 이후에, 압축된 물은 스크러버들(18)에서 가스로부터 제거될 수 있다. 스크러버들(18)에는 예를 들어 먼지 제거기들 또는 다른 디바이스들을 설치되어 가스 스트림으로부터 비말동반(entrain)된 수적(water droplet)들이 분리될 수 있다. 상기 물은 배출구들(20)을 통해 스크러버들(18)로부터 회수되고 일부 실시예들에서 폐수 처리 시스템(도시되지 않음)으로 배수될 수 있다.
압축 시스템(12) 이후에, 결과적인 압축 가스 스트림은 플로우 라인(22)을 통해 회수될 수 있다. 추가 물은 건조기(26)에 포함되는 고체 건조제(24)에 걸쳐 가스를 통과시킴으로써 플로우 라인(22) 내의 압축된 가스로부터 제거될 수 있다. 건조제(24)는 당업계에 공지되어 있는 다른 건조제들 중에서, 예를 들어 유형 3A 분자체(molecular sieves)를 포함할 수 있다.
건조된 압축 가스 스트림은 플로우 라인(28)을 통해 건조기(26)로부터 회수될 수 있다. 일부 실시예들에서, 건조기(26)로부터 회수된 압축 가스는 체적의 200 ppm 미만의 물; 다른 실시예들에서는 체적의 100ppm 미만의 물; 또 다른 실시예들에서는 체적의 50ppm 미만의 물을 가질 수 있다. 물의 제거는 다운스트림 프로세싱 장비에서의 부식의 발생들 및 이산화탄소의 생산의 프로세싱 및 이송 중의 동결을 감소시킬 수 있다. 먼지 필터(30)는 건조기(26)의 배출구에 제공되어 가스 스트림이 건조제(24)로부터 얻을 수 있는 임의의 미립자들을 제거할 수 있다.
그리고나서 건조된 가스 스트림(32)은 하나 이상의 압축기들(34) 및 하나 이상의 냉각기들(36)을 포함하는 압축 시스템(33)을 통해 압축되어 그 결과로서 정제 시스템(40)에 대하여 바람직한 유입구 가스 압력을 갖는 압축된 가스 스트림(38)이 생성된다. 일부 실시예들에서, 압축 가스 스트림(38)은 적어도 40 바(bar)의 압력을 가질 수 있고; 압축 가스 스트림(38)은 다른 실시예들에서 약 40에서 약 60 바의 범위 내의 압력을 가질 수 있고; 다른 실시예들에서 약 43에서 약 55 바의 압력; 또 다른 실시예들에서 약 46에서 약 52 바의 압력, 예를 들어 약 49 바의 압력을 가질 수 있다.
전처리 이후에, 압축 가스 스트림(38)은 하나 이상의 열 교환기들(88)을 통해 냉각되고 플로우 라인(46)을 통해 컬럼(44)에 공급될 수 있다. 컬럼(column)(44)으로의 가스 공급은 약 -30℃에서 약 -35℃의 범위 내에, 예를 들어 약 -33℃의 온도로 냉각될 수 있다.
컬럼(44)은 일련의 트레이(tray)들 또는 충진층(packed bed)들을 공급 유입구 위치 위에 그리고/또는 아래에 포함하여, 플로우 라인(50)을 통해 회수되는 오버헤드 가스 프랙션으로부터, 플로우 라인(48)을 통해 하부 프랙션으로 회수되는 이산화탄소의 분류를 용이하게 할 수 있다. 컬럼(44)의 상부 섹션(52)에서의 트레이들 또는 충진층들을 역류시키기 위해서, 플로우 라인(50)을 통해 회수되는 오버헤드 프랙션의 일부는 하나 이상의 열 교환기들(53)에서의 열 제거를 통해 압축되고, 드럼(54)에 축적되고, 플로우 라인(56)을 통해 역류로 리사이클(recycle)될 수 있다. 증기들의 압축을 달성하기 위해, 오버헤드 프랙션은 일부 실시예들에서 약 -50℃에서 약 -65℃의 범위; 다른 실시예들에서 약 -55℃에서 약 -60℃, 예를 들어 -57℃의 온도로 냉각될 수 있다.
