KR20130035859A - 고효율 산성가스 흡수 시스템 및 방법 - Google Patents

고효율 산성가스 흡수 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발전소 등에서 발생되는 이산화탄소 등의 산성가스가 혼합물 상태로 대량 존재하는 가스에서 산성가스만을 분리할 때 활용하는 흡수분리공정에 관한 것으로, 재생 흡수제를 분기하고 추가로 냉각시킨 후 흡수탑에 공급함으로써, 흡수탑에서의 온도를 낮추고 온도분포를 고르게 하여 흡수탑 효율을 개선시킨 산성가스 흡수장치 및 방법을 제공한다.

Description

고효율 산성가스 흡수 시스템 및 방법{High efficiency system and method for acidic gas absorption}
본 발명은 이산화탄소 등의 산성가스가 질소 등의 다른 가스와 섞인 혼합물 상태에서 산성가스만을 분리할 때 활용하는 흡수분리 기술과 관련된 것으로, 특히 흡수탑에서의 온도 분포를 낮은 온도로 고르게 유지하여 흡수탑 효율을 개선시킨 산성가스 흡수장치 및 방법에 관한 것이다.
산업화가 시작된 19세기 초반부터 에너지 산업에서 사용되는 석탄, 석유, LNG 등과 같은 화석연료의 사용 증가로 인하여, 대기 중에 CO2, CH4, H2S, COS (황화 카르보닐) 등과 같은 산성가스의 농도가 급격하게 증가하였다. 이러한 산성가스, 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 에너지 절약기술, 배출가스로부터 이산화탄소의 포집 및 저장 기술(Carbon dioxide capture and storage: CCS), 이산화탄소를 이용하거나 고정화시키는 기술, 이산화탄소를 배출하지 않는 대체 에너지기술 등이 있다.
이 중에서 CCS 기술은 발전소 및 산업시설에서 대량으로 나오는 온실가스를 가장 효과적으로 처리할 수 있는 기술로 인식됨에 따라, G-8과 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change) 및 IEA(International Energy Agency) 등 국제 유력기구에서 기술개발 및 활용을 적극적으로 독려하고 있다.
CCS 기술 중에서도 이산화탄소 포집 기술은 전체 비용의 상당 부분을 차지하는 중요 기술로서, 지금까지 연구되고 있는 기술로는 흡수법, 흡착법, 막분리법, 심냉법 등이 있다.
이중에서 흡수법은 대용량의 가스 및 저농도의 가스 분리에 적합하기 때문에, 대부분의 대형 산업체 및 발전소로의 적용이 용이하여 에이비비 러머스 크레스트(ABB lummus Crest)사의 공정이 트로나(Trona, CA, USA) 및 쉐디 포인트(Shady Point, Oklahoma, USA)에서 운전되고 있으며, 관련 기술들이 대한민국 특허공개 제2010-35335호 등에 개시되어 있다.
흡수법에서 일반적으로 다음의 식으로 표현되는 헨리의 법칙에 따라, 가스의 흡수와 산-알칼리 반응의 경우 낮은 온도에서 유리하며, 따라서 가능한 반응기 내에서 낮은 온도로 고르게 유지하는 것이 반응 효율 측면에서 유리하다.
[수학식 1]
pA = HAxe ,
상기 식에서, pA는 성분 A의 분압, HA는 헨리 상수, xe는 액상의 평형조성이다.
반면에, 흡수탑 내부에서는 운전 중 반응열이 발생하는데, 가스의 흐름과 흡수제의 흐름이 반대이기 때문에, 비교적 탑의 상층부에서 온도가 최고점에 이르는 온도 구배를 갖게 되며, 이러한 분포는 흡수탑의 효율적 이용에 불리한 요소이다.
따라서, 본 발명의 목적은 흡수탑의 온도를 낮추고 온도 분포를 고르게 함으로써, 흡수속도를 높이고 흡수탑의 크기를 줄이는 등 전체 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 산성가스 흡수장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 흡수제를 이용한 산성가스의 흡수가 이루어지는 흡수탑; 흡수탑과 연결되고 흡수제의 재생이 이루어지는 탈거탑; 탈거탑에서 재생된 흡수제가 흡수탑으로 이송되는 재생 흡수제 이송라인; 재생 흡수제 이송라인에서 흡수탑으로 분기되는 분기라인; 및 분기라인에 설치되는 흡수제 냉각기(Lean amine cooler)를 포함하는 산성가스 흡수장치를 제공한다.
