KR20130038372A - 단일 스테이지 팽창 및 및 고증발을 위한 펌프을 사용한 co2의 에너지 효율적 생산 - Google Patents

단일 스테이지 팽창 및 및 고증발을 위한 펌프을 사용한 co2의 에너지 효율적 생산 Download PDF

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Abstract

연소 연도 가스들로부터 액체 C02를 제조하기 위한 방법 및 플랜트가 개시되며, 연도 가스는 적어도 하나의 열교환기(11, 17) 및 분리 드럼(19)을 포함하는 단일 스테이지 상분리에서 부분적으로 응축되고, 적어도 하나의 열교환기(11, 17)는 팽창된 오프가스(23)와 팽창된 액체 C02(3.3)에 의해 냉각되며, 팽창된 C02(3.3)의 제 1 부분은 적어도 하나의 열 교환기(17)를 통과한 후에 추가의 분리 드럼(33)에서 액체 C02와 가스 C02로 분리되고, 추가의 분리 드럼(33)의 가스 C02(3.4)와 액체 C02(3.5)는 제 1 압력 레벨로 팽창되며(플래그 번호 7d'), 추가의 분리 드럼(33)의 액체 C02의 제 2 부분(3.6)은 적어도 하나의 열교환기(17)에서 연도 가스를 냉각하기 위하여 제 2 압력 레벨로 팽창된다(플래그 번호 7e').

Description

단일 스테이지 팽창 및 및 고증발을 위한 펌프을 사용한 CO2의 에너지 효율적 생산{ENERGY EFFICIENT PRODUCTION OF C02 USING SINGLE STAGE EXPANSION AND PUMPS FOR ELEVATED EVAPORATION}
본 발명은 연도 가스에 함유된 C02의 액화를 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다. 연도 가스로부터의 C02의 액화는 아주 긴 기간 동안 공지되었다.
연소 연도 가스로부터 CO2의 제조를 위한 대부분의 극저온 방법은 2개 이상의 분리 스테이지들을 가지는 종래의 분리 계획을 사용한다. 도 1에서, 이러한 종래의 설비가 블록도로서 도시된다.
본 출원의 도면들에서, 연도 가스 스트림 뿐만 아니라 CO2의 다양한 지점들에서의 온도 및 압력은 소위 플래그(flag)들에 의해 지시된다. 각 플래그에 속하는 온도 및 압력은 다음의 표 1에서 열거된다. 이러한 온도 및 압력들이 하나의 예로서 의미한다는 것은 당업자에게는 자명한 것이다. 이러한 것들은 연도 가스의 조성, 주위 온도 및 액화 C02의 요구되는 순도에 따라서 변할 수 있다.
연도 가스는 제 1 압축기(1)에서 압축된다. 이러한 압축은 연도 가스로부터 수증기와 수분의 대부분을 분리하는 각각의 압축 스테이지(도시되지 않음) 사이에 쿨러들과 수분 분리기들을 가진 멀티 스테이지 압축 공정일 수 있다.
도 1에서, 연도 가스 스트림은 도면 부호 3으로 지시된다. 제 1 압축기(1)로에 의해 방출될 때, 연도 가스는 주위 온도보다 상당히 높은 온도를 가지며, 그런 다음 제 1 쿨러(5)에 의해 대략 13℃로 냉각된다. 압력은 대략 35.7 bar이다.
연도 가스 스트림(3)에서 여전히 함유된 습기는 적절한 건조 공정, 예를 들어 건조기(7)에서 흡착 건조되는 것에 의해 수분이 제거되고, 이어서 제 1 분리 스테이지(9)로 운반된다. 이러한 제 1 분리 스테이지(9)는 제 1 열교환기(11)와 중간 분리 드럼(13)을 포함한다. 제 1 열교환기(11)는 연도 가스 스트림(3)을 냉각하는데 이용된다. 이러한 냉각의 결과로서, 연도 가스 스트림(3)에 함유된 C02의 부분적인 응축이 일어난다. 결과적으로, 연도 가스 스트림(3)은 2상 혼합물로서 중간 분리 드럼(13)에 들어간다. 중간 분리 드럼에서, 연도 가스 스트림의 액체상 및 가스상은 중력의 수단에 의해 분리된다. 제 1 분리 드럼에서, 압력은 대략 34.7 bar이며, 온도는 -19℃이다(플래그 번호 5 참조).
