KR20130010253A - 산성가스 포집을 위한 탈거장치의 에너지원 재사용 방법 - Google Patents

산성가스 포집을 위한 탈거장치의 에너지원 재사용 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 흡수탑;
산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 탈거탑;
외부의 스팀을 이용하여 탈거탑의 내부 온도를 일정하게 유지시키는 리보일러; 및
상기 리보일러에서 배출되는 스팀과 상기 탈거탑을 열교환시키는 열교환기를 포함하는 산성가스 흡수 분리 장치에 관한 것이다.
본 발명에서는 사용된 스팀을 폐기하지 않고, 탈거탑의 외측과 내측 사이에 유입시킴으로써, 탈거탑의 외기 영향을 최소화하고 탈거탑 내의 온도를 유지시켜 최종적으로는 리보일러의 스팀사용량을 줄여 재생 에너지를 절감시킬 수 있다.

Description

산성가스 포집을 위한 탈거장치의 에너지원 재사용 방법{Method of resource reuse of stripping system for acid gas capture}
본 발명은 산성가스 포집을 위한 탈거장치의 에너지원 재사용 방법에 관한 것이다.
산업화가 시작된 19세기 초반부터 에너지 산업에서 사용되는 석탄, 석유, LNG 등의 화석연료의 사용 증가로 인하여 대기 중에 CO2, H2S, COS 등의 산성 가스 농도가 급격히 증가하였다. 이러한 산성 가스, 특히 이산화탄소는 지구를 온난화시킨다는 것이 밝혀지면서, 세계적으로 배출 및 처리에 대한 규제가 엄격해지고 있다. 1992년 6월 브라질 리우에서 열린 환경과 개발에 관한 UN 회의를 통하여 지구온난화에 대한 국제적 관심을 불러 일으켰고, 미국과 일본을 포함한 선진국들은 지구온실가스 배출량을 1990년 대비 5.2% 감축하기로 합의하는 등 산성가스 저감방안에 대한 국제적 합의가 이루어지고 있다.
이산화탄소 배출 증가를 억제하기 위한 기술로서는, 이산화탄소 배출감소를 위한 에너지절약기술, 이산화탄소의 포집 및 저장 기술(carbon dioxide capture and storage: CCS), 이산화탄소를 이용하거나 고정화시키는 기술 및 이산화탄소를 배출하지 않는 대체에너지기술 등이 있다.
그러나 이 중에서 CCS 기술은 발전소 및 산업시설에서 대량으로 나오는 온실 가스를 가장 효과적으로 처리할 수 있는 기술로 인식되어 G-8, IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change) 및 IEA(International Energy Agency)등 국제 유력기구에서 기술개발 및 활용을 적극적으로 독려하고 있다.
CCS 기술 중 포집기술이 전체 기술비용의 상당 부분을 차지하고 있으며, 지금까지 연구되고 있는 기술로는 흡수법, 흡착법, 막분리법 및 심냉법 등이 있으며, 이 중 흡수법이 좀 더 현실성 있는 대안으로 제시되어 활발하게 연구되고 있다.
특히, 흡수법은 대용량의 기스를 처리하는데 용이하며, 저 농도의 가스분리에 적합하기 때문에, 대부분의 산업체 및 발전소에의 적용이 용이하여 에이비비 러머스 크레스트(ABB lummus Crest)사의 공정이 트로나(Trona, CA, USA) 및 쉐디 포인트(Shady Point, Oklahoma, USA)에서 운전되고 있다.
