KR20130076596A - 암모니아수를 이용하여 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 동시에 제거하는 방법 - Google Patents

암모니아수를 이용하여 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 동시에 제거하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 제거 방법에 관한 것으로, 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 포함하는 배가스를 흡수탑 하부에 공급하고, 상기 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소의 총 몰수에 대해 암모니아 몰수를 1:1~5의 몰비로 암모니아수를 흡수탑에 공급하여 상기 배가스에 함유된 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 암모니아수에 흡수시키는 단계; 및
상기 흡수탑으로부터 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소가 흡수된 암모니아수를 배출하여 재생탑으로 공급하고, 재생탑에서 상기 암모니아수를 가열하여 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 기상으로 포집 및 회수하는 단계를 포함하는 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 동시 제거 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 고로가스(Blast furnace gas)와 같은 제철 공정 및 석유화학 공정에서 발생하는 이산화탄소, 황화수소, 및 시안화수소를 동시에 포함하고 있는 배가스에서 이들 가스 성분을 선택적으로 동시에 제거하여 회수함으로써 환경 기준을 만족할 수 있고, 황화수소에 의한 배관의 부식 등의 문제를 완화시킴으로써 공정의 효율 및 관리의 용이성을 제공할 수 있다.

Description

암모니아수를 이용하여 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 동시에 제거하는 방법{Method for simultaneous removal of CO2, H2S and HCN using ammonia}
본 발명은 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 제거 방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 암모니아수를 이용하여 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 동시에 제거하는 방법에 관한 것이다.
이산화탄소(CO2)는 잘 알려진 대표적인 지구 온난화 물질로서 제철소 및 발전소 등에서 대량으로 배출되고 있다. 이산화탄소가 발생하는 조건이 환원 분위기일 경우 이산화탄소뿐만 아니라 황화수소 및 시안화수소가 이산화탄소와 동시에 발생할 수 있다.
황화수소(H2S)는 수소의 황화물로　악취를 가진 무색의 유독한 기체이다. 황화수소는 독성이 강하며, 고농도 가스를 많이 흡입하면 함철 산화 효소의 파괴로 인하여 세포의 내부 호흡이 정지하여 중추 신경이 마비되어 실신하거나 호흡 정지 또는 질식 증상을 일으킬 수 있는 기체이다.
시안화수소(HCN)는 인화성이 매우 강한 무색의 화학 물질로, 가스 또는 액체로 존재한다. 연소 시 유독 가스를 발생시키며 폭발성도 상당히 강하며, 시안화수소에 노출되면 눈, 피부, 호흡기가 손상된다
상기와 같이, 이들 황화수소와 시안화수소는 독성 물질로서 현재 대기환경보전법상에 배출 규제 대상 물질로 관리되고 있다.
앞서 언급한 가스 성분인 이산화탄소, 황화수소, 및 시안화수소 각각의 물질을 흡수 처리하는 방법은 다양하게 제시되고 있지만, 이들 성분을 동시에 제거할 수 있는 기술에 대해서는 널리 알려진 바가 없다.
따라서, 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 동시에 제거할 수 있는 방법이 요구된다.
이에 본 발명의 한 측면은 암모니아수를 이용하여 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 동시에 제거하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 구현예에 의하면, 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 포함하는 배가스를 흡수탑 하부에 공급하고, 상기 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소의 총 몰수에 대해 암모니아 몰수를 1:1~5의 몰비로 암모니아수를 흡수탑에 공급하여 상기 배가스에 함유된 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 암모니아수에 흡수시키는 단계; 및
상기 흡수탑으로부터 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소가 흡수된 암모니아수를 배출하여 재생탑으로 공급하고, 재생탑에서 상기 암모니아수를 가열하여 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 기상으로 포집 및 회수하는 단계를 포함하는 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 동시 제거 방법이 제공된다.
상기 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 동시 제거 방법은 상기 흡수탑 및 재생탑 중 적어도 하나의 상부에 일체형 또는 분리형 구조로 포함되는 세정부에서 암모니아수로부터 휘발되는 암모니아를 세정수로 세정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 동시 제거 방법은 상기 세정부로부터 배출되는 세정수를 농축탑에 공급하여 세정수에 함유된 암모니아를 회수하여 농축시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 동시 제거 방법은 상기 농축탑에서 농축시킨 고농도 암모니아 가스를 재생탑 하부 또는 중부로 공급하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 동시 제거 방법은 상기 농축탑 하부에서 발생하는 암모니아가 제거된 물의 일부 또는 전부를 상기 세정부에서 세정수로 재사용하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 동시 제거 방법에서, 상기 흡수탑의 내부 온도는 10 내지 50℃로 유지될 수 있다.