중간 분리 드럼(13)의 바닥에는 액화 C02가 추출되고, 제 1 감압 밸브(15.1)을 통해 대략 18.4 bar의 압력으로 팽창된다(도면 부호 3.1 참조). 이러한 것은 -22℃ 내지 -29℃의 C02의 온도를 유발한다(플래그 번호 10 참조). 연도 가스의 부분적인 C02 스트림(3.1)은 연도 가스 스트림(3)에 의해 제 1 열교환기(11)에서 가열되어 증발된다. 제 1 열교환기(11)의 출구에서, 부분적인 스트림(3.1)은 대략 25℃의 온도와 대략 18 bar의 압력을 가진다(플래그 번호 11 참조).
중간 분리 드럼(13)의 헤드에서 추출되는 제 2 부분적인 스트림(3.2)에 이어서, 가스 상태로 중간 분리 드럼(13)으로부터 추출되는 이러한 부분적인 스트림(3.2)이 제 2 열교환기(17)에서 냉각되고 부분적으로 응축된다는 것이 명백하게 된다. 이후에, 2상 혼합물로서 또한 존재하는 이러한 부분적인 스트림(3.2)은 제 2 분리 드럼(19)으로 운반된다. 제 2 열교환기(17)와 제 2 분리 드럼(19)은 제 2 분리 스테이지(21)의 주요 구성 요소들이다.
제 2 분리 드럼(19)에서, 부분적인 스트림(3.2)의 액체상과 가스상 사이의 중력 기반 분리(gravity-supported separation)가 다시 일어난다. 제 2 분리 드럼(19)에서, 압력은 대략 34.3 bar이고 온도는 대략 -50℃이다(플래그 번호 6 참조).
제 2 분리 드럼(19)에서의 가스상, 소위 오프가스(23, offgas)는 제 2 분리 드럼(19)의 헤드에서 추출되고, 대략 -54℃로 냉각되도록 제 2 감압 밸브(15.2)에서 대략 27 bar로 팽창된다(플래그 번호 7 참조).
도면들에서, 오프가스는 도면 부호 23으로 지시된다. 오프가스(23)는 제 2 열교환기(17)를 통하여 흐르고, 이에 의해 반류(counter stream)로 연도 가스(3.2)를 냉각한다.
제 2 분리 드럼(19)의 바닥에서, 액체 C02(도면 부호 3.3 참조)는 추출되고 제 3 감압 밸브(15.3)에서 대략 17 bar로 팽창되어서, 마찬가지로 -54℃의 온도에 도달한다(플래그 번호 7a 참조). 이러한 스트림(3.3)은 제 2 열교환기(17)로 운반된다. 제 2 열교환기(17)에서, 액체 C02의 일부는 증발하고, 스트림(3.3)은 제 4 감압 밸브(15.4)에서 대략 5 내지 10 bar로 팽창되어서, 이 지점에서, -54℃의 온도가 도달되고(플래그 번호 7b 참조), 스트림(3.3)은 다시 제 2 열교환기(17)로 운반된다.
스트림(3.3)이 제 2 열교환기(17)를 통해 흐른 후에, 이것은 다시 제 1 열교환기(11)로 운반된다. 제 1 열교환기(11)의 입구에서, 이 스트림은 -22 내지 -29℃의 온도와 함께 대략 5 내지 10 bar의 압력을 가진다(플래그 번호 14 참조).
이러한 스트림(3.3)은 제 1 열교환기(11)에서 열을 취하여서, 제 1 열교환기의 출구에서, 이것은 대략 5 내지 10 bar의 압력과 함께 대략 -7℃의 온도를 가진다. 제 3 스트림(3.3)은 제 1 압축기 스테이지에서 제 2 압축기(25)로 운반되는데 반하여, 대략 18 bar의 압력을 가지는 스트림(3.1)은 도 1에 도시된 3-스테이지 압축기(25)에 있는 제 2 압축기 스테이지로 운반된다.
제 2 압축기(25)의 다양한 스테이지들 사이의 인터쿨러(intercooler)와 압축된 C02를 위한 애프터쿨러(aftercooler)는 도 1에 도시되지 않았다.