흡수법에서 산성가스 흡수 및 탈거 공정에 대한 일반적인 흐름도는 도 1과 같다. 냉각된 배가스는 통상적으로 20 내지 60℃의 온도에서 흡수제와 접촉되며, 산성가스는 흡수제와 결합한 다음, 순환되는 세척용 물(116)이나 공정의 물의 수지를 맞출 수 있도록 보충수(117)를 이용하여 흡수제 또는 증기가 비말하는 것을 방지한 후, 흡수탑(110)에서 배출된다. 화학적 결합에 의해 산성가스를 흡수한 흡수제는 열교환기(140)를 통해 승온되어 탈거탑(120)의 상부로 주입된다. 흡수제의 재생은 높은 온도(80 내지 140℃) 및 대기압 정도의 압력에서 수행된다. 재생 조건을 유지하기 위하여 열에너지가 리보일러(130)에서 공급되며, 이 과정에서 열에너지원으로 스팀이 사용된다. 공급되는 에너지원인 스팀에 의해 흡수제에 화학적으로 결합되어 있는 산성가스를 탈거시키고, 탈거된 수증기를 함유하는 선성가스는 응축기(124)에서 회수되어 배출된다. 이산화탄소가 탈거된 흡수제는 열교환기(140)를 거쳐 흡수탑 수준의 온도로 낮추어져 흡수탑(110)으로 이송된다.
흡수법에 있어서 종래의 기술에서는 발전소의 스팀을 리보일러에 공급되는 열에너지원으로 사용하게 되며, 이 때, 한번 활용된 스팀은 버려져 에너지의 효과적인 활용이 되지 못하였다.
본 발명에서는 배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 흡수탑;
산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 탈거탑;
외부의 스팀을 이용하여 탈거탑의 내부 온도를 일정하게 유지시키는 리보일러; 및
상기 리보일러에서 배출되는 스팀과 상기 탈거탑을 열교환시키는 열교환기를 포함하는 산성가스 흡수 분리 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 흡수탑;
산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 탈거탑;
외부의 스팀을 이용하여 탈거탑의 내부 온도를 일정하게 유지시키는 리보일러; 및
상기 리보일러에서 배출되는 스팀과 상기 탈거탑을 열교환시키는 열교환기를 포함하는 산성가스 흡수 분리 장치에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 산성가스 흡수 분리 장치에 관하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 흡수탑에서는 배가스 중의 산성가스가 흡수제에 흡수된다. 구체적으로, 상기 흡수탑에는 배가스 및 흡수제가 공급되고, 상기 공급된 흡수제는 배가스 중의 산성가스를 흡수하여 산성가스 포화 흡수제를 생성한다. 이 때, 흡수제와 반응하지 않은 질소 및 산소 등의 배가스는 외부로 배출될 수 있다.
본 발명에서 배가스는 산성가스를 함유 한다. 상기 산성가스로는 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S), 이산화황(SO2), 이산화질소(NO2) 및 황화카보닐(COS)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 이산화탄소를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서 흡수제는 습식 산성가스 분리 공정에 적용 가능한 흡수제를 제한 없이 사용할 수 있으며, 상기 흡수제는 1 내지 50 부피 분율 범위의 수용액일 수 있다.
흡수제의 종류로는, 구체적으로, 아민계 용액, 아미노산염, 무기염계 용액 및 암모니아수로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 아민계 흡수제를 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 흡수탑의 운전온도는 흡수제의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 일반적으로, 20 내지 60℃의 온도 범위에서 운전될 수 있다.
본 발명에서 흡수탑은 배가스를 공급받기 위한 제 1 흡수탑 공급라인과 연결될 수 있으며, 생성된 산성가스 포화 흡수제를 배출하기 위한 제 1 흡수탑 배출 라인과 연결될 수 있다. 또한, 상기 흡수탑은 흡수제와 미반응된 배가스를 배출하기 위한 제 2 흡수탑 배출 라인과 연결될 수 있으며, 탈거탑에서 재생된 흡수제를 공급받기 위한 제 2 흡수탑 공급 라인과 연결될 수 있다.
즉, 흡수탑은 제 1 흡수탑 공급 라인을 통해 배가스를 공급받고, 제 1 흡수탑 배출 라인을 통해 흡수탑에서 제조된 산성가스 포화 흡수제를 배출하며, 제 2 흡수탑 배출 라인을 통해 흡수제와 미반응한 배가스를 배출하고, 제 2 흡수탑 공급 라인을 통해 탈거탑에서 재생된 흡수제를 공급받을 수 있다.
본 발명에 따른 탈거탑에서는 흡수탑에서 생성된 산성가스 포화 흡수제가 산성가스 및 흡수제로 분리될 수 있다. 상기 산성가스 포화 흡수제는 산성가스 및 흡수제가 화학적으로 결합되어 있으며, 열에너지, 바람직하게는 스팀에 의해 산성가스 및 흡수제로 분리된다.