본 발명에 따른 장치는 분기라인에 설치되는 제어밸브를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 분기라인은 흡수탑의 중간 부위에 연결될 수 있으며, 또한 분기라인은 흡수탑에 설치된 충전층 사이에 연결될 수 있다.
본 발명에서 분기라인에 설치되는 냉각기와 별도로, 재생 흡수제 이송라인에도 흡수제 냉각기(Lean amine cooler)가 추가로 설치될 수 있다.
본 발명에서 흡수제 냉각기의 냉각매체로는 냉각수를 사용할 수 있으며, 흡수제 냉각기의 냉각수는 해수를 이용하여 냉각할 수 있다. 즉, 해수를 이용한 간접 냉각방법으로 흡수제를 냉각시킬 수 있다. 특히, 해변에 위치하는 설비에서 실시하는 경우, 해수는 양질의 냉각원으로 손쉽게 이용 가능하다.
본 발명에 따른 산성가스 흡수장치는 해수를 이용한 흡수제의 간접 냉각을 위해, 해수 공급원; 해수 공급원과 연결되는 해수 이송라인; 흡수제 냉각기와 연결되는 냉각수 이송라인; 및 해수 이송라인과 냉각수 이송라인의 교차지점에 설치되어 해수를 이용하여 흡수제 냉각기의 냉각수를 냉각시키는 냉각수 냉각용 열교환기를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 흡수제는 아민계, 아미노산염, 무기염계 용액, 암모니아수, 금속 이온염 용액 중에서 선택되는 1종 이상이며, 산성가스는 CO2, H2S, SO2, NO2, COS 중에서 선택되는 1종 이상이다.
또한, 본 발명은 흡수탑에서 흡수제를 이용하여 산성가스를 흡수하는 단계; 탈거탑에서 흡수제를 재생하는 단계; 탈거탑에서 재생된 흡수제를 재생 흡수제 이송라인을 통해 흡수탑으로 이송하는 단계; 재생 흡수제 이송라인과 연결된 분기라인을 통해 재생된 흡수제의 일부를 분기하는 단계; 및 분기라인에 설치된 냉각기를 통해 분기된 흡수제를 냉각시킨 후 흡수탑에 주입하는 단계를 포함하는 산성가스 흡수방법을 제공한다.
본 발명에 따른 방법에서는 분기라인에 설치된 제어밸브를 통해 분기되는 흡수제의 유량을 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서는 분기라인에서 냉각된 흡수제를 흡수탑의 중간 부위에 주입할 수 있으며, 또한 분기라인에서 냉각된 흡수제를 흡수탑에 설치된 충전층 사이에 주입할 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서는 재생 흡수제 이송라인에도 냉각기를 설치하여 재생 흡수제를 냉각시킬 수 있다.
본 발명에 따른 산성가스 흡수방법은 해수를 이용한 흡수제의 간접 냉각을 위해, 해수 공급원으로부터 해수 이송라인을 통해 냉각수 냉각용 열교환기에 해수를 공급하는 단계; 흡수제 냉각기에서 사용된 냉각수를 냉각수 이송라인을 통해 냉각수 냉각용 열교환기에 공급하는 단계; 냉각수 냉각용 열교환기에서 해수를 이용하여 냉각수를 냉각시키는 단계; 및 냉각된 냉각수를 흡수제 냉각기로 공급하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 의해 얻을 수 있는 주요 효과는 다음과 같다.
첫째, 흡수 온도를 낮추고 흡수탑 내 고른 온도분포를 유도함으로써, 배가스의 부피를 줄이고 흡수탑 내 흡수속도를 높여 흡수탑의 크기를 축소할 수 있고 배가스 온도가 높을 경우 냉각을 완화할 수 있으며 이로 인해 설치비를 감소시킬 수 있다. 흡수탑 내 상, 하부의 반응속도는 CO2 농도 분포로 인해 상부로 가면서 낮아지게 되는데(도 3 참조, Gary T. rochelle and etc., "Rate-Based Process Modeling Study of CO2 Capture with Aqueous Monoethanolamine Solution", Ind. Eng. Chem. Res, Vol. 48, 9233-9246, 2009), 탈거탑(재생탑)의 신선한 흡수제를 흡수탑 상, 하부에 2단으로 주입함에 따라 온도분포를 고르게 할 수 있다.