제 2 압축기(25)의 출구에서, 압축된 C02는 80℃ 내지 130℃의 온도와 함께 60 bar 내지 110 bar 사이의 압력을 가진다. 도시되지 않은 애프터쿨러에서, C02는 주위 온도로 냉각된다.
필요하면, C02는 파이프라인 내로 직접 공급되거나 액화되고, 제 1 C02 펌프(27)로부터 예를 들어 파이프라인(도시되지 않음)으로 운반된다. 제 1 C02 펌프(27)는 파이프라인에서 주어진 압력으로 액체 C02의 압력을 상승시킨다.
오프가스(23)로 되돌아가서, 오프가스가 제 2 열교환기(17)와 제 1 열교환기(11)를 통하여 흐르고, 이에 의해 연도 가스 스트림(3)으로부터 열을 취하는 것을 알 수 있다. 제 1 열교환기(11)의 출구에서, 오프가스(23)는 대략 26℃ 내지 30℃의 온도와 대략 26 bar의 압력을 가진다(플래그 번호 16 참조).
에너지 회수를 최대화하기 위하여, 오프가스 과열기(29)로 오프가스(23)를 과열시키고, 그런 다음 팽창 터빈(31) 또는 임의의 다른 팽창 장치로 이를 운반하는 것이 공지되어 있다. 여기에서, 기계적인 에너지는 재순환되고, 이후에, 오프가스는 대략 대기압에 대응하는 낮은 압력으로 주위로 방출된다.
CO2를 액화하기 위한 도 1의 수단에 의해 기술된 이러한 설비는 비교적 간단하고 문제없이 작동한다. 예를 들어 화석 연료가 연소되는 화력발전소의 연도 가스들로부터 액체 CO2의 종래의 제조의 결점은, 화력발전소의 순수 효율도(net efficiency degree)에서 부정적인 영향을 가지는 높은 에너지 수요이다.
그러므로, 본 발명은 감소된 에너지 수요로 동작하고, 그러므로 화력발전소의 순수 효율도를 증가시키는, 연도 가스에 함유된 CO2를 액화하기 위한 방법 및 설비를 제공하는 목적을 가진다.
동시에, 상기 방법은 가능한 간단하여야 하고, 견고하고 문제가 없는 동작을 보장하기 위하여 유익하게 제어 가능한 작동 기술이어야 한다.
본 발명에 따라서, 이러한 목적은 연소 연도 가스들로부터 액체 C02를 제조하기 위한 방법으로서, 적어도 하나의 열교환기 및 분리 드럼을 포함하는 단일 스테이지 상분리(single stage phase separation)에서 연도 가스가 부분적으로 응축되고, 상기 적어도 하나의 열교환기가 팽창된 오프가스와 팽창된 액체 C02에 의해 냉각되며, 상기 C02의 일부가 제 1 압력 레벨로 팽창되고, 상기 적어도 하나의 열 교환기를 통과한 후에 추가의 분리 드럼에서 액체 C02와 가스 C02로 분리되고, 상기 추가의 분리 드럼의 가스 C02와 액체 C02는 제 2 압력 레벨로 팽창되는, 연소 연도 가스들로부터 액체 C02 제조 방법으로 달성된다. 상기 분리 드럼의 액체 C02의 제 2 부분은 상기 적어도 하나의 열교환기에서 C02를 냉각하기 위하여 제 3 압력 레벨로 팽창된다.
보다 높은 압력 레벨에서 C02의 증발로부터 초래되는 감소된 체적 흐름(volume flow)으로 인하여, 결과적으로, 업스트림 화력발전소의 개선된 순수 효율도의 직접적인 효과를 가지는 제 2 압축기(25)에 대해 요구되는 동력이 상당히 감소한다.
청구된 발명의 추가의 유익한 실시예는 제 1 분리 드럼의 액체 C02의 제 3 부분의 압력이 상기 적어도 하나의 열교환기에서 C02를 냉각하기 위한 제 4 압력 레벨로 상승되는 단계를 포함한다.
이러한 C02 스트림은 그런 다음 한층 높은 압력 스테이지에서 압축기(25)로 공급되어, 추가의 감소된 동력 소모를 유발한다.
