KR20120098929A - 이산화탄소 포집 공정을 위한 물 세정 방법 및 시스템 - Google Patents

이산화탄소 포집 공정을 위한 물 세정 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

흡수 컬럼(100)에서, 용제를 함유한 이산화탄소 흡수액(119)과 기체-액체 접촉에 의해 이산화탄소가 흡수되어 제거되는 탈이산화탄소 연도 가스(120)로부터 용제를 회수하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 시스템은, 탈이산화탄소 연도 가스(120)로부터 용제를 회수하고 용제 함유 세정수(160)와 감소된 용제 함유 연도 가스(124)를 형성하도록 실질적으로 용제가 없는 물 스트림(122)을 탈이산화탄소 연도 가스(120)와 접촉시키도록 구성된 배출 제어 섹션(114)와, 감소된 용제 함유 연도 가스(124)를 냉각하고 탈이산화탄소 연도 가스로부터 물을 응축하고, 이에 의해 냉각된 연도 가스(125)와 사용 세정수를 형성하기 위해 냉각된 세정수(132)와 감소된 용제 함유 연도 가스(124)를 접촉시키도록 구성된 연도 가스 냉각 섹션(116)을 포함한다.

Description

이산화탄소 포집 공정을 위한 물 세정 방법 및 시스템{WATER WASH METHOD AND SYSTEM FOR A CARBON DIOXIDE CAPTURE PROCESS}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 그 내용이 그 전체에 있어서 본원에 통합되는, 2010년 1월 14일자 출원된 미국 특허 임시출원 제61/294,971호에 대해 우선권을 주장한다.
본 발명은 이산화탄소(C02) 포집 공정을 위한 물 세정 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 용제 배출을 감소시키고 물 중립(water neutrality)을 유지하도록 C02 흡수 후에 연도 가스를 세정하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
공기 오염 및 환경 문제의 관점으로부터, 석탄, 석유, 및 다른 탄소 연료의 연소로부터 발생되는 이산화탄소(C02) 배출의 양 및 농도를 감소시킬 필요가 확인되었다. 이러한 목적을 위하여, 이러한 연소로부터 발생되는 연도 가스(또한 통상적으로 "배기 가스"로서 지칭되는)로부터 이산화탄소를 제거하기 위한 방법이 현재 개발되고 있다. 하나의 이러한 방법은 용제(solvent)들의 수용액을 사용하여 연도 가스로부터 C02의 흡수를 사용한다. 이러한 용제의 예들은 아민 함유 용액을 포함한다. 아민의 예들은 예를 들어 알칸올아민, 모노에탄올아민 등, 및 그 결합물 및/또는 혼합물을 포함하지만 이에 한정되지 않으며, 이것들은 이후에 "아민" 또는 "아민 화합물"로서 지칭된다.
아민을 사용하여 C02를 제거하는 용제 기반 방법의 예는 그 전체에 있어서 참조에 의해 본원에 통합되는 미국 특허 제5,318,758호에 제공된다. 상기 미국 특허 제5,318,758호는 흡수기 컬럼(absorber column) 내에서 연도 가스로부터 이산화탄소를 흡수하기 위한 용액으로서 아민 화합물의 수용액을 사용하는 것에 의해 이산화탄소 제거(decarbonation)를 수행하는 방법을 제안한다.
일반적으로, 연도 가스로부터 C02를 제거하기 위한 용제 기반 방법은 연소 가스 공급 송풍기에 의해 공급되는 연도 가스를 포함하며, 연도 가스는 냉각탑에 의해 냉각되고, 그런 다음 흡수 컬럼으로 공급된다. 흡수 컬럼의 C02 흡수 섹션에서, 공급된 연도 가스는 적어도 하나의 노즐을 경유하여 흡수액 공급 포트를 통해 공급되는 흡수액과 역류(countercurrent) 접촉된다. 그 결과, 연도 가스에 있는 C02는 흡수액에 의해 흡수되어 제거된다. C02를 흡수한 적재 흡수액(loaded absorbing solution)은 흡수액 배출 포트를 통해 흡수액 배출 펌프에 의해 재생탑(regeneration tower)으로 보내진다. 재생탑에서, 적재 흡수액은 재생되고, 흡수액 공급 포트를 통하여 다시 흡수탑으로 보내진다.
대부분의 용제 기반 C02 포집 공정은 용제와 연도 가스 사이의 발열 반응을 수반하고, 이는 흡수 컬럼에서의 온도 프로파일로 이어진다. 공정 파라미터들에 따라서, 컬럼에서의 최대 온도(또한 "온도 급증(temperature bulge)"으로서 지칭됨)는 흡수기 컬럼의 상부, 저부 또는 중간 섹션에서 있을 수 있다. 이러한 온도 증가때문에, 상기 공정에서 컬럼을 따라서 일부 용제 손실이 발생한다. 이러한 용제 손실은 주로 흡수기 컬럼의 상부를 떠나는 탈이산화탄소 연도 가스(decarbonated flue gas)를 통해 발생한다.