이에 따라, 상기 탈거탑에서는 고순도의 산성가스가 생성되며, 동시에 흡수제가 다시 재생 된다. 상기 재생된 흡수제는 흡수탑에 재공급 된다.
본 발명에서 탈거탑의 운전 온도는 흡수제의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 일반적으로, 80 내지 140℃의 온도 범위에서 운전될 수 있다.
본 발명에서 탈거탑은 흡수탑으로부터 배출된 포화 흡수제를 공급받기 위한 제 1 탈거탑 공급 라인과 연결될 수 있고, 탈거된 산성가스를 배출하기 위한 제 1 탈거탑 배출 라인과 연결될 수 있으며, 또한, 재생된 흡수제를 흡수탑으로 공급하기 위한 제 2 탈거탑 배출 라인과 연결될 수 있다.
즉, 탈거탑은 제 1 흡수탑 배출 라인과 연결된 제 1 탈거탑 공급 라인을 통해 산성가스 포화 흡수제를 공급받을 수 있고, 제 1 탈거탑 배출 라인을 통해 수증기를 함유하는 산성가스를 응축기로 배출할 수 있으며, 제 2 흡수탑 공급 라인과 연결된 제 2 탈거탑 배출 라인을 통해 재생된 흡수제를 흡수탑으로 재공급할 수 있다.
본 발명에서 상기 탈거탑의 외부에서는 하기에서 설명할 열교환기에 의해 리보일러에서 배출된 스팀과 탈거탑이 열교환 한다.
본 발명에 따른 리보일러는 외부의 스팀을 이용하여 탈거탑의 내부 온도를 일정하게 유지시킨다.
본 발명에서는 상기 리보일러의 열에너지원으로는 외부의 스팀이 사용되며, 이 때, 스팀은 발전소에서 배출되는 스팀 등을 사용할 있다. 고온의 스팀은 리보일러를 통과하여 리보일러의 온도를 상승시키며, 상기 리보일러의 에너지에 의해 산성가스 포화 흡수제의 분리 시, 탈거탑의 온도를 산성가스 포화 흡수제가 분리되기 알맞은 온도로 유지할 수 있다.
상기 리보일러를 통과한 스팀은 하기에서 설명할 탈거탑의 벽 외부 또는 내벽 및 외벽 사이에 형성된 열교환기에서 재사용될 수 있다.
본 발명에 따른 열교환기에서는 리보일러에서 배출되는 스팀과 탈거탑이 열교환 한다.
본 발명에서 상기 열교환기는 탈거탑의 벽 외부에 형성될 수 있다. 상기 열교환기는 관 형태로 이루어지며, 상기 관을 탈거탑과 온도 차이가 나는, 즉, 탈거탑의 온도보다 상대적으로 고온인 스팀이 통과함으로써, 열교환이 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에서는 열교환기가 탈거탑의 내벽 및 외벽 사이의 공간에 형성됨으로써, 리보일러에서 배출된 스팀 및 탈거탑의 열교환이 일어날 수 있다.
본 발명에서 상기 열교환기는 리보일러에서 배출되는 스팀을 유입하는 유입구 및 상기 스팀을 유출하는 유출구를 포함할 수 있다. 상기 유입구 및 유출구는 각각 하나 이상 형성될 수 있으며, 바람직하게는 각각 하나로 형성될 수 있다.
또한, 상기 유입구 및 유출구의 위치는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 유입구는 탈거탑의 상부에 위치할 수 있으며, 유출구는 탈거탑의 하부에 위치할 수 있다.
본 발명에서 열교환기는 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 구체적으로 상기 열교환기는 나선 또는 수직으로 형성될 수 있다.
일례로, 상기 열교환기는 탈거탑을 감싸는 단일의 나선형 관으로 형성되거나, 단일의 수직형 관으로 형성될 수 있다.