이러한 분리 드럼의 액체 C02의 제 2 부분이 대략 15 bar 내지 25 bar의 압력으로, 바람직하게 20 bar로 팽창되는 것이 바람직하다. 이러한 압력 범위는 통상 원심 압축기에 인가되는 통상의 압축비와 일치한다.
청구된 방법의 추가의 유익한 실시예는 상기 제 1 분리 드럼의 액체 C02의 제 3 부분이 대략 40 bar 내지 50 bar의 압력으로, 바람직하게 45 bar로 상승되는 것을 포함한다.
이러한 압력 레벨은 한편으로는 플랜트의 에너지 효율적인 동작을 가능하게 하는 한편 상업적으로 이용 가능한 압축비를 유지하고, 예를 들어 C02의 요구된 품질에 의존하는 상이한 동작 지점 및/또는 주위 온도에서 구동하는 것을 가능하게 한다.
상기 적어도 하나의 열교환기에서 냉각 목적을 위하여 상기 분리 드럼으로부터 C02의 부분적인 스트림들을 사용하는 것이 또한 유익하다.
냉각 목적을 위하여 이러한 C02 스트림들을 사용하는 것에 의해, 가연성 냉각 매체를 사용하는 것이 회피될 수 있으며, 이러한 것은 화재의 감소된 위험을 유발하며 안전 시스템을 위한 비용을 최소화한다.
그 압력 레벨에 따라 제 2 압축기의 상이한 스테이지들로 C02 스트림을 공급하는 것에 의해, 에너지 소모의 감소가 달성된다.
적어도 상기 하나의 열교환기를 들어가기 전에 제 1 압축기에서 연도 가스(3)를 압축하고 그런 다음 제 1 쿨러에서 연도 가스를 냉각하는 것 및/또는 건조기에서 연도 가스를 건조시키는 것은 수증기의 대부분이 분리되었기 때문에 연도 가스의 체적을 감소시킨다. 이러한 것은 건조기와 액체 C02를 제조하기 위한 플랜트의 크기가 더욱 작게 될 수 있어서, 감소된 에너지 손실 및 감소된 비용을 유발할 수 있다는 것을 의미한다.
최종 분리 스테이지로부터 대략 27 bar로 오프가스를 팽창시키고 적어도 하나의 열교환기로 들어가기 전에 -54℃의 온도를 유발하는 것에 의해, 팽창 후에 압력 레벨은 가능한 높고, 그러므로 팽창기에서 에너지 회수를 최대화한다.
에너지 소모의 추가의 감소는 적어도 하나의 열교환기를 통과한 후에 적어도 하나의 팽창 장치에서 오프가스를 팽창시키고 이어서 이를 다시 적어도 하나의 열교환기로 다시 공급하는 것에 의해 달성될 수 있다.
선택적으로, 오프가스(23)는 적어도 하나의 열교환기를 통과한 후 및 적어도 하나의 팽창 장치에 들어가기 전에 과열될 수 있다. 폐열이 과열을 위해 사용될 수 있으면, 팽창 장치의 출력이 증가될 수 있고, 플랜트의 보다 양호한 전체 효율을 유발할 수 있다.
바람직하게, 2개의 팽창 스테이지들이 사용되고(도 3 참조), 그러므로 제 3 및 제 4 압력 레벨로 보내질 수 있는 C02의 양을 최대화할 수 있다.
청구된 발명의 추가의 이점들은 다음에 도 2 및 도 3과 관련하여 기술된다.
도 1은 종래 기술에 따른 연도 가스로부터의 CO2 액화를 위한 설비를 도시한 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 CO2 액화를 위한 설비의 실시예를 도시한 도면.
도 2에서, 동일한 구성 요소들은 동일한 도면 부호로 지시된다. 도 1에 관한 설명은 상응하게 적용한다.