아민과 같은 화학 용제를 사용한 C02 포집 공정에서, 세정 섹션은 이러한 배출 손실을 감소시키도록 흡수기 컬럼의 상부에 포함될 수 있다. 탈이산화탄소 연도 가스는 흡수기의 상부에 있는 세정 섹션에서 세정수와 접촉하고, 세정수는 가스상으로부터 용제의 일부를 포획하고 액체상으로 회수된다. 액체상으로 회수된 용제는 C02 흡수 공정에서 직접 사용될 수 있거나 또는 용제 보충 섹션으로 보내진다.
C02 흡수기 컬럼의 상류의 가스 분리 공정에 따라서, 흡수기 컬럼에 들어가는 연도 가스는 대부분 포화된다. 용제 수용력을 유지하기 위하여, 임의의 용제 손실 뿐만 아니라 물 누적없이 상기 공정을 운전하는 것이 중요하다. 흡수기 컬럼에서의 과잉의 물의 누적은 용제 농도의 희석을 유도하게 되고, 이러한 것은 그 질량 전달 특성 및 컬럼을 따르는 분압의 변화에 영향을 준다. 그러므로, 소위 "물 중립"으로 지칭되는, 상기 공정에 들어가고 나가는 물의 양이 매우 근접한 것을 보장하는 것은 중요하다. 이전에 공지되고 기술된 세정 섹션들은 감소된 용제 중립을 제공하지 않았다.
미국 특허 제5,318,758호
본원에 기술되는 공정 및 시스템들은 적어도 이러한 문제를 처리한다.
본원에 예시되는 양태에 따라서, 흡수 컬럼의 물 세정 섹션에서, 상기 흡수 컬럼에서 용제를 함유한 이산화탄소 흡수액과 기체(vapor)-액체 접촉에 의해 이산화탄소가 흡수되어 제거되는 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 방법으로서, 용제 함유 세정수와 감소된 용제 함유 연도 가스를 형성하도록 상기 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위하여 상기 흡수 컬럼의 배출 제어 섹션에서 실질적으로 용제가 없는 물 스트림을 상기 탈이산화탄소 연도 가스와 역류 접촉시키는 단계; 및 상기 감소된 용제 함유 연도 가스를 냉각하고 이에 의해 냉각된 연도 가스와 사용 세정수(used wash water)를 형성하도록 상기 흡수 컬럼의 연도 가스 냉각 섹션에서 냉각된 세정수를 상기 감소된 용제 함유 연도 가스와 역류 접촉시키는 단계를 포함하는, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 방법이 제공된다.
본원에 예시된 또 다른 양태에 따라서, 용제를 함유한 이산화탄소 흡수액과 기체-액체 접촉에 의해 흡수 컬럼에서, 이산화탄소가 흡수되어 제거되는 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 시스템으로서, 상기 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하고 용제 함유 세정수와 감소된 용제 함유 연도 가스를 형성하도록 실질적으로 용제가 없는 물 스트림을 상기 탈이산화탄소 연도 가스와 접촉시키도록 구성된 배출 제어 섹션; 및 상기 감소된 용제 함유 연도 가스를 냉각하고 상기 탈이산화탄소 연도 가스로부터 물을 응축하고, 이에 의해 냉각된 연도 가스와 사용 세정수를 형성하기 위해 냉각된 세정수와 상기 감소된 용제 함유 연도 가스를 접촉시키도록 구성된 연도 가스 냉각 섹션을 포함하는, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 시스템이 제공된다.
상기되고 다른 특징들은 다음의 도면 및 상세한 설명에 의해 예시화된다.
도 1은 본원에 기술된 실시예에 따른 물 세정 섹션을 가지는 C02 흡수 컬럼을 도시한 도면.
도 2는 본원에 기술된 실시예에 따른 물 세정 섹션을 가지는 C02 흡수 컬럼을 도시한 도면.
도면을 참조하여, 동일한 물품이 다양한 도면에서 유사하게 도면부호가 지시된다.
도 1은 적어도 하나의 흡수기 베드(110)와 물 세정 섹션(112)을 가지는 흡수 컬럼(100)을 도시한다. 이러한 배열에서, 물 세정 섹션(112)은 적어도 2개의 섹션들, 즉 배출 제어 섹션(114)과 연도 가스 냉각 섹션(116)으로 분할된다.