또한, 일례로, 상기 열교환기는 유입구 및 유출구가 연결된 직선형의 두 메인관 및 상기 두 메인관과 연결된 하나 이상의 분지관으로 형성될 수 있다. 이 때, 분지관은 나선형 관 또는 수직형 관으로 형성될 수 있다.
본 발명의 산성가스 흡수 분리 장치는 탈거탑으로 산성가스 포화 흡수제가 공급되기 전에 상기 산성가스 포화 흡수제를 예열시키고, 탈거탑에서 배출된 고온의 흡수제를 냉각시키기 위한 제 2 열교환기를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서는 상기 제 2 열교환기에 의해 흡수탑에서 배출된 상대적으로 저온인 산성가스 포화 흡수제가 탈거탑에서 배출된 상대적으로 고온인 재생된 흡수제와 열교환할 수 있다. 이에 따라, 탈거탑에는 예열된 산성가스 포화 흡수제가 공급되므로, 리보일러에 의한 스팀 사용량을 줄일 수 있다.
본 발명에서 탈거탑의 외부에는 탈거탑에서 배출된 수증기를 함유하는 산성가스를 응축시키기 위한 응축기가 설치될 수 있다. 상기 응축기에서는 대부분의 증기를 냉각시켜 기체/액체의 두 상의 유체가 생성되게 한다.
또한, 본 발명에서는 응축기의 후단에 리플럭스 드럼이 추가로 설치될 수 있다. 상기 리플럭스 드럼에서는 수증기를 함유하는 산성가스가 응축수 및 산성가스로 분리될 수 있다.
상기 리플럭스 드럼에서 분리된 산성가스는 외부로 배출될 수 있으며, 응축수는 탈거탑에 재이용될 수 있다.
또한, 본 발명은 흡수탑으로 공급된 산성가스를 함유하는 배가스 및 흡수제가 반응하여 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 단계;
산성가스 포화 흡수제를 탈거탑을 통해 산성가스 및 흡수제로 분리하고, 상기 분리된 흡수제를 흡수탑으로 재공급하는 흡수제 재생 단계; 및
리보일러를 통과한 스팀 및 탈거탑을 열교환하는 단계를 포함하는 산성가스 흡수 분리 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 단계를 수행하기 전에, 고온의 배가스를 냉각시키는 단계를 추가로 수행할 수 있다. 상기 고온의 배가스의 냉각은, 예를 들어, 배가스 냉각기에서 수행될 수 있으며, 상기 냉각기로의 배가스의 이동은 펜을 사용할 수 있다. 상기 배가스 냉각기를 통과한 배가스는 흡수제와 반응하기 알맞은 온도를 지니게 된다.
본 발명에서 배가스는 산성가스를 함유한다. 상기 산성가스는 이산화탄소, 황화수소, 이산화황, 이산화질소 및 황화카보닐로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 이산화탄소를 포함할 수 있다.
본 발명의 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 단계는 흡수탑에서 수행 된다.
상기 단계에서 흡수탑에 흡수제 및 배가스가 공급되고, 상기 흡수제는 배가스 중의 산성가스를 흡수하여 산성가스 포화 흡수제를 생성한다. 이 때, 흡수제 및 산성가스의 반응은 흡수제의 종류에 따라 달라지나, 일반적으로 20 내지 60℃의 온도범위에서 수행될 수 있다.
상기 산성가스 포화 흡수제의 생성단계에서는 흡수제 증기가 비말하는 것을 방지하고, 공정의 물 수지를 맞추기 위하여 흡수탑 내에 세척수 및/또는 보충수를 추가로 투입할 수 있다.
본 발명에서 상기 단계에 의해 제조된 산성가스 포화 흡수제는 탈거탑으로 이송되며, 흡수제와 반응하지 않은 질소 및 산소 등의 배가스는 외부로 배출될 수 있다.
본 발명의 산성가스 포화 흡수제 제조 단계에 의해 제조된 산성가스 포화 흡수제는 흡수제 재생 단계를 통해 재생될 수 있다.
본 발명에서는 흡수제 재생 단계를 수행하기 전에, 산성가스 포화 흡수제를 예열하는 단계를 추가로 수행할 수 있다. 이 때, 산성가스 포화 흡수제의 예열은 제 2 열교환기를 사용하여 수행할 수 있다.