제 1 압축기(1), 제 1 쿨러(5), 건조기(7), 제 1 열교환기(11)에서의 연도 가스 스트림(3)의 처리는 도 1의 수단에 의해 기술된 바와 같이 발생한다. 연도 가스 스트림(3)은 제 1 열교환기(11)로부터 제 2 열교환기(17)로 직접 유동하고, 그런 다음 제 1 분리 드럼(19)으로 운반된다. 연도 가스 스트림(3)의 2개의 상(액체 및 가스)들은 제 1 분리 드럼(19)에서 오프가스 스트림(23)과 액체 CO2의 부분적인 스트림으로 분할된다. 제 1 분리 드럼(19)의 바닥에서, 이러한 부분적인 스트림이 추출되고, 도 1에서와 같이 도면 부호 3.3을 가진다.
도 1의 설명에서 이미 설명된 바와 같이, 부분적인 스트림(3.3)은 제 3 감압 밸브(15.3)에서 17.5 bar의 압력으로 팽창되고, 이에 의해 -54℃로 냉각된다. 부분적인 스트림(3.3)은 제 2 열교환기(17)를 통해 흐르고, 이에 의해 연도 가스 스트림(3)으로부터 열을 취하며, 대략 -47℃의 온도로(플래그 번호 8' 참조) 제 2 분리 드럼(33) 내로 들어간다.
부분적으로 액체이고 부분적으로 가스인 CO2는 대략 16.5 bar의 압력과 -47℃의 온도(플래그 번호 9' 참조)를 가진다.
가스상은 제 2 분리 드럼(33)의 헤드에서 추출되고, 제 4 감압 밸브(15.4)에서 팽창된다. 제 2 분리 드럼(33)의 헤드에서 추출되는 가스의 부분적인 스트림은 도 2에서 도면 부호 3.4로 지시된다.
제 2 분리 드럼(33)의 바닥에서, 액체 스트림(3.5)은 추출되고, 제 5 감압 밸브(15.5)에서 팽창된다. 이어서, 부분적인 스트림(3.4 및 3.5)들은 다시 함께 보내진다. 그런 다음, 스트림들은 대략 5 내지 10 bar의 압력과 -54℃의 온도를 가진다(플래그 번호 7d' 참조).
제 1 분리 드럼(19)으로부터 C02의 제 2 부분(3.6)은 제 6 감압 밸브(15.6)를 통해
Figure pct00001
23 bar의 압력으로 팽창되고(플래그 번호 7e' 참조), 중간 진입 지점에서 열교환기(17)로 복귀된다.
이러한 부분적으로 액체이고 부분적으로 가스인 C02에 의해, 제 2 열교환기(17)에 있는 연도 가스 스트림(3)은 냉각된다.
부분적인 스트림(3.6)의 진입 온도가 오프가스(23) 뿐만 아니라 부분적인 스트림(3.3)의 진입 온도보다 높음으로써, 연도 가스 스트림(3)은 먼저 부분적인 스트림(3.6)과 함께 냉각된다. 그러므로, 심지어 -45℃의 이러한 보다 높은 온도를 가진 연도 가스 스트림(3)으로부터 열을 취하는 것이 가능하다. 도 2에서, 이러한 사실은 부분적인 스트림(3.6)의 열교환 영역의 위치에 의해 도시된다.
부분적인 스트림(3.6)은 대략 -22℃ 내지 -29℃의 온도로 제 2 열교환기(17)를 떠나고(플래그 번호 13' 참조), 그런 다음 제 1 열교환기(11)로 직접 운반된다. 제 1 열교환기(11)에서, 부분적인 스트림(3.6)은 연도 가스 스트림(3)으로부터 열을 취한다. 부분적인 스트림(3.6)은 대략 25℃의 온도와 대략 18 bar의 압력으로 제 1 열교환기를 떠나며(플래그 번호 11' 참조), 그러므로 제 2 압축기(25)의 제 2 압축 스테이지로 운반될 수 있다.
부분적인 스트림(3.6)이 제 2 압축기(25)의 제 2 압축 스테이지로 운반될 수 있음으로써, 제 2 압축기(25)의 제 1 압축 스테이지로 운반되어야만 하는 부분적인 스트림(3.3)은 상응하게 감소된다. 결과적으로, 제 2 압축기(25)에 의해 요구되는 동력은 더욱 작다. 이러한 것은 본 발명에 따른 설비의 에너지 수요에서 긍정적인 효과를 가진다.