연도 가스(118)는 흡수 컬럼(100)에 제공되고 흡수 컬럼의 길이(L)의 적어도 일부를 올라간다. 적어도 하나의 흡수기 베드(110)에서, 연도 가스(118)에 존재하는 이산화탄소(C02)는 연도 가스를 C02 흡수액(119)과 역류 형태로 접촉하는 것에 의해 흡수된다. 하나의 실시예에서, C02 흡수액(119)은 아민 함유 용액이다. 아민의 예들은 예를 들어 알칸올아민, 모노에탄올아민 등, 및 그 조합물 및/또는 그 혼합물을 포함하지만 이에 한정되지 않으며, 이것들은 이후에 "아민" 또는 "아민 화합물"로서 지칭된다. 아민 함유 용액은 또한 암모니화된 용액에 의한 C02의 포집시에 수반되는 화학 반응 운동(chemical reaction kinetics)을 향상시키도록 촉진제를 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 촉진제는 아민(예를 들어, 피페라진) 또는 효소(예를 들어, 탄산무수화효소 또는 그 유사물)를 포함할 수 있으며, 이러한 것은 용액 또는 고체 또는 반고체 표면 상에 고착된 형태를 할 수 있다.
연도 가스(118)로부터 C02의 제거는 탈이산화탄소 연도 가스(120)를 생성한다. 탈이산화탄소 연도 가스(120)는 예를 들어 기체 형태를 하는 일정량의 C02 흡수액(이후에, "용제")을 함유한다. 예를 들어, 탈이산화탄소 연도 가스(120)는 기체 형태를 하는 일정량의 아민 용제를 함유할 수 있다.
탈이산화탄소 연도 가스(120)에서 상기 양의 용제를 흡수하고, 제거 또는 감소시키도록, 탈이산화탄소 연도 가스(120)는 흡수 컬럼(100)의 길이(L)의 적어도 일부를 올라가 물 세정 섹션(112)을 만난다. 도 1에 도시된 바와 같이, 탈이산화탄소 연도 가스(120)는 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제의 감소 또는 제거를 용이하게 하는 배출 제어 섹션(114)을 만난다.
배출 제어 섹션(114)은 물 스트림(122, 이후에 "보급수"로 지칭됨)을 포함한다. 물 스트림(122)은 비교적 오염물과 예를 들어 용제와 같은 불순물이 없으며, 탈이산화탄소 연도 가스(120)로부터 용제의 흡수를 용이하게 한다. 도면에 도시되지 않았지만, 물 스트림(122)이 공정 자체 내의 어딘가에서, 예를 들어 재생기 응축수 등으로 사용될 수 있다는 것이 예측된다.
탈이산화탄소 연도 가스(120)는, 탈이산화탄소 연도 가스가 흡수 컬럼(100)의 길이(L)의 적어도 일부를 올라가고 물 스트림이 흡수 컬럼의 적어도 일부를 내려감으로써 역류 형태로 물 스트림(122)과 접촉한다.
물 스트림(122)이 비교적 오염물과 불순물이 없기 때문에, 탈이산화탄소 연도 가스(120)와 물 스트림 사이의 용제(예를 들어, 아민)의 농도 기울기(concentration gradient)는 크고, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제 흡수 및 감소된 용제 함유 연도 가스(124)의 형성을 유발한다. 배출 제어 섹션(114)을 떠나는 감소된 용제 함유 연도 가스(124)는 거의 어떠한 용제도 없으며, 그러므로, 기체상 용제 손실이 감소된다. 이러한 큰 농도 기울기 때문에, 배출 제어 섹션(114)에 대한 물 순환율은 매우 낮다. 이러한 것은 차례로 배출 제어 섹션(114)에 존재하는 연도 가스(124)의 온도에 영향을 미친다.
배출 제어 섹션(114)에서 탈이산화탄소 연도 가스(120)의 진입 온도와 감소된 용제 함유 연도 가스(124)의 배출 온도 사이에는 최소의 변화가 있다. 따라서, 감소된 용제 함유 연도 가스(124)의 온도를 냉각하도록, 그리고 그로부터 잉여의 물을 제거하도록, 연도 가스(124)는, 연도 가스(124)와 물을 접촉시켜 냉각된 연도 가스(125)를 형성하는 연도 가스 냉각 섹션(116)에 제공된다. 물 중립의 유지, 즉 흡수 컬럼으로 도입되는 물의 양과 동일 또는 유사하게 흡수 컬럼(100)을 떠나는 물의 양을 유지하는 것은 또한 연도 가스 냉각 섹션(116)에 의해 용이하게 된다. 연도 가스(124)는 흡수 컬럼(100)의 길이(L)의 적어도 일부를 올라가는 것에 의해 연도 가스 냉각 섹션(116)에 제공된다.
연도 가스 냉각 섹션(116)에서, 용제 배출 제어는 대단히 작고, 그러므로, 연도 가스 냉각 섹션(116)으로부터의 사용 세정수(126)는 흡수 컬럼(100)에서 또는 연도 가스로부터 오염물을 제거하는 전체 공정 내에서 사용될 수 있다.