본 발명의 흡수제 재생 단계는 탈거탑에서 수행된다.
본 발명에서는 탈거탑으로 산성가스 포화 흡수제를 공급하기 전에, 필터 등을 사용하여 산성가스 포화 흡수제 중의 부유입자 및 이물질을 제거하는 단계를 추가로 수행할 수 있다.
본 발명의 흡수제 재생 단계에서 산성가스 포화 흡수제는 탈거탑에서 산성가스 및 흡수제로 분리될 수 있다.
상기 흡수제의 재생은 흡수제의 종류에 따라 달라지나, 일반적으로 80 내지 140℃의 온도범위에서 반응이 이루어질 수 있다.
본 발명의 흡수제 재생 단계에 의해 재생된 흡수제는 제 2 열교환기를 통해 흡수탑 수준의 온도까지 열을 잃은 후 흡수탑으로 재공급될 수 있다.
본 발명의 흡수제 재생 단계에 의해 분리된 산성가스는 수증기를 함유하며, 응축기에 회수되어, 응축될 수 있다. 구체적으로, 상기 응축기는 탈거탑으로부터 수증기를 함유하는 산성가스를 공급받으며, 여기에서 대부분의 증기를 냉각시켜 기체/액체 2상의 유체가 생성될 수 있다.
응축된 산성가스 및 수증기는 리플럭스 드럼으로 이송될 수 있다. 상기 리플럭스 드럼에서는 산성가스 및 응축수로 상이 분리되며, 산성가스는 외부로 배출될 수 있다. 상기 배출된 산성가스는, 예를 들어, 산성가스 회수 및 처리 공정으로 이송되어 용도에 따라 저장 또는 다른 유용한 고부가 화학 물질로 전환될 수 있다. 또한, 응축수는 리플럭스 드럼을 통하여 다시 탈거탑 상부로 이송되어 탈거탑 상부로 상승하는 기체에 존재하는 부유물을 세정하는 역할을 할 수 있다.
본 발명에서 리보일러를 통과한 스팀 및 탈거탑을 열교환하는 단계는 상기 흡수제 재생 단계와 동시에 수행될 수 있다.
본 발명에서는 리보일를 통과한 스팀을 탈거탑과 열교환 시킴으로써 재사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 탈거탑의 벽 외부 또는 내벽 및 외벽 사이의 공간에 열교환기를 형성시키고, 상기 열교환기에 스팀을 흐르게 함으로써, 탈거탑과 열교환 시킬 수 있으며, 이에 따라, 리보일러의 온도를 높이기 위해 필요로하는 스팀의 사용량을 절감할 수 있다.
본 발명에서 열교환기의 형상은 앞에서 전술한 형상을 지닐 수 있다.
본 발명에서는 산성가스 흡수분리공정에서 흡수제와 반응한 산성가스를 탈거하기 위해 스팀을 탈거탑의 재생에너지로 공급함에 있어서, 사용된 다량의 스팀을 폐기하지 않고 탈거탑의 외측과 내측 사이에 유입시킴으로써, 탈거탑의 외기 영향을 최소화하고 탈거탑 내의 온도를 유지시켜 최종적으로는 리보일러의 스팀사용량을 줄여 재생 에너지를 절감시킬 수 있다.
도 1은 종래의 산성가스 흡수 및 분리 공정도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 산성가스 흡수 및 분리 공정도를 나타낸다.
도 3는 본 발명에 따른 재사용 스팀이 흐르는 탈거탑의 일례를 나타낸다.
본 발명에서 도 2는 본 발명에 따른 산성가스 흡수 및 분리 공정도를 나타낸다.
상기 도 2에 나타난 바와 같이, 배가스는 제 1 흡수탑 공급 라인(111)에 의해 흡수탑(110)에 공급되며, 상기 흡수탑(110)에서 배가스 중의 산성가스, 특히, 이산화탄소는 흡수제와 반응하여 산성가스 포화 흡수제를 생성한다. 본 발명에서 산성가스를 빼앗긴 배가스(흡수제와 반응하지 않은 질소, 산소 등의 미반응 가스)는 흡수제 증기가 비말하는 것을 방지하기 위한 세정장치(흡수탑(110) 내에 세척수(116) 및 보충수(117) 공급)를 거친 후 제 2 흡수탑 배출 라인(114)에 의해 흡수탑(110)에서 배출된다.