때때로, 제 1 분리 드럼(19)으로부터 액체 C02의 나머지(3.7)는 C02 펌프(37)에 의해
Figure pct00002
45 bar의 압력(플래그 번호 7g 참조)으로 펌핑되고(도면 부호 37 참조), 또한 중간 진입 지점에서 열교환기(17)로 복귀된다.
부분적인 스트림(3.6)과 평행하게, 추가의 부분적인 스트림(3.7)은 제 2 열교환기(17)와 제 1 열교환기(11)를 통해 유동한다. 부분적인 스트림(3.7)은 C02 펌프(37)에 의해 구동되고, 대략 45 bar의 증가된 압력 레벨로 오게 된다(플래그 번호 7g 참조). 제 8 밸브(15.8)는 C02 펌프(37)에 의해 펌핑된 C02의 양을 제어하는데 이용된다.
부분적인 스트림(3.6 및 3.7)들의 진입 온도가 오프가스(23) 뿐만 아니라 부분적인 스트림(3.3)의 진입 온도보다 높음으로써, 연도 가스 스트림(3)은 먼저 부분적인 스트림(3.6 및 3.7)과 함께 냉각된다. 그러므로, 주위의 보다 높은 온도(a. m. higher temperature)를 가진 연도 가스 스트림(3)으로부터 열을 취하는 것이 가능하다. 도 2에서, 이러한 사실은 부분적인 스트림(3.7)의 열교환 영역의 위치에 의해 도시된다.
부분적인 스트림(3.7)은 대략 -22℃ 내지 -29℃의 온도로 제 2 열교환기(17)를 떠나고(플래그 번호 20 참조), 그런 다음 제 1 열교환기(11)로 직접 운반된다. 제 1 열교환기(11)에서, 부분적인 스트림(3.7)은 연도 가스 스트림(3)으로부터 열을 취한다. 부분적인 스트림(3.7)은 대략 25℃의 온도 및 대략 44 bar의 압력으로 제 1 열교환기를 떠나며(플래그 번호 21 참조), 그러므로 제 2 압축기(25)의 제 2 압축 스테이지 후 및 제 3 압축 스테이지 전에 운반될 수 있다.
부분적인 스트림(3.7)이 제 2 압축기(25)의 제 3 스테이지로 운반될 수 있음으로써, 제 2 압축기(25)의 제 1 압축 스테이지로 운반되어야만 하는 부분적인 스트림(3.3)은 상응하게 감소된다. 결과적으로, 제 2 압축기(25)에 의해 요구되는 동력은 보다 작다. 이러한 것은 본 발명에 따른 설비의 에너지 수요에서 긍정적인 효과를 가진다.
부분적인 스트림(3.7)의 추출은 오프가스 에너지가 도 3에 도시된 바와 같이 팽창 장치(31, 39)들을 통해 적어도 2중 팽창에 의해 사용될 때 가능하다. 이러한 것은 추후에 기술되는 바와 같이 오프가스로부터 냉 회수(cold recovery)를 최대화한다.
모든 액체 또는 2상 CO2 스트림(3.3, 3.6, 3.7)들은 CO2 재압축기 또는 제 2 압축기(25)로 보내지기 전에 열교환기(17 및 11)에서 증발된다. 압력 레벨에 따라서, CO2 스트림들은 제 2 압축기(25)의 상이한 압축 스테이지들에서 공급된다.
CO2의 증발을 위해 상이한 압력 레벨들을 사용하는 것은 몇가지 이점을 가진다: 이것은 연도 가스 응축 전체에 걸쳐서 보다 양호한 제어를 준다. 또한, 전체적인 압축 요구 조건들은 바로 이용할 수 있는 상승된 압력에서 CO2를 가짐으로써 최소화될 수 있다.
CO2 액화 플랜트의 에너지 수요를 감소시키는 추가의 가능성은 제 1 열교환기(11)로부터 배출 후에 오프가스 과열기(19)에서 오프가스(23)를 과열시키는 것에서 뿐만 아니라 팽창 터빈(31)에서의 팽창 후에 제 2 열교환기(17)로 이를 다시 운반하는 것에서도 보여질 수 있다. 과열 후에, 오프가스는 대략 26 bar의 압력과 함께 대략 80℃ 내지 대략 100℃의 온도를 가진다(플래그 번호 17 참조). 제 1 팽창 장치(31)에서의 팽창에 의해, 압력은 2.3 bar로 강하하고, 오프가스(23)는 -54℃의 온도에 도달한다. 그러므로, 오프가스(23)는 연도 가스 스트림(3)과 부분적인 스트림(3.2) 냉각에 각각 한번 더 기여할 수 있다. 이후에, 오프가스(23)는 낮은 압력 및 대략 주위 온도로 주위로 방출될 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 오프가스(23)의 멀티 스테이지 팽창 및 과열을 수행하는 것이 가능하다.