여전히 도 1을 참조하여, 한 실시예에서, 연도 가스 냉각 섹션(116)은 액체 분배기(128)를 포함한다. 액체 분배기(128)는 예를 들어 흡수 컬럼(100) 내에서 세정수(132)를 분산시키도록 노즐 등을 가지는 매니폴드(130), 및 흡수 컬럼 내에서 세정수를 추가로 분배하는 액체 분배 플레이트(134) 등을 포함할 수 있다.
연도 가스 냉각 섹션(116)은 액체 분배기(128) 아래에 배치된 팩킹 트레이들, 플레이트들 등과 같은 질량 전달 디바이스(136, mass transfer device)를 또한 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 질량 전달 디바이스(136)는 액체 분배 플레이트(134) 아래에 위치된다. 연도 가스 냉각 섹션(116)은 질량 전달 디바이스(136) 아래에 배치된 액체 수집기 플레이트와 같은 수집 디바이스(138)를 또한 포함할 수 있으며, 이것은 흡수 컬럼(100)의 길이(L)의 적어도 일부를 내려간 세정수(132)를 수집하도록 작용한다. 수집 디바이스(138)는 세정수를 집수통(140, sump)에 제공하고, 집수통에서 세정수는 사용 세정수(126)로서 회수된다.
펌프(142)는 수집 디바이스(128)의 집수통(140)과 유체 연통한다(예를 들어, 파이핑, 배관, 도관장치 등에 의해). 펌프(142)는 수집 디바이스(138)에 의해 수집되고 집수통(140)에 제공되는 물의 제거를 용이하게 한다.
열교환기(144)는 펌프(142)와 유체 연통하고, 냉각된 액체(145)를 형성하기 위해 사용 세정수(126)의 온도를 감소시키도로 구성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 냉각된 액체(145)의 적어도 일부는 연도 가스 냉각 섹션(116) 내에서 재순환된다. 한 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉각된 액체는 연도 가스 냉각 섹션(116)에 제공되는 세정수(132)를 보충한다. 시스템은 세정수(132)가 냉각된 액체(145)로 완전히 이루어질 수 있다는 것이 예측되기 때문에 이에 관하여 한정되지 않는다.
도 1을 계속 참조하여, 분기선(146)은 펌프(142) 및 수집 디바이스(138)와 유체 연통으로 배치된다. 분기선(146)은, 모든 사용 세정수(126)가 냉각되고 연도 가스 냉각 섹션(116)으로 복귀되지 않도록 배열된다. 예를 들어, 사용 세정수(126)의 일부는 열교환기(144)에 제공될 수 있으며, 회수된 액체의 일부는 분기선(146)에 제공될 수 있다. 하나의 예에서, 사용 세정수(126)의 50%는 열교환기(144)에 제공되고, 사용 세정수의 50%는 분기선(146)에 제공될 수 있다.
분기선(146)은 물 세정 시스템(112)으로부터 제거된 사용 세정수(126)의 양을 조정하도록 또는 분기선을 통하여 흐르는 사용 세정수의 양을 조정하도록 하나 이상의 제어 밸브(148) 또는 다른 유량 제어 디바이스들을 포함할 수 있다. 분기선(146)에 제공되는 사용 세정수(126)는 불충분한 용제 보충 탱크(도시되지 않음) 또는 흡수 컬럼(100)의 상부(도시되지 않음)로 보내질 수 있다. 아민이 없는 용제를 거의 함유하지 않기 때문에, 사용 세정수(126)는 또한 전체 연도 가스 처리 시스템 내에서 또한 사용될 수 있다.
연도 가스 정화 섹션(116)와 유사하게, 배출 제어 섹션(114)은 배출 제어 섹션에서 세정수를 수집하기 위한 수집 디바이스(150)를 또한 포함한다. 수집 디바이스(150)는 물질 전달 디바이스(152) 및 흡수액 분배기(154) 사이에 배치된다. 흡수액 분배기(154)는 흡수기 베드(110)를 통해 C02 흡수액(119)의 분배를 용이하게 한다. C02 흡수액(119)은, 연도 가스(118)가 흡수 컬럼(100)의 길이(L)의 적어도 일부를 올라가고 C02 흡수액이 그 반대 방향으로 진행함으로써 역류 방식으로 연도 가스(118)를 접촉한다.
여전히 도 1에 있는 배출 제어 섹션(114)을 참조하여, 액체 분배기(156, 또한 유체 분배 디바이스로서 지칭됨)는 흡수 컬럼(100) 내에 배치되고, 물 스트림(122)의 소스와 유체 연통한다. 액체 분배기(156)는 배출 제어 섹션(114) 내에서 물 스트림(122)을 분배하도록 구성된다.