이산화탄소 하부 스트림(48)은 서지 탱크(surge tank)(60)로 공급될 수 있다. 회수된 하부 프랙션의 일부는 리보일러(reboiler)(62)를 통해 가열되고 컬럼 내의 증기 트래픽(vapor traffic)을 제어하도록 컬럼(44)에 공급될 수 있다. 회수된 하부 프랙션의 나머지 부분은 플로우 라인(64)을 통해 이산화탄소 생성물 스트림으로 회수될 수 있다. 일부 실시예들에서, 회수된 이산화탄소 생성물 스트림은 체적의 적어도 90% 이산화탄소; 다른 실시예들에서 체적의 적어도 95%; 다른 실시예들에서 체적의 약 97%; 다른 실시예들에서 체적의 약 98%; 및 또 다른 실시예들에서 체적의 약 99%의 이산화탄소를 가질 수 있다.
플로우 라인(58)을 통해 드럼(54)으로부터 회수되는 증기 프랙션은 초기 공급 시스템(10)에 포함되는 대부분의 라이트 가스들뿐만 아니라 이산화탄소를 포함할 수 있다. 추가 이산화탄소는 플로우 라인(58) 내의 증기 프랙션을 멤브레인 유닛(66)을 통과시킴으로써 회수될 수 있다. 압축기는 멤브레인 유닛(66)의 앞에 추가되어 컬럼(44)으로 하여금 보다 낮은 압력에서 동작하도록 하고 멤브레인으로 하여금 보다 높은 압력에서 동작하도록 할 수 있다. 멤브레인 유닛(66)은 증기 프랙션이 이산화탄소를 선택하는 멤브레인을 걸쳐 통과할 때 확산에 의해 다른 라이트 가스들로부터 추가 이산화탄소를 분리하고, 여기서 확산률은 사용되는 멤브레인들의 영역 및 하나 이상의 멤브레인들에 걸친 이산화 탄소의 농도차의 함수일 수 있다. 멤브레인을 통과하는 이산화탄소 투과물을 플로우 라인(68)을 통해 회수되고 압축 시스템(12)으로 리사이클될 수 있다. 도시된 바와 같이, 이산화탄소 투과물은 제 2 압축 스테이지에서 리사이클되지만, 이산화탄소 투과물은 가스 압축 시스템(12)의 임의의 지점에서 리사이클될 수 있다. 감소된 이산화탄소 함유량을 갖는 잔여물은 플로우 라인(70)을 통해 회수될 수 있다.
일부 실시예들에서, 멤브레인 유닛(66)으로 공급되는 이산화탄소의 체적의 적어도 50%는 플로우 라인(68)을 통해 회수될 수 있고; 다른 실시예들에서는 체적의 적어도 60%; 또 다른 실시예들에서는 체적의 적어도 70%가 회수될 수 있다.
본원에 기술된 실시예들에 따른 이산화탄소 정제는 상술한 바와 같이 고순도 이산화탄소 스트림(64)이 회수되는 것을 가능하게 할 수 있다. 멤브레인 유닛(66)을 통하여 회수되는 추가 이산화탄소는 전체 이산화탄소 정제 프로세스가 공급 시스템(10)에 존재하는 이산화탄소의 65 몰% 이상을 회수하도록 할 수 있고; 다른 실시예들에서 75 몰% 이상의 회수가 달성될 수 있고; 다른 실시예들에서 90 몰% 이상의 회수가 달성될 수 있고; 또 다른 실시예들에서 95 몰% 이상의 회수가 달성될 수 있다. 선택 실시예들에서, 이산화탄소의 90 몰% 이상은 체적의 적어도 95%의 순도로 회수될 수 있다.
본원에 개시되는 실시예들에 따른 프로세스들에 의해 달성될 수 있는 개선된 분리들 외에도, 추가 효율들은 다양한 이산화탄소 스트림들을 자가 냉매로 사용함으로써 실현될 수 있음이 또한 밝혀졌고, 이 예는 도 2에 도시되며, 여기서 동일한 번호들은 동일한 부분들을 나타낸다.
압축 가스 스트림(38)은 일부 실시예들에서 리보일 증기(reboil vapor)를 생산하고 압축 시스템(33) 이후의 압축 가스를 냉각하는 리보일러(62) 내의 뜨거운 쪽의 유체로 사용될 수 있다. 그리고나서 결과적인 냉각 압축 가스 스트림(72)은, 플로우 라인(46)을 통해 압축 가스를 공급하기 전에, 이산화탄소 생성물 스트림(64), 드럼(54)으로부터 회수되는 증기 프랙션(58), 및 냉매를 사용하여 둘 이상의 프랙션들로 분리되고 냉각될 수 있다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 압축 가스 스트림(72)은 플로우 스트림들(74, 76, 78)을 포함하는 세 프랙션들로 분리될 수 있다. 프랙션(74)은 플로우 라인들(84, 86)을 통해 열 교환기(80) 내의 이산화탄소 생성물(64)의 일부와의 간접적인 열교환을 통해 냉각될 수 있다. 그리고나서 이산화탄소 생성물의 슬립 스트림(slip stream)은 플로우 라인(82)을 통해 압축 시스템(12), 예를 들어 제 3 스테이지 압축기로 공급될 수 있다.