둘째, 흡수액의 온도가 낮아 산성가스를 더 많이 흡수할 수 있으므로, 시스템 운전시 흡수액의 순환유량을 줄일 수 있어 운전 에너지를 감소시킬 수 있다.
셋째, 흡수탑에 유입되는 배가스를 냉각시키지 않고 처리가 가능해져서, 관련 냉각설비 및 운전비를 크게 절약하고 부지도 절약할 수 있다. 기존의 흡수공정에서는 흡수탑의 운전온도가 40℃로서, 흡수탑에 유입되는 배가스 온도(53℃ 부근)의 직접 처리가 불가능하여 냉각설비를 추가로 설치해야 했고, 이로 인한 설비 부지와 설비비 및 운전비 등의 비용이 막대하였으나, 본 발명의 기술을 이용할 경우 흡수탑 효율이 높아져 별도의 배가스 냉각 없이 처리가 가능해져서 비용을 줄일 수 있다.
넷째, 탈거 에너지를 감소시킬 수 있다. 흡수탑 효율이 높아져 상대적으로 탈거탑에서의 산성가스 탈거율을 낮추어도, 원하는 산성가스 제거효율을 달성할 수 있다.
다섯째, 해수를 이용하여 흡수제를 간접적으로 냉각시킴으로써, 흡수제를 냉각효율을 개선시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 산성가스 흡수장치의 구성도이다.
도 2는 냉각설비 유무에 따른 흡수탑 내 온도분포를 비교한 그래프이다.
도 3은 흡수탑 높이에 따른 CO2 반응속도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 해수를 이용하여 흡수제 냉각기의 냉각수를 냉각시키는 간접 냉각시스템을 예시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 산성가스 흡수장치의 구성도로서, 산성가스 흡수장치는 흡수탑(30), 포화 흡수제 이송라인(40), 열교환기(50), 탈거탑(60), 리보일러(70), 응축기(80), 리플럭스 드럼(90), 재생 흡수제 이송라인(100), 주 흡수제 냉각기(110), 분기라인(120), 제어밸브(130), 보조 흡수제 냉각기(140) 등을 포함한다.
탈황기(10)에서 이산화 황(SO2) 등이 제거된 배기가스(G1)가 송풍기(20)를 통해 흡수탑(30)의 하단으로 공급되고, 흡수탑(30)의 상단으로는 흡수제가 공급된다. 배기가스(G1)는 산성가스를 포함하는 연소 배기가스일 수 있으며, 산성가스는 CO2, H2S, SO2, NO2, COS 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 흡수제로는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 아민계, 아미노산염, 무기염류 용액, 암모니아수 및 이온염용액 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 이때 흡수제는 1 내지 50 부피 분율 범위의 수용액으로 이용되는 것이 좋다.
흡수탑(30)에서 흡수제와 배기가스(G1)는 향류 접촉된다. 흡수탑(30)에는 흡수제와 배기가스(G1)의 접촉 증대를 위해 적어도 하나, 바람직하게는 2개 이상의 충전층(31, 32)이 설치될 수 있다. 흡수제는 배기가스(G1) 중에 포함된 이산화탄소 등의 산성가스를 흡수하여 산성가스 포화 흡수제를 생성한 후 흡수탑(30) 하단으로 배출된다. 배기가스(G1) 중 흡수제와 반응하지 않은 질소, 산소 등 미반응 가스(G2)는 흡수탑(30) 상부를 통해 배출된다. 흡수탑(30)의 운전온도는 흡수제의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 흡수탑(30)의 운전 온도는 40℃ 내지 60℃의 범위로 유지될 수 있다. 한편, 순환되는 세척수를 이용하거나, 공정의 물 수지를 맞출 수 있도록 공급되는 보충수를 이용하여, 흡수제 또는 증기가 비말하는 것을 방지할 수 있다.