분기선(158)은 수집 디바이스(150)의 집수통(160)과 유체 연통으로 배치된다. 분기선(158)은 분기선(146)과 유체 연통할 수 있고, 배출 제어 섹션(114)으로부터 회수된 용제 함유 세정수(161)의 양을 조정하도록 하나 이상의 제어 밸브(162)들 또는 유량 제어 디바이스들을 포함할 수 있다. 배출 제어 섹션(114)으로부터의 용제 함유 세정수(161)는 불충분한 용제 보충 탱크(도시되지 않음) 또는 흡수 컬럼(100)의 상부로 보내질 수 있거나, 또는 연도 가스로부터 오염물을 제거하기 위한 전체 시스템 내에서 사용될 수 있다.
컨트롤러(164)는 상기된 하나 이상의 구성 요소와 통신할 수 있다. 컨트롤러(164)는 예를 들어 범용 컴퓨터, 주문형 집적회로, 또는 공압, 전기 또는 기계식 컨트롤러일 수 있다. 컨트롤러(164)는 물 세정 시스템(112) 또는 전체 C02 제거 시스템에서 용제 배출을 제어하고 물 중립을 유지하기 위해 하나 이상의 시스템 파라미터들을 자동으로 조정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(164)는 열교환기(144), 펌프(142) 또는 유량 제어 밸브(148, 162)들과 통신할 수 있다. 시스템은 컨트롤러(164)가 다른 구성 요소들과 통신할 수 있음에 따라서 이에 관하여 한정되지 않는다.
한 실시예에서, 컨트롤러(164)는 탈이산화탄소 연도 가스(120)와 접촉되는 물 스트림(122)의 양을 조정하는 것에 의해 물 세정 시스템(112)에 의해 회수되는 용제, 예를 들어 아민의 양을 조정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 용제 배출 또는 시스템 용제 손실이 사전 결정된 임계값에 일치하거나 또는 초과한다는 것을 컨트롤러(164)가 결정하면, 컨트롤러(164)는 배출 제어 섹션(114)으로 부가되는 물 스트림(122)의 양을 증가시키도록 작용할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 컨트롤러(164)는 연도 가스 냉각 섹션(116)에서 탈이산화탄소 연도 가스(120)와 접촉되는 세정수(132)의 온도를 조정하는 것에 의해 물 중립을 제어하도록 또한 구성될 수 있으며, 이에 의해, 감소된 용제 함유 세정수(124)로부터 제거된 물의 양을 조정한다. 물 중립은, 물 세정 시스템(112)(물 세정 중립을 위한) 또는 전체 C02 시스템(시스템 중립을 위한)에 부가되고 연도 가스 냉각 섹션(116)으로부터 제거된(예를 들어, 펌프(142) 또는 분기선(146)에 의해) 물의 양에 비교되는 물 스트림(122)의 양을 평가 또는 결정하는 것에 의해 또한 제어될 수 있다.
컨트롤러(164)에 의해 수행되는 비교에 따라서, 컨트롤러는 감소된 용제 함유 세정수(124)로부터 제거되는 물의 양을 조정하도록 세정수(132)의 온도를 증가 또는 감소시킬 수 있으며(예를 들어 열교환기(144)로의 세정수의 흐름을 조정하는 것에 의해), 이에 의해, 필요한 범위 내에서 물 중립을 유지할 수 있다. 컨트롤러(164)는 예를 들어 흡수 컬럼(100)에서 수집된 용제 농도를 측정 또는 결정하고, 용제 농도가 특정 임계값에 일치하면 세정수의 온도를 조정할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 컨트롤러(164)는 하나 이상의 유량 제어 밸브(148) 또는 펌프(142)를 조정하는 것에 의해 분기선(146)에 제공되는 사용 세정수(126)의 양을 또한 제어할 수 있다.
배출 제어 섹션(114)의 액체 분배기(156)는 예를 들어 컬럼 내에서 물 스트림(122)을 분산시키도록 노즐 등을 가지는 매니폴드(166), 및 흡수 컬럼(100) 내에서 세정수를 추가로 분배하는 액체 분배 플레이트(168) 등을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기에서 상세하게 기술된 바와 같은 세정 섹션(112) 및 관련 구성 요소들을 포함하는 흡수 컬럼(100)은 연도 가스 냉각 섹션(116)으로 사용 세정수의 적어도 일부를 재순환시키고 회수된 액체의 적어도 일부를 배출 제어 섹션(114)에 제공하도록 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 집수통(140)은 펌프(142)와 유체 연통한다. 펌프(142)는 집수통(140)으로부터 사용 세정수(126)를 회수한다. 회수된 후에, 사용 세정수(126)의 적어도 일부는 상기에서 상세히 기술된 바와 같은 열교환기(144)에 제공된다. 사용 세정수(126)의 다른 부분은 배출 제어 섹션(114)에 제공된다.