일부 실시예들에서, 도시되는 바와 같이, 이산화탄소 생성물 스트림(64)의 일부는 플로우 라인(84)을 통해 공급될 수 있고 열 교환기(53)에서 플로우 라인(50)으로부터 오버헤드 프랙션의 일부를 압축하는데 사용될 수 있다. 그리고나서 열 교환기(53)의 냉각 측으로부터 기화되고 보일링된 이산화탄소의 슬립 스트림은 플로우 라인(86)을 통해 열 교환기(80) 내의 냉각 프랙션(74)으로 공급될 수 있다.
프랙션(76)은 열 교환기(87) 내의 드럼(54)으로부터 회수되는 증기 프랙션(58)과의 간접적인 열교환을 통해 냉각될 수 있다. 선택적으로, 압축기(59)는 멤브레인 유닛(66)의 전면에 추가되어 컬럼(44)으로 하여금 보다 낮은 압력에서 동작하도록 하고 멤브레인 유닛(66)으로 하여금 보다 높은 온도에서 동작하도록 할 수 있다.
프랙션(78)은 열 교환기(88)에서의 냉매와의 간접적인 열교환을 통해 냉각될 수 있다. 그리고나서 세 프랙션들(74, 76, 78)은 플로우 라인들(90, 92, 94)을 통해 재결합되고 플로우 라인(46)을 통해 컬럼(44)으로 공급될 수 있다. 라인들(74, 76, 78)의 각각을 통해 공급되는 공급 가스의 양은 다른 변수들 중에서, 압축 가스 스트림들(38, 72)의 온도, 원하는 공급 온도, 및 스트림들(58, 64, 86) 및 냉매의 온도들을 포함하는 열 교환 요건들에 좌우될 수 있다.
일부 실시예들에서, 열 교환기(88)에서 간접적인 열 교환을 위해 사용되는 냉매는 프로판이고; 다른 냉매들 또는 냉매들의 혼합물들이 또한 사용될 수 있다. 프로판은 냉각 루프(96)에서 순환될 수 있고, 냉각 루프는 2-스테이지 압축 시스템들을 포함할 수 압축기들(98), 냉각기(100), 어큐물레이터(accumulator)(102), 및 이코노마이저(economizer)(104)를 포함할 수 있다. 이코너마이저(104)로부터의 증기는 제 2 스테이지 압축기의 흡입으로 리사이클될 수 있고, 액체는 열 교환기(88)로 공급될 수 있고, 열 교환기(88)는 압축된 공급량(78)을 약 -25℃로부터 약 -40℃의 범위 내의 온도와 같은 약 33℃ 이하의 온도로 냉각한다. 열 교환기(88)로부터 발화된 프로판은 플로우 라인(106)을 통해 스크러버(108)로 공급되고나서 압축기(98)로 공급될 수 있다.
추가 효율들은 또한 멤브레인(66)으로부터 회수되는 잔여 스트림(70)의 회수 및 재사용에 의해 실현될 수 있고, 이의 예는 도 3에 도시되고, 여기서 동일한 번호들은 동일한 부분들을 나타낸다. 잔여 스트림(70)의 일부는 가열기(110), 예를 들어 전기 가열기에서 상승된 온도, 예를 들어 일부 실시예들에서 200℃ 이상의 온도로 가열될 수 있다. 가열된 잔여 가스는 이후에 플로우 라인(112)을 통해 건조기(26)(26a 또는 26b)로 제공되어 건조제에 의해 흡수된 물을 제거하여 재생될 수 있다. 이 예에서, 이산화탄소 정제 시스템은 적어도 두 개의 건조기들(26a, 26b)을 포함하고, 여기서 베드(bed)(24a)와 같은 하나의 건조제 베드는 베드(24b)와 같은 다른 건조제 베드가 재생되는 동안(밸브 포지셔닝(valve positioning)은 도시되지 않음) 이용 상태에 있을 수 있다. 그 후에 재생 가스는 플로우 라인(114)을 통해 회수될 수 있고, 선택적으로 냉각기(116) 및 스크러버(118)를 사용하여 물을 회수하도록 냉각될 수 있다. 베드들 및 잔여 가스(70)의 임의의 사용되지 않은 부분들을 재생하는데 사용되는 가스는 이 후에 부가적인 회수, 처리, 및 제거를 위해 플로우 스트림(120) 내에서 결합될 수 있다.