도 3에 도시된 실시예에서, 오프가스(23)는 제 1 열교환기(11)로부터 빠져나간 후에 제 1 팽창 터빈(31)으로 그리고 또한 제 2 열교환기(17)로 직접 보내진다. 제 2 열교환기(17)로부터, 오프가스는 제 1 열교환기(11)를 통해 유동한다. 제 1 팽창 터빈(31)에 들어가기 전에, 오프가스는 대략 26 bar의 압력과 함께 대략 30℃의 온도를 가진다(플래그 번호 16 참조). 제 1 팽창 장치(31)에서의 팽창으로 인하여, 압력은 8 bar로 강하하고, 오프가스는 -54℃의 온도에 도달한다.
팽창의 제 2 스테이지는 제 2 팽창 터빈(39)을 포함한다. 제 2 팽창 장치(39)에 들어가기 전에, 오프가스(23)는 대략 30℃의 온도를 가진다(플래그 번호 22 참조). 제 2 팽창 장치(39)에서의 팽창으로 인하여, 압력은 2 bar로 강하하고, 오프가스는 -47℃의 온도에 도달한다(플래그 번호 23 참조).
그러므로, 오프가스(23)는 각각의 연도 가스 스트림(3)과 부분적인 스트림(3.2) 냉각에 각각 한번 더 기여할 수 있다. 이후에, 오프가스(23)는 낮은 압력 및 대략 주위 온도로 주위로 방출될 수 있다.
한편으로, 오프가스(23)가 각 연도 가스 스트림(3)과 부분적인 스트림(3.2)의 냉각의 각각에 대해 보다 많은 양에 기여하고 팽창 장치(31 및/또는 39)가 예를 들어, 제 1 압축기(1) 또는 제 2 압축기(25)를 구동하기 위하여 사용될 수 있는 기계적 작업을 발생시킴으로써, 단일 또는 멀티 스테이지 팽창은 마찬가지로 본 발명에 따른 설비의 에너지 수요의 상당한 감소를 유발한다. 대체로, 본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 방법을 수행하는데 요구되는 CO2 액화를 위한 설비는 상당한 이점에도 불구하고 그 설계에 있어서 여전히 비교적 간단하다고 명시될 수 있다.
또한, 이러한 설정은 연도 가스 응축 전체에 걸쳐서 제어를 확실히 개선한다. C02 펌프(37) 및 밸브(15.6 및 15.3)에 전체에 걸쳐 유량을 조정하는 것으로, 열전달을 위한 구동력, 대수평균온도차(Logarithmic Mean Temperature Difference, LMTD)가 변한다. 이러한 방식으로, 분리 스테이지의 성능이 조정될 수 있다. 이러한 것은 CO2의 승화 및 결빙점 부근의 응축 온도에서 동작할 때 특히 중요하다.
상기된 효과를 최대화하기 위하여, 분리시의 오프가스로부터 열 회수는 팽창 후에, 대기로 방출하기 전에 적어도 한번, 콜드 박스(cold box)로 재순환되는 통기 가스(vent gas)/오프가스(23)를 가지는 것에 의해 증가될 수 있다.