배출 제어 섹션(114)에 제공되는 사용 세정수(126)의 양은 연도 가스 냉각 섹션(116)과 배출 제어 섹션(114) 사이에 위치된 제어 밸브(170)를 개방 또는 폐쇄하는 것에 의해 제어될 수 있다. 제어 밸브(170)는 수동 또는 자동으로 동작될 수 있다. 제어 밸브(170)는 컨트롤러(164)와 통신할 수 있으며, 컨트롤러는 본원에 기술된 바와 같은 다른 소스에 의해 배출 제어 섹션(114)에 제공되는 세정수의 양에 관한 정보, 판독치 또는 신호에 기초하여 제어 밸브(170)를 폐쇄 또는 개방할 수 있다.
감소된 용제 함유 세정수(124)가 용제를 거의 함유하지 않기 때문에, 연도 가스(124)와 접촉한 사용 세정수(126)는 매우 낮은 농도의 용제를 가지게 된다. 그러므로, 사용 세정수(126)는 연도 가스 냉각 섹션(116)에서 재사용을 위해 재순환되거나, 또는 배출 제어 섹션(114)에 제공될 수 있다. 사용 세정수(126)의 재사용은 물 스트림(122) 및 세정수(132)의 형태로 흡수탑에 제공되는 신선한 물의 양을 감소시킬 수 있다.
배출 제어 섹션(114)에 제공되는 물의 양을 증가시키는 것은 탈이산화탄소 연도 가스(120)와 역류 접촉하는 물의 적절한 순환 및 분배를 용이하게 한다. 배출 제어 섹션(114)에서 물의 적절한 순환 및 분배를 유지하는 것에 의해, 필요한 양의 용제가 탈이산화탄소 연도 가스(120)로부터 제거될 수 있다. 배출 제어 섹션(114)에서 물의 유지 및 적절한 순환은 배출 제어 섹션에 사용 세정수(126)를 제공하는 것에 의해 달성될 수 있다. 이러한 노력은 배출 제어 섹션에 신선한 물, 예를 들어 물 스트림(122)을 제공하는 것과 관련된 비용을 증가시키지 않는다.
배출 제어 섹션(114)에 제공되는 물 스트림(122)의 양을 더욱 감소시키도록, 펌프(172)에 의해 집수통(160)으로부터 분기선(158) 내로 회수된 용제 함유 세정수(161)의 적어도 일부는 재순환되어 배출 제어 섹션의 상부에 제공될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 분기선(158)에서 용제 함유 세정수(161)의 적어도 일부는 재활용 액체(176)를 형성하도록 사용 세정수(126)의 적어도 일부와 결합하기 위해 라인(174)에 의해 유도된다. 재활용 액체(176)는 매니폴드(166)를 경유하여 배출 제어 섹션(114)의 상부로 도입된다. 배출 제어 섹션(114)으로 도입되면, 재활용 액체(176)는 물 스트림(122)와 함께 흡수탑(100)의 길이(L)의 적어도 일부를 내려가고, 이에 의해, 연도 가스(124)를 형성하도록 탈이산화탄소 연도 가스(120)로부터 용제를 흡수한다.
배출 제어 섹션(114)에 제공되는 용제 함유 세정수(161)의 양은 제어 밸브(178)에 의해 조정될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제어 밸브(178)는 라인(174)에 배치되고, 그러나, 제어 밸브(178)가 분기선(158)에 배치될 수 있다는 것이 예측된다. 제어 밸브(178)는 컨트롤러(164)와 통신할 수 있으며, 컨트롤러는 본원에 기술된 바와 같은 다른 소스에 의해 배출 제어 섹션(114)에 제공되는 세정수의 양에 관한 정보, 판독치 또는 신호에 기초하여 제어 밸브(178)를 폐쇄 또는 개방할 수 있다.
이전의 실시예들은 개시된 발명의 특정 양태를 예시화하도록 제공되는 아래에 포함된 예들에서 예시화된다. 예들은 어떠한 방식으로도 본 발명을 한정하도록 제공되지 않는다.
예들
예 1
도 1에 도시된 시스템의 유효성을 예시하도록, 물 중립뿐만 아니라 용제 배출에서의 영향을 보이도록 시뮬레이션이 구동되었다. ~260 Mwe(메가와트의 전기 에너지) 갈탄 화력 발전소로부터 제거된 90%의 C02를 가진 연도 가스가 이 시뮬레이션에서 사용되었다. 필요한 용제 배출은 ~2ppmv(parts per million by volume)인 것으로 가정되었다. 입구 연도 가스 상태에 기초하여, 연도 가스 배출 온도는 물 중립을 얻기 위해 ~112℉이도록 계산된다. 시뮬레이션은 아민 함유 흡수액을 포함했다.
아래의 표는 단지 하나의 물 세정 베드를 가지는 종래의 방법과 비교하여 도 1에 도시된 시스템의 영향을 예시한다. 종래의 방법(아래의 케이스 1)의 경우, 순환이 배출 가스 온도를 근접하게 유지하는 것에 의해 물 중립을 제공하도록 조정되면, 용제 배출 제어가 달성되지 않는다(9 ppmv 대 2 ppmv). 다른 한편으로, 순환율이 ~7 ppmv 용제 배출(케이스 3)로 주어지도록 조정되면, 배출 온도는 물 중립 제약을 만족시키지 못한다. 용제 배출 제어 및 물 중립 모두 도 1에 도시된 시스템에서 달성된다.