본 발명의 흡수탑(110)에서 제조된 산성가스 포화 흡수제는 열교환기(140)에서 열교환되어 온도가 상승된 후, 탈거탑(120)의 상부에 형성된 제1 탈거탑 공급라인(121)에 의해 탈거탑(120)에 주입된다. 흡수제의 재생은 통상적으로 80 내지 140℃의 온도에서 이루어질 수 있으며, 상기 탈거탑(120)의 온도는 외부의 스팀이 통과하여 상기 리보일러(130)를 데워줌으로써 유지할 수 있다.
상기 탈거탑(120)에서 산성가스 포화 흡수제는 수증기를 함유하는 산성가스 및 재생된 흡수제로 분리되고, 상기 분리된 재생된 흡수제는 제 2 탈거탑 배출 라인(123)에 의해 탈거탑(120)에서 배출된 후, 제 2 열교환기(140)에서 열교환되어 흡수탑(110) 수준의 온도로 낮추어진 뒤, 상기 흡수탑(110)으로 이송된다.
상기 탈거탑(120)에서 탈거된 수증기를 함유하는 산성가스는 제 1 탈거탑 배출 라인(122)을 통해 탈거탑(120)에서 배출된 후, 응축기(124)로 회수 및 응축되어 액체/기체의 두 상의 유체가 생성된 후, 리플럭스 드럼(125)에서 분리된다. 상기 리플럭스 드럼(125)에서 분리된 산성가스는 회수 및 처리공정으로 이송되어 저장되거나 용도에 따라 사용될 수 있으며, 응축수는 탈거탑(120) 상부에 공급되어 재사용될 수 있다.
상기 본 발명에 따른 산성가스 흡수 및 분리 공정도에서 스팀은 리보일러(130)의 온도를 높일 수 있으며, 리보일러(130)를 통과한 스팀은 탈거탑(120)의 벽 외부 및 내벽 및 외벽 사이에 형성된 열교환기를 통해 탈거탑(120)과 열교환 할 수 있다. 구체적으로, 리보일러(130)에서 사용된 스팀(1)은 리보일러(130)에서 배출된 후, 탈거탑의 외측과 내측 사이에 형성된 열교환기의 유입구(2)를 통해 열교환기에 유입되어 탈거탑(120)과 열교환할 수 있다. 상기 열교환을 마친 스팀은 열교환기의 유출구(3)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
상기 스팀은 열교환기를 통해 탈거탑과 열교환함으로써, 탈거탑(120) 내부의 온도를 일정하게 유지시키거나 가온시켜 탈거탑(120)에 유입되는 산성가스 포화 흡수제의 온도가 높게 유지되게 한다. 이에 따라, 탈거탑(120) 후단의 리보일러(130)에서 사용되는 스팀의 양의 절감이 가능하게 된다.
본 발명에서 열교환기는 나선형태로 형성될 수 있고, 유입구는 탈거탑의 상부측에, 유출구는 탈거탑의 하부측에 형성될 수 있다.
본 발명에서 도 3는 발명의 일례에 따른 열교환기의 모습을 나타낸다.
도 3에서와 같이, 열교환기는 유입구에 연결된 제1 메인관, 배출구와 연결된 제2 메인관 및 상기 메인관들에 수직으로 연결된 다수의 분지관을 포함하는 형태로 형성될 수 있다.
이하 본 발명에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
30 중량부의 모노에탄올아민을 흡수제로 이용하여 10%의 이산화탄소를 함유하는 40℃의 배가스를 2.0m3의 유량으로 흡수탑 하부에 투입하였다. 흡수제의 순환량은 100 ml/min, 흡수탑에 투입되는 흡수제의 온도는 40℃로 하였다.