산성가스가 포화된 흡수제는 포화 흡수제 이송펌프(P1)에 의해 포화 흡수제 이송라인(40)을 따라 탈거탑(60)으로 이송되는데, 이송라인(40)의 중간에 설치된 열교환기(50)에서 재생 흡수제와의 열 교환을 통해 예열된 상태로 탈거탑(60) 상부로 주입된다. 포화 흡수제의 재생은 높은 온도(100 내지 140℃) 및 대기압 정도의 압력 하에 탈거탑(60)에서 수행된다. 탈거탑(60) 상부로 주입된 포화 흡수제는 탈거탑(60)의 하부로 이동하면서 리보일러(70)에서 공급되는 열 에너지에 의하여 산성가스가 탈거되고 흡수제가 재생된다. 재생 조건을 유지하기 위하여, 터빈 수증기 등의 열원이 리보일러(70)로 공급되며, 이 과정에서 열에너지가 소모된다.
탈거탑(60)에 공급되는 에너지는 포화 흡수제에 화학적으로 결합되어 있는 산성가스를 탈거시키고, 탈거된 산성가스와 수증기의 혼합가스는 응축기(80)와 리플럭스 드럼(90)을 거치면서, 산성가스(G3)와 응축수로 분리된다. 산성가스(G3)는 별도의 회수 공정 또는 처리 공정으로 이송되어 저장 또는 용도에 따라 사용되고, 응축수는 회수되어 이송펌프(P3)에 의해 탈거탑(60)로 다시 공급된다.
산성가스가 탈거되어 재생된 흡수제는 재생 흡수제 이송펌프(P2)에 의해 재생 흡수제 이송라인(100)을 따라 흡수탑(30)으로 이송되는데, 이송라인(100)의 중간에 설치된 열교환기(50)에서 포화 흡수제와의 열 교환을 통해 냉각된 상태로 흡수탑(30)으로 재순환된다.
재생 흡수제 이송라인(100)에는 주 흡수제 냉각기(110)가 설치되어 재생 흡수제가 추가로 냉각된 후 흡수탑(30)의 상부로 주입된다.
본 발명에 따라 재생 흡수제 이송라인(100)에는 분기라인(120)이 설치되어 재생 흡수제의 일부가 분기되고, 이 분기라인(120)에는 보조 흡수제 냉각기(140)가 설치되어 주 냉각기(110)에서 냉각된 재생 흡수제가 추가로 냉각된다.
또한, 분기라인(120)에는 보조 흡수제 냉각기(140) 전단에 제어밸브(130)가 설치되어 분기라인(120)으로 분기되는 재생 흡수제의 유량이 제어된다.
보조 흡수제 냉각기(140)에서 냉각된 재생 흡수제는 흡수탑(30)의 중간 부위, 바람직하게는 충전층(31, 32) 사이 공간에 주입됨으로써, 흡수탑(30) 내 온도분포가 균일해질 수 있다.
주 흡수제 냉각기(110) 및 보조 흡수제 냉각기(140)에 사용되는 냉각매체로는 특별히 제한되지 않으나, 통상적인 냉각수가 사용되고, 이 냉각수의 냉각을 위해 해수가 사용되는 것이 바람직하다.
표 1은 대한민국의 해수 분포를 예시한 것으로(자료: 발전소 주변 일반환경조사 및 평가 보고서, 2009～2011, 한국전력공사 전력연구원), 국내의 해수 온도는 충분히 낮아서, 흡수제 냉각기(110, 140)에서 사용된 후 배출되는 뜨거운 냉각수를 냉각시키기에 충분히 차갑다.
위치
서해안
(영광원자력 주변)		 남해안
(고리원자력 주변)		 동해안
(울진원자력 주변)
해수 온도(℃) 3.8～34.4 9.9～26.7 10.0～30.2
도 4는 해수를 이용하여 흡수제 냉각기의 냉각수를 냉각시키는 간접 냉각시스템을 예시한 것으로, 이 냉각 시스템은 해수 공급원(150), 해수 이송라인(170), 냉각수 냉각용 열교환기(180), 냉각수 이송라인(190) 등으로 구성될 수 있다.
해수 공급원(150)은 바다이거나 해수저장탱크일 수 있다. C.W.는 순환수를 의미하며, 순환수로는 해수가 사용된다.
해수 이송라인(170)은 해수 공급원(150)과 연결되어 해수를 냉각수 냉각용 열교환기(180)에 공급한다.