Figure pct00001
예 2
도 2에 도시된 시스템의 유효성을 예시하도록, 물 중립뿐만 아니라 용제 배출에서의 영향을 보이도록 시뮬레이션이 구동되었다. 도 2의 시스템은 도 1에 따른 시스템뿐만 아니라 단지 하나의 세정수를 가지는 종래의 시스템에 비교되었다.
종래의 유동 계획(아래의 케이스 4)의 경우, 순환이 배출 연도 가스 온도를 근접하게 유지하는 것에 의해 물 중립을 제공하도록 조정되면, 용제 배출 제어가 달성되지 않는다(9 ppmv 대 2 ppmv). 순환율이 ~7 ppmv 용제 배출(케이스 5)로 주어지도록 조정되면, 연도 가스의 배출 온도는 물 중립 제약을 만족시키지 못한다. 용제 배출 제어 및 물 중립 모두 도 1에 도시된 시스템(케이스 6)을 이용하여 달성되는 한편, 용제 배출율은 도 2에 따른 시스템(케이스 7)을 이용하여 더욱 낮아질 수 있다.
Figure pct00002
본 발명이 다양한 예시적인 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 변형들이 만들어질 수 있으며 등가물들이 그 구성 요소들을 대신할 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 부가하여, 많은 변경들이 본 발명의 본질적인 범위로부터 벗어남이 없이 본 발명의 교시에 대한 특정 상황 또는 내용에 맞추도록 만들어질 수 있다. 그러므로, 본 발명이 본 발명을 실시하도록 예상되는 최상의 모드로서 개시된 특정 실시예에 한정되지 않지만, 첨부된 청구항들의 범위 내에 놓이는 모든 실시예들을 포함하도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 흡수 컬럼의 물 세정 섹션에서, 상기 흡수 컬럼에서 용제를 함유한 이산화탄소 흡수액과 기체-액체 접촉에 의해 이산화탄소가 흡수되어 제거되는 탈이산화탄소 연도 가스로부터 상기 용제를 회수하기 위한 방법으로서,
    용제 함유 세정수와 감소된 용제 함유 연도 가스를 형성하도록 상기 탈이산화탄소 연도 가스로부터 상기 용제를 회수하기 위하여 상기 흡수 컬럼의 배출 제어 섹션에서 실질적으로 용제가 없는 물 스트림을 상기 탈이산화탄소 연도 가스와 역류 접촉시키는 단계; 및
    상기 감소된 용제 함유 연도 가스를 냉각하고 이에 의해 냉각된 연도 가스와 사용 세정수를 형성하도록 상기 흡수 컬럼의 연도 가스 냉각 섹션에서 냉각된 세정수를 상기 감소된 용제 함유 연도 가스와 역류 접촉시키는 단계를 포함하는, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 용제는 아민 함유 용제인, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 탈이산화탄소 연도 가스와 접촉된 물 스트림의 양을 조정하는 것에 의해 상기 물 세정 섹션에 의해 흡수된 용제의 양을 조정하는 단계; 및
    상기 감소된 용제 함유 연도 가스와 접촉된 상기 냉각된 세정수의 온도를 조정하는 것에 의해 상기 감소된 용제 함유 연도 가스로부터 제거된 물의 양을 조정하는 단계를 추가로 포함하는, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 연도 가스 냉각 섹션과 상기 배출 제어 섹션 사이에 배치된 수집 디바이스로 상기 사용 세정수를 수집하는 단계;
    상기 수집 디바이스로부터 수집된 사용 세정수를 제거하는 단계;
    냉각된 세정수를 형성하도록 제거된 사용 세정수의 적어도 일부를 냉각하는 단계; 및
    상기 냉각된 세정수의 적어도 일부를 상기 연도 가스 냉각 섹션으로 복귀시키는 단계를 추가로 포함하는, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 연도 가스 냉각 섹션으로 복귀된 냉각된 세정수의 양을 조정하는 것에 의해 상기 연도 가스 섹션으로부터 제거된 사용 세정수의 양을 조정하는 단계를 추가로 포함하는, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 감소된 용제 함유 연도 가스와 접촉되는 상기 냉각된 세정수의 온도를 조정하는 것에 의해 상기 연도 가스 냉각 섹션에서 상기 탈이산화탄소 연도 가스로부터 제거되는 물의 양을 조정하는 단계를 추가로 포함하는, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 연도 가스 냉각 섹션과 상기 배출 제어 섹션 사이에 배치된 수집 디바이스로 상기 사용 세정수를 수집하는 단계;
    상기 수집 디바이스로부터 수집된 사용 세정수를 제거하는 단계; 및
    상기 제거된 사용 세정수의 적어도 일부를 상기 배출 제어 섹션에 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제거된 사용 세정수의 나머지를 열교환기에 제공하는 단계;
    냉각된 세정수를 형성하도록 상기 제거된 사용 세정수를 냉각하는 단계; 및
    냉각된 세정수를 상기 연도 가스 냉각 섹션에 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 용제 함유 세정수를 형성하도록 배출시에 역류 방식으로 상기 탈이산화탄소 연도 가스를 상기 제거된 사용 세정수 및 상기 물 스트림과 접촉시키는 단계를 추가로 포함하는, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 배출 제어 섹션 내에 있는 수집 디바이스에서 상기 용제 함유 세정수를 수집하는 단계; 및
    상기 배출 제어 섹션에서 상기 용제 함유 세정수의 적어도 일부를 재이용하는 단계를 추가로 포함하는, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 배출 제어 섹션에서 재이용되는 상기 용제 함유 세정수의 부분이 상기 연도 가스 냉각 섹션으로부터의 사용 세정수와 결합되며;
    결합된 상기 용제 함유 세정수와 사용 세정수를 상기 배출 제어 섹션에 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 용제 함유 세정수의 적어도 일부를 상기 흡수 컬럼에 있는 흡수기 베드에 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 방법.