이산화탄소와 반응한 흡수제를 탈거탑으로 이송시키고, 탈거탑에 유입된 흡수제는 리보일레에서 2.5 atm, 140℃의 스팀으로 열을 가하여 이산화탄소를 탈거시켰다. 리보일러에서 사용된 스팀은 도 2-a의 방법으로 탈거탑의 외측과 내측사이 공간을 통해 유입시키고 사용된 스팀은 공정 밖으로 배출시켰다. 이 때, 이산화탄소의 제거율은 90%로 유지시키고, 사용된 스팀량을 표 1에 나타내었다.
실시예 2
스팀을 도 2-b의 방법으로 탈거탑의 외측과 내측 사이 공간을 통해 유입시키는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
이산화탄소 제거율이 90%일 때 사용된 스팀량을 표 1에 나타내었다.
비교예 1
스팀을 재사용하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
이산화탄소 제거율이 90%일 때 사용된 스팀량을 표 1에 나타내었다.
주입방법 이산화탄소 제거율(%) 스팀사용량(kg/h)
실시예 1 도 2 90.5 147
실시예 2 도 3 90.8 140
비교예 1 미설치 90.1 170
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 리보일러에 배출된 스팀을 재사용할 경우, 리보일러를 데우기 위한 스팀의 사용량을 약 15% 가량 절감할 수 있음을 확인할 수 있다.
110: 흡수탑 111: 제 1 흡수탑 공급 라인
112: 제 1 흡수탑 배출 라인 113: 리치아민 순환펌프
114: 제 2 흡수탑 배출 라인 115: 제 2 흡수탑 공급 라인
120: 탈거탑 121: 제 1 탈거탑 공급 라인
122: 제 1 탈거탑 배출 라인 123: 제 2 탈거탑 배출 라인
124: 응축기 125: 리플럭스 드럼
130: 리보일러 140: 제2 열교환기
1: 리보일러에서 사용된 스팀
2: 탈거탑의 외측과 내측 사이에 형성된 열교환기의 유입구
3: 열교환기의 유출구

Claims (12)

  1. 배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 흡수탑;
    산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 탈거탑;
    외부의 스팀을 이용하여 탈거탑의 내부 온도를 일정하게 유지시키는 리보일러; 및
    상기 리보일러에서 배출되는 스팀과 상기 탈거탑을 열교환시키는 열교환기를 포함하는 산성가스 흡수 분리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    산성가스는 이산화탄소, 황화수소, 이산화황, 이산화질소 및 황화카보닐로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 산성가스 흡수 분리 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    흡수제는 아민계 용액, 아미노산염, 무기염계 용액 및 암모니아수로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 산성가스 흡수 분리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    흡수탑은 20 내지 60℃의 온도로 운전되는 산성가스 흡수 분리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    탈거탑은 80 내지 140℃의 온도로 운전되는 산성가스 흡수 분리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    열교환기는 탈거탑의 벽 외부에 형성되는 산성가스 흡수 분리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    열교환기는 탈거탑의 외벽 및 내벽 사이에 형성되는 산성가스 흡수 분리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    열교환기는 리보일러에서 배출되는 스팀을 유입하는 유입구 및 상기 스팀을 유출하는 유출구를 가지고,
    상기 유입구는 탈거탑의 상부에 위치하며, 유출구는 탈거탑의 하부에 위치하는 산성가스 흡수 분리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    유입구 및 유출구는 각각 하나 이상 형성되는 산성가스 흡수 분리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    열교환기는 나선형 또는 수직형으로 형성되는 산성가스 흡수 분리 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    탈거탑으로 산성가스 포화 흡수제를 공급하기 전에 상기 산성가스 포화 흡수제를 예열시키기 위한 제 2 열교환기를 추가로 포함하는 산성가스 흡수 분리 장치.
  12. 흡수탑으로 공급된 산성가스를 함유하는 배가스 및 흡수제가 반응하여 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 단계;
    산성가스 포화 흡수제를 탈거탑을 통해 산성가스 및 흡수제로 분리하고, 상기 분리된 흡수제를 흡수탑으로 재공급하는 흡수제 재생 단계; 및
    리보일러에서 배출된 스팀 및 탈거탑을 열교환하는 단계를 포함하는 산성가스 흡수 분리 방법.
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