냉각수 이송라인(190)은 흡수제 냉각기(110, 140)와 연결되어 사용 후 배출된 냉각수를 냉각수 냉각용 열교환기(180)에 공급한다.
냉각수 냉각용 열교환기(180)는 해수 이송라인(170)과 냉각수 이송라인(190)의 교차지점에 설치되고, 상대적으로 차가운 해수를 이용하여 흡수제 냉각기(110, 140)의 냉각수를 냉각시킨다.
본 발명에서는 흡수제를 냉각하는 주 흡수제 냉각기(110) 및 보조 흡수제 냉각기(140)에 사용되는 냉각수를 냉각하기 위해 해수를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 해수는 냉각수를 냉각시키고, 냉각수는 흡수제를 냉각시킨다. 요컨대, 해수는 흡수제를 간접적으로 냉각하는데 사용될 수 있다.
이를 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 기존(existing) 열교환기(160) 구성에서 냉각수 냉각용 열교환기(180)를 추가로 설치하는 것이 바람직하다. 냉각수 냉각용 열교환기(180)에서는 해수 이송라인(170)과 냉각수 이송라인(190)이 교차하게 되고, 이에 따라 상대적으로 차가운 해수는 가열되고 해수보다 높은 온도로 유입되는 냉각수는 냉각된다.
구체적으로 설명하면, 주 흡수제 냉각기(110) 및 보조 흡수제 냉각기(140)에서 사용된 냉각수는 흡수제를 냉각시키면서 자신은 가열되어 온도가 상승된 상태로 냉각기(110, 140)에서 배출된다. 이처럼 뜨거워진 냉각수는 냉각수 이송라인(190)을 통해 냉각수 냉각용 열교환기(180)에 유입되고, 상대적으로 차가운 해수에 의해 냉각된 후, 다시 주 흡수제 냉각기(110) 및 보조 흡수제 냉각기(140)에 공급된다. 이후 이러한 과정이 계속해서 반복된다.
본 발명은 이산화탄소 등 산성가스가 혼합물 상태로 대량 존재하는 가스에서 산성가스만을 분리할 때 활용하는 흡수분리공정에서 문제시 되고 있는 흡수탑 내 온도분포를 균일하게 하기 위해, 흡수탑에 공급되는 흡수제를 일부 분기하여 열교환을 거쳐 온도를 낮추고, 이를 온도가 크게 상승되는 흡수탑 중간 부위에 공급하며, 분기되는 흡수제의 효율적인 운영을 위해 열교환기(냉각기) 전단에 자동 컨트롤 밸브를 달아 유량의 조절 등 시스템의 운전 조건을 최적화하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 기존의 냉각기(Lean Amine Cooler)에서 나온 흡수제를 일부 분기하되, 추가로 설치된 흡수제 냉각기에서 흡수제의 온도를 충분히 낮춘 후, 온도가 비교적 높은 흡수탑의 중앙에 공급함으로써, 흡수탑의 온도를 낮추고 흡수탑 내 온도분포를 고르게 한 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 흡수탑 내 흡수속도를 높여 흡수탑의 크기를 줄임으로써 부지 면적과 설치비를 낮출 수 있고, 상대적으로 적은 흡수제 유량으로 산성가스를 더 많이 흡수할 수 있도록 하여 흡수액의 순환유량을 줄일 수 있게 된다. 따라서, 운전 에너지가 감소하는 등 산성가스 흡수 시스템의 효율을 크게 향상시키게 된다. 또한, 높아진 흡수탑의 반응 효율과 온도 제어로 인해, 흡수탑에 유입되는 배가스를 별도로 냉각하지 않아도 됨에 따라, 관련 설비와 비용을 크게 줄일 수 있다.
흡수 공정은 기본적으로 산성가스를 흡수하는 흡수탑(absorber)과 흡수제에 흡수된 산성가스를 탈거하는 탈거탑(stripper)으로 구성된다. 흡수제로서는 아민 계통의 유기 흡수제가 주로 활용되는데, 흡수제는 경제성을 고려하여 흡수탑에서 산성가스를 흡수하고 탈거탑에서 탈거하여 재활용한다.