상술한 바와 같이, 이산화탄소 정제 시스템의 실시예들은 유용하게도 95% 이상의 순도 상태에서 공급 시에 90% 이상의 이산화탄소의 회수를 제공한다. 유용하게도, 본원에 개시되는 프로세스들은, 아민(amine)과 같은 용제들을 사용하지 않고, 그중에서도 보일러 플루 가스 및 석회 가마 가스를 포함하는 저 이산화탄소 함유 스트림들로부터 고순도 이산화탄소 스트림들을 회수하는데 이용될 수 있다. 정제된 이산화탄소는 생산 설비의 온실 가스 목록에 나타나는 이산화탄소의 양을 감소시키고, 향상된 오일 회수에 사용될 수 있거나, 또는 탄산음료에 사용하기 위해 추가적으로 정제될 수 있다. 본원에 개시되는 실시예들은 또한 폐 가스 스트림들 및 열 회수를 위한 생성물 스트림들, 및 건조제 재생의 유용한 사용을 제공한다.
명세서가 제한된 수의 실시예들을 포함할지라도, 본 명세서의 이점을 갖는 당업자는 본 명세서의 범위를 벗어나지 않는 다른 실시예들이 고안될 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 범위는 첨부된 청구항들에 의해서만 제한되어야 한다.
12 : 가스 압축 시스템 26 : 건조기
33 : 압축 시스템 10 : 플로우 라인

Claims (23)

  1. 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스에 있어서:
    전처리 시스템 내에서 이산화탄소, 수증기, 및 하나 이상의 라이트 가스들(light gas)을 포함하는 가스 혼합물을 전처리하여 냉각 가스 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 냉각된 가스 혼합물을 분류하여 이산화탄소를 포함하는 하부 프랙션(bottoms fraction) 및 이산화탄소 및 상기 라이트 가스들을 포함하는 오버헤드 프랙션(overheads fraction)을 회수하는 단계;
    이산화탄소에 선택적인 멤브레인을 통해 상기 오버헤드 프랙션을 통과시켜서 상기 라이트 가스들을 포함하는 잔여 가스로부터 이산화탄소 투과물을 분리하는 단계;
    상기 이산화탄소 투과물을 상기 전처리 시스템으로 리사이클하는 단계; 및
    상기 하부 프랙션의 적어도 일부를 정제된 이산화탄소 생성물 스트림으로 회수하는 단계를 포함하는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전처리 단계는 상기 가스 혼합물을 압축하는 단계를 포함하는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전처리 단계는 상기 압축된 가스 혼합물을 건조하는 단계를 추가로 포함하는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 건조 단계는 상기 가스 혼합물을 건조제에 컨택(contact)하는 단계 및 상기 압축된 가스 혼합물로부터 압축된 물을 분리하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 건조 단계에 사용되는 건조제를 재생하기 위해 상기 잔여 가스의 적어도 일부를 사용하는 단계를 추가로 포함하는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전처리 가스는 체적의 50 ppm 미만의 물을 포함하는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 분류 단계는 약 40 바 내지 약 60 바(bar)의 범위 내의 압력에서 수행되는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 이산화탄소의 적어도 일부를 압축하기 위해 상기 전처리된 가스 혼합물을 냉각하는 단계를 추가로 포함하는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전처리된 가스 혼합물을 냉각하는 단계는 냉매, 상기 하부 프랙션의 적어도 일부, 및 상기 오버헤드 프랙션의 적어도 일부 중 적어도 하나와 상기 전처리된 가스 혼합물의 간접적인 열 교환을 포함하는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 냉매는 프로판을 포함하는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 냉각 단계는 상기 전처리된 가스를 약 -30℃에서 약 -35℃의 범위 내의 온도로 감소시키는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 생성물 스트림은 체적의 적어도 95% 이산화탄소를 포함하는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 가스 혼합물 내의 상기 이산화탄소의 적어도 90%는 상기 이산화탄소 생성물 스트림에서 회수되는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  14. 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스에 있어서:
    전처리 시스템 내에서 이산화탄소, 수증기, 및 하나 이상의 라이트 가스들을 포함하는 가스 혼합물을 전처리하여 냉각 가스 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 냉각된 가스 혼합물을 분류하여 이산화탄소를 포함하는 하부 프랙션 및 이산화탄소 및 상기 라이트 가스들을 포함하는 오버헤드 프랙션을 회수하는 단계;
    상기 하부 프랙션의 적어도 일부를 상기 오버헤드 프랙션과의 간접적인 열 교환을 통해 컨택하여 오버헤드 증기 프랙션 및 오버헤드 액체 프랙션을 형성하는 단계;
    이산화탄소에 선택적인 멤브레인을 통해 상기 오버헤드 증기 프랙션을 통과시켜서 상기 라이트 가스들을 포함하는 잔여 가스로부터 이산화탄소 투과물을 분리하는 단계;
    상기 이산화탄소 투과물 및 상기 하부 프랙션의 적어도 일부를 상기 전처리 시스템으로 리사이클하는 단계; 및
    상기 하부 프랙션의 적어도 일부를 정제된 이산화탄소 생성물 스트림으로 회수하는 단계를 포함하는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 오버헤드 액체 프랙션을 상기 분류를 위해 역류(reflux)로 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 전처리 단계는 상기 가스 혼합물을 압축하는 단계 및 건조하는 단계를 포함하는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 잔여 가스의 적어도 일부를 사용하여 상기 건조 단계에서 사용되는 건조제를 재생하는 단계를 추가로 포함하는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 전처리 가스에서의 이산화탄소의 적어도 일부를:
    상기 하부 프랙션의 적어도 일부;
    상기 오버헤드 증기 프랙션의 적어도 일부; 및
    냉매 중 적어도 하나와의 간접적인 열 교환을 통해 압축하는 단계를 추가로 포함하는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 전처리된 가스와의 간접적인 열교환으로부터 회수된 상기 하부 프랙션의 적어도 일부를 컬럼으로 리보일 증기로서 리턴(return)하는 단계를 추가로 포함하는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 오버헤드 프랙션과의 간접적인 열교환으로부터 회수되는 상기 하부 프랙션의 적어도 일부와의 간접적인 열 교환을 통해 상기 전처리된 가스의 적어도 일부를 컨택하는 단계를 추가로 포함하는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 생성물 스트림은 체적의 적어도 95%의 이산화탄소를 포함하는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 가스 혼합물에서의 상기 이산화탄소의 적어도 90%는 상기 이산화탄소 생성물 스트림에서 회수되는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
  23. 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스에 있어서:
    전처리 시스템 내에서 이산화탄소, 수증기, 및 하나 이상의 라이트 가스들을 포함하는 가스 혼합물을 전처리하여 냉각 가스 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 냉각된 가스 혼합물을 적어도 제 1 스트림, 제 2 스트림, 및 제 3 스트림으로 분리하는 단계;
    상기 제 1 스트림의 적어도 일부를 냉매와의 간접적인 열 교환을 통해 컨택하는 단계;
    상기 제 2 스트림의 적어도 일부를 상기 분류기(fractionator)로부터의 오버헤드 증기 프랙션과의 간접적인 열 교환을 통해 컨택해서 냉각된 오버헤드 증기 프랙션을 형성하는 단계;
    이산화탄소에 선택적인 멤브레인을 통해 상기 냉각된 오버헤드 증기 프랙션을 통과시켜서 상기 라이트 가스들을 포함하는 잔여 가스로부터 이산화탄소 투과물을 분리하는 단계;
    상기 이산화탄소 투과물의 적어도 일부를 상기 전처리 시스템으로 리사이클하는 단계;
    상기 제 3 스트림의 적어도 일부를 상기 분류기로부터의 하부 프랙션의 적어도 일부와의 간접적인 열 교환을 통해 컨택해서 냉각된 하부 프랙션을 형성하는 단계;
    상기 냉각된 하부 프랙션의 적어도 일부를 상기 전처리 시스템으로 리사이클링하는 단계;
    상기 제 1 스트림, 제 2 스트림, 및 제 3 스트림을 재결합하여 재결합된 스트림을 형성하는 단계;
    상기 재결합된 스트림을 분류하여 이산화탄소를 포함하는 상기 하부 프랙션 및 이산화탄소 및 상기 라이트 가스들을 포함하는 오버헤드 프랙션을 형성하는 단계;
    상기 하부 프랙션의 적어도 일부를 상기 오버헤드 프랙션과의 간접적인 열 교환을 통해 컨택하여 상기 오버헤드 증기 프랙션 및 오버헤드 액체 프랙션을 형성하는 단계; 및
    상기 하부 프랙션의 적어도 일부를 정제된 이산화탄소 생성물 스트림으로 회수하는 단계를 포함하는, 가스 혼합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 프로세스.
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