Figure pct00003
1은 도 1에서의 오프가스(23)

Claims (14)

  1. 연소 연도 가스들로부터 액체 C02를 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 연도 가스는 적어도 하나의 열교환기(11, 17) 및 분리 드럼(19)을 포함하는 단일 스테이지 상분리에서 부분적으로 응축되고, 상기 적어도 하나의 열교환기(11, 17)는 팽창된 오프가스(23)와 팽창된 액체 C02(3.3)에 의해 냉각되며, 상기 팽창된 C02(3.3)는 상기 적어도 하나의 열 교환기(17)를 통과한 후에 추가의 분리 드럼(33)에서 액체 C02와 가스 C02로 분리되고, 상기 추가의 분리 드럼(33)의 가스 C02(3.4)와 액체 C02의 제 1 부분(3.5)은 제 1 압력 레벨로 팽창되며(플래그 번호 7d'), 상기 추가의 분리 드럼(33)의 액체 C02의 제 2 부분(3.6)의 압력은 상기 적어도 하나의 열교환기(17)에서 상기 C02를 냉각하기 위하여 제 2 압력 레벨로 팽창되는(플래그 번호 7e'), 연소 연도 가스들로부터 액체 C02 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 분리 드럼(33)의 액체 C02의 제 4 부분(3.7)의 압력은 상기 적어도 하나의 열교환기(17)에서 상기 C02를 냉각하기 위하여 제 4 압력 레벨로 상승되고(플래그 번호 7g) 팽창되는(플래그 번호 7h) 것을 특징으로 하는, 연소 연도 가스들로부터 액체 C02 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 추가의 분리 드럼(33)의 액체 C02의 제 4 부분(3.7)은 대략 40 bar 내지 50 bar, 바람직하게 47 bar의 압력으로 상승되는(플래그 번호 7h 및 플래그 번호 20) 것을 특징으로 하는, 연소 연도 가스들로부터 액체 C02 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리 드럼(19, 33)들로부터의 C02의 부분적인 스트림들(3.3, 3.6, 3.7)은 상기 적어도 하나의 열교환기(17, 11)에서 냉각 목적을 위해 사용되는 것을 특징으로 하는, 연소 연도 가스들로부터 액체 C02 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 C02 스트림(3.3, 3.6, 3.7)들은 상기 C02 스트림(3.3, 3.6, 3.7)들의 압력에 따라 제 2 압축기(25)의 상이한 스테이지들로 공급되는 것을 특징으로 하는, 연소 연도 가스들로부터 액체 C02 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연도 가스(3)는 제 1 압축기(1)에서 압축되고, 상기 적어도 하나의 열교환기(11, 17)에 들어가기 전에 제 1 쿨러(5)에서 냉각되고 그리고/또는 건조기(7)에서 건조되는 것을 특징으로 하는, 연소 연도 가스들로부터 액체 C02 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    최종 분리 스테이지(21)로부터의 오프가스(23)는 대략 27 bar로 팽창되고 상기 적어도 하나의 열교환기(17)에 들어가기 전에 대략 -54℃의 온도를 유발하는 것을 특징으로 하는, 연소 연도 가스들로부터 액체 C02 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열교환기(11, 17)를 통과한 후에 상기 오프가스(23)는 적어도 하나의 팽창 장치(31, 39)에서 팽창되고, 이어서 상기 적어도 하나의 열교환기(17, 11)로 다시 공급되는 것을 특징으로 하는, 연소 연도 가스들로부터 액체 C02 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오프가스(23)는 상기 적어도 하나의 열교환기(11, 17)를 통과한 후 및 상기 적어도 하나의 팽창 장치(31, 39)에 들어가기 전에 과열기(29)에서 과열되는 것을 특징으로 하는, 연소 연도 가스들로부터 액체 C02 제조 방법.
  10. 연소 연도 가스들로부터 액체 CO2를 제조하기 위한 플랜트로서,
    상기 연도 가스(3)는 하나의 열교환기(11, 17), 분리 드럼(19, 33)들, 복수의 감압 밸브(15)들, 및 제 2 멀티 스테이지 압축기(25)에서 부분적으로 응축되는, 연소 연도 가스들로부터 액체 CO2 제조 플랜트.
  11. 제 10 항에 있어서,
    적어도 하나의 CO2 펌프(37)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연소 연도 가스들로부터 액체 CO2 제조 플랜트.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    적어도 하나의 팽창 장치(31, 39)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연소 연도 가스들로부터 액체 CO2 제조 플랜트.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 오프가스 과열기(29)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연소 연도 가스들로부터 액체 CO2 제조 플랜트.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 압축기(1), 제 1 쿨러(5), 및 건조기(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연소 연도 가스들로부터 액체 CO2 제조 플랜트.
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