헨리의 법칙에 의해 흡수탑에서는 온도가 낮을수록 산성가스가 잘 흡수되므로, 고온의 탈거탑을 거친 흡수제는 일련의 열교환기(Lean/Rich Amine Exchanger, Laean Amine Cooler)를 거쳐 온도를 충분히 낮추어 준다. 이 흡수제는 흡수탑에서 하부에서 올라오는 산성가스와 접촉하고, 산-알칼리 반응에 의해 흡수제에 산성가스가 반응하면서 발열이 되는데, 냉각설비가 없는 경우 흡수탑 내 온도 분포는 도 2의 오른쪽 그래프와 같으며, 즉 흡수탑 상단 부위에서 온도가 최대로 되어 반응속도와 산성가스 제거율에 나쁜 영향을 준다. 따라서, 흡수탑 내의 온도분포를 고르게 하는 것이 탑의 효율과 산성가스 제거율을 높이는 데 매우 중요하다.
본 발명은 흡수탑 내 온도분포를 낮추고 고르게 하여 흡수탑 효율을 높이기 위한 것으로, 도 1에서 제시한 바와 같이 기존의 냉각기에서 나온 흡수제를 일부 분기하되, 추가로 설치된 냉각기에서 온도를 적절히 낮춘 흡수제를 흡수탑 중앙에 공급하여 온도를 낮춤으로써, 도 2에서의 냉각설비 추가에 따른 온도분포를 가지도록 하는 것을 특징으로 한다. 이때 추가 냉각기에 분기되는 흡수제의 양은 흡수탑의 운전 상태에 따라 최적점을 찾도록 하고, 이에 따라 추가로 설치된 자동 제어밸브에 의해 조절되도록 한다. 또한, 흡수제 냉각기 및 추가 분기 흡수제 냉각기에 공급되는 냉각수를 해수를 이용하여 냉각시킴으로써, 흡수제의 냉각효과를 극대화할 수 있다.
흡수탑 내부에서는 반응열이 발생하는데, 가스의 흐름과 흡수제의 흐름이 반대이기 때문에, 흡수탑의 상층부에서 온도가 최고점에 이르는 구배를 갖게 되며, 이러한 분포는 흡수탑의 효율적 이용에 불리한 요소이다. 본 발명에서는 이런 문제점을 개선하기 위해, 기존의 냉각기(Lean Amine Cooler)에서 나온 흡수제를 일부 분기한 후, 자동 제어밸브와 추가 냉각기를 통해 온도가 충분히 낮아진 흡수제를 흡수탑 중앙에 공급하여 온도를 낮추는 것을 특징으로 하며, 이에 따라 1) 흡수탑 내 온도분포를 고르게 함으로써 흡수탑 내 흡수속도를 높여 흡수탑의 크기와 이로 인한 설치비를 절감할 수 있고, 2) 흡수탑 내 고른 온도 분포로 인해 상대적으로 더 많은 산성가스의 흡수가 가능하므로, 흡수제의 순환유량을 줄여 운전 에너지를 절감할 수 있으며, 3) 특히 기존 흡수공정에서는 비효율적인 흡수탑 운영으로 흡수탑에 유입되는 배가스의 온도(53℃ 부근)의 처리가 불가능하여, 정해진 제거율을 달성하기 위해 40℃까지 내려 운전해야 했는데, 본 발명에서는 흡수탑에 유입되는 배가스를 냉각시키지 않고 처리가 가능해져 관련 냉각설비 및 운전비와 부지 등 막대한 설비와 비용을 근본적으로 줄일 수 있고, 4) 탈거에너지가 감소하는 효과를 얻을 수 있다.
10: 탈황기
20: 송풍기
30: 흡수탑
31, 32: 충전층
40: 포화 흡수제 이송라인
50: 열교환기
60: 탈거탑
70: 리보일러
80: 응축기
90: 리플럭스 드럼
100: 재생 흡수제 이송라인
110: 주 흡수제 냉각기(Lean amine cooler)
120: 분기라인
130: 제어밸브
140: 보조 흡수제 냉각기(Auxiliary amine cooler)
150: 해수 공급원
160: 기존 열교환기
170: 해수 이송라인
180: 냉각수 냉각용 열교환기
190: 냉각수 이송라인

Claims (18)

  1. 흡수제를 이용한 산성가스의 흡수가 이루어지는 흡수탑;
    흡수탑과 연결되고 흡수제의 재생이 이루어지는 탈거탑;
    탈거탑에서 재생된 흡수제가 흡수탑으로 이송되는 재생 흡수제 이송라인;
    재생 흡수제 이송라인에서 흡수탑으로 분기되는 분기라인; 및
    분기라인에 설치되는 흡수제 냉각기를 포함하는 산성가스 흡수장치.