  13. 용제를 함유한 이산화탄소 흡수액과 기체-액체 접촉에 의해 흡수 컬럼에서, 이산화탄소가 흡수되어 제거되는 탈이산화탄소 연도 가스로부터 상기 용제를 회수하기 위한 시스템으로서,
    상기 탈이산화탄소 연도 가스로부터 상기 용제를 회수하고 용제 함유 세정수와 감소된 용제 함유 연도 가스를 형성하도록 실질적으로 용제가 없는 물 스트림을 상기 탈이산화탄소 연도 가스와 접촉시키도록 구성된 배출 제어 섹션; 및
    상기 감소된 용제 함유 연도 가스를 냉각하고 상기 탈이산화탄소 연도 가스로부터 물을 응축하고, 이에 의해 냉각된 연도 가스와 사용 세정수를 형성하기 위해 냉각된 세정수와 상기 감소된 용제 함유 연도 가스를 접촉시키도록 구성된 연도 가스 냉각 섹션을 포함하는, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 용제는 아민 화합물인, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 탈이산화탄소 연도 가스와 접촉된 상기 물 스트림의 양을 조정하는 것에 의해 상기 배출 제어 섹션에서 흡수된 용제의 양을 조정하도록 구성된 컨트롤러를 추가로 포함하는, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 감소된 용제 함유 연도 가스와 접촉되는 상기 냉각된 세정수의 온도를 조정하는 것에 의해 상기 감소된 용제 함유 연도 가스로부터 제거된 물의 양을 조정하도록 구성되는, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 시스템.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 연도 가스 냉각 섹션과 상기 배출 제어 섹션 사이에 배치되고, 상기 연도 가스 냉각 섹션으로부터 상기 사용 세정수를 수집하도록 구성되는 수집 디바이스;
    상기 수집 디바이스로부터 수집된 사용 세정수를 제거하도록 상기 수집 디바이스의 집수통과 유체 연통하는 펌프;
    냉각된 세정수를 형성하도록 상기 제거된 사용 세정수의 적어도 일부를 냉각하도록 상기 펌프와 유체 연통하는 열교환기; 및
    상기 흡수 컬럼에 배치되고 상기 열교환기와 유체 연통하며, 상기 연도 가스 냉각 섹션에서 상기 냉각된 세정수를 분배하도록 구성된 액체 분배기를 추가로 포함하는, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 흡수 컬럼에 배치되고 상기 펌프와 유체 연통하며, 상기 배출 제어 섹션에서 상기 제거된 사용 세정수의 적어도 일부를 분배하도록 구성되는 제 2 액체 분배기를 추가로 포함하는, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 배출 제어 섹션과 흡수기 베드 사이에 배치되고, 상기 배출 제어 섹션으로부터 상기 용제 함유 세정수를 수집하도록 구성된 수집 디바이스;
    상기 배출 제어 섹션으로부터 수집된 용제 함유 세정수를 제거하도록 상기 수집 디바이스의 집수통과 유체 연통하는 펌프; 및
    상기 제거된 용제 함유 세정수의 적어도 일부를 상기 제 2 액체 분배기로 유도하는 라인을 추가로 포함하는, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 제 2 액체 분배기에 제공되는 재순환 액체를 추가로 포함하며, 상기 재순환 액체는 상기 배출 제어 섹션으로부터의 상기 제거된 용제 함유 세정수의 적어도 일부와 상기 연도 가스 냉각 섹션으로부터의 사용 세정수의 적어도 일부를 포함하는, 탈이산화탄소 연도 가스로부터 용제를 회수하기 위한 시스템.
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