  2. 제1항에 있어서,
    분기라인에 설치되는 제어밸브를 추가로 포함하는 산성가스 흡수장치.
  3. 제1항에 있어서,
    분기라인은 흡수탑의 중간 부위에 연결되는 것을 특징으로 하는 산성가스 흡수장치.
  4. 제1항에 있어서,
    분기라인은 흡수탑에 설치된 충전층 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 산성가스 흡수장치.
  5. 제1항에 있어서,
    재생 흡수제 이송라인에도 흡수제 냉각기가 설치되는 것을 특징으로 하는 산성가스 흡수장치.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    흡수제 냉각기의 냉각매체는 냉각수인 것을 특징으로 하는 산성가스 흡수장치.
  7. 제6항에 있어서,
    해수 공급원;
    해수 공급원과 연결되는 해수 이송라인;
    흡수제 냉각기와 연결되는 냉각수 이송라인; 및
    해수 이송라인과 냉각수 이송라인의 교차지점에 설치되어 해수를 이용하여 흡수제 냉각기의 냉각수를 냉각시키는 냉각수 냉각용 열교환기를 추가로 포함하는 산성가스 흡수장치.
  8. 제1항에 있어서,
    흡수제는 아민계, 아미노산염, 무기염계 용액, 암모니아수, 금속 이온염 용액 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 산성가스 흡수장치.
  9. 제1항에 있어서,
    산성가스는 CO2, H2S, SO2, NO2, COS 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 산성가스 흡수장치.
  10. 흡수탑에서 흡수제를 이용하여 산성가스를 흡수하는 단계;
    탈거탑에서 흡수제를 재생하는 단계;
    탈거탑에서 재생된 흡수제를 재생 흡수제 이송라인을 통해 흡수탑으로 이송하는 단계;
    재생 흡수제 이송라인과 연결된 분기라인을 통해 재생된 흡수제의 일부를 분기하는 단계; 및
    분기라인에 설치된 흡수제 냉각기를 통해 분기된 흡수제를 냉각시킨 후 흡수탑에 주입하는 단계를 포함하는 산성가스 흡수방법.
  11. 제10항에 있어서,
    분기라인에 설치된 제어밸브를 통해 분기되는 흡수제의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 산성가스 흡수방법.
  12. 제10항에 있어서,
    분기라인에서 냉각된 흡수제를 흡수탑의 중간 부위에 주입하는 것을 특징으로 하는 산성가스 흡수방법.
  13. 제10항에 있어서,
    분기라인에서 냉각된 흡수제를 흡수탑에 설치된 충전층 사이에 주입하는 것을 특징으로 하는 산성가스 흡수방법.
  14. 제10항에 있어서,
    재생 흡수제 이송라인에도 흡수제 냉각기를 설치하여 재생 흡수제를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 산성가스 흡수방법.
  15. 제10항 또는 제14항에 있어서,
    흡수제 냉각기의 냉각매체는 냉각수인 것을 특징으로 하는 산성가스 흡수방법.
  16. 제15항에 있어서,
    해수 공급원으로부터 해수 이송라인을 통해 냉각수 냉각용 열교환기에 해수를 공급하는 단계;
    흡수제 냉각기에서 사용된 냉각수를 냉각수 이송라인을 통해 냉각수 냉각용 열교환기에 공급하는 단계;
    냉각수 냉각용 열교환기에서 해수를 이용하여 냉각수를 냉각시키는 단계; 및
    냉각된 냉각수를 흡수제 냉각기로 공급하는 단계를 추가로 포함하는 산성가스 흡수방법.
  17. 제10항에 있어서,
    흡수제는 아민계, 아미노산염, 무기염계 용액, 암모니아수, 금속 이온염 용액 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 산성가스 흡수방법.
  18. 제10항에 있어서,
    산성가스는 CO2, H2S, SO2, NO2, COS 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 산성가스 흡수방법.
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