상기 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 동시 제거 방법에서, 상기 재생탑에서 수행되는 가열은 상압 조건에서 75 내지 85℃로 수행될 수 있다.
상기 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 동시 제거 방법에서, 상기 암모니아수의 농도는 5~15wt%일 수 있다.
본 발명에 의하면, 고로가스(Blast furnace gas)와 같은 제철 공정 및 석유화학 공정에서 발생하는 이산화탄소, 황화수소, 및 시안화수소를 동시에 포함하고 있는 배가스에서 이들 가스 성분을 동시에 제거하여 회수함으로써 환경 기준을 만족할 수 있고, 황화수소에 의한 배관의 부식 등의 문제를 완화시킴으로써 공정의 효율 및 관리의 용이성을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 동시 제거 장치를 도식적으로 표현한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S) 및 시안화수소(HCN) 동시 제거 방법에 관하여 구체적으로 설명한다.
본 발명은 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소가 함께 포함된 가스 스트림으로부터 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 선택적으로 제거하여, 후 공정의 부하를 줄임과 동시에 공정 효율을 높일 수 있는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 동시 제거 장치의 일 예를 도시한 것으로 이를 참조하면 본 발명은 흡수탑(101), 재생탑(201)을 포함한다.
상기 흡수탑(101)은 외부에서 공급되는 배가스로부터 이산화탄소, 황화수소, 및 시안화수소를 흡수액으로 흡수하고 배출하기 위한 것으로, 상기 흡수탑으로 원료 가스인 배가스(1)가 유입되면 흡수액을 공급하여 배가스(1)로부터 이산화탄소, 황화수소, 및 시안화수소를 흡수할 수 있다. 이산화탄소를 흡수한 흡수액이 재생탑(201)으로 배출되고, 이산화탄소, 황화수소, 및 시안화수소가 제거된 배가스는 흡수탑 상부로 배출된다.
아래의 식은 암모니아수를 이용한 이산화탄소, 황화수소, 및 시안화수소의 복합가스 제거 반응을 나타낸 것으로, 암모니아수와 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소가 반응하여 암모늄 염이온을 형성하고, 이후 외부에서 열이 제공되는 경우 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소가 암모니아와 반응하여 형성된 암모늄 염이온이 분해되어 암모니아수, 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소로 재생 또는 회수될 수 있다.
CO2 + NH3 + H2O ↔ NH4HCO3
HCN + NH3 ↔ NH4CN
H2S + NH3 ↔ NH4HS
상기 흡수탑(101)으로 공급되는 상기 흡수액은 암모니아수를 사용할 수 있다. 상기 암모니아수는 제거하고자 하는 이산화탄소, 황화수소, 시안화수소의 몰수에 대해 1:1~5의 몰수의 암모니아를 포함하는 것일 수 있다. 상기 흡수탑의 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소의 총 몰수에 대해 암모니아수의 암모니아 몰수가 1 미만인 경우에는 암모니아수가 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 충분히 흡수할 수 없으며, 암모니아 몰수가 5 이상인 경우 더 이상의 효과를 기대할 수 없어 비경제적이다.
이때 사용되는 상기 암모니아수가 고농도일 경우 암모니아의 높은 휘발성으로 인한 과도한 세정수 사용이 예상되고, 저농도일 경우 대상 기체의 효율적인 제거가 어려운 바 적절한 농도 범위로 5~15wt%의 농도 범위가 바람직하다. 그러나 상기의 암모니아수 농도를 제한하는 것은 아니며 원료가스의 조건에 따라 보다 높거나 낮은 농도의 암모니아수를 사용할 수 있다.
흡수탑의 내부 온도는 10℃ 내지 50℃, 보다 바람직하게는 30℃ 내지 50℃일 수 있다. 상기 흡수탑의 내부 온도가 10℃ 미만인 경우 생성된 암모늄 염이온이 흡수탑에서 석출되어 흡수탑내 존재하는 충진물이나 배관을 막히게 하는 문제가 발생할 수 있으며, 50℃를 초과하는 경우에는 암모니아의 휘발성이 높아져 과도한 양의 세정수가 요구되며, 이에 따라 암모니아의 농축에 소요되는 에너지가 과도하게 소요되는 문제가 있다.
상기 흡수액으로 사용되는 암모니아는 높은 휘발성으로 인해 기체상태로 배가스와 함께 흡수탑 상부로 배출될 수 있다. 따라서, 이와 같은 암모니아를 배가스로부터 세정하기 위해 흡수탑 상부에는 흡수탑 세정부(102)를 포함할 수 있다. 상기 흡수탑 세정부(102)는 상기 흡수탑과 일체형으로 구성함으로써 배가스에 함유된 암모니아를 용이하게 제거할 수 있다.
이때, 상기 흡수탑 세정부(102)에는 암모니아 세정을 위한 세정수(6)가 공급된다. 여기서, 상기 세정수(6)는 물인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 배가스에 접촉하여 배가스에 함유된 암모니아를 흡수 및 제거하기 용이한 다른 용액이 포함된 세정수를 사용할 수 있다.
상기 흡수탑(101)에는 흡수탑 순환 쿨러를 구비하여 배가스(1)로부터 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 흡수할 때 발생되는 흡수열을 회수함으로써 흡수액의 온도를 감소시킬 수 있다. 또한, 흡수탑 순환 쿨러와 일체로 열교환기(70)로 구비함으로써, 상기 흡수액에서 발생되는 열을 회수하여 흡수액의 흡수 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 열교환기(70)와 흡수탑 순환 쿨러는 다수개를 구비하여 흡수액의 온도를 감소시키도록 이루어지는 것도 가능하다.
상기 재생탑(201)은 상기 흡수탑(101)에서 배출된 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 함유 암모니아수(3)로부터 이산화탄소를 기상으로 배출하여 암모니아수를 재생하기 위한 것으로서, 상기 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 함유 암모니아수(3)가 상기 재생탑(201)에 유입되면, 이를 가열하여 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 암모니아수로부터 분리시켜 기상으로 배출하고, 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소와 분리되어 재생된 암모니아수(5)를 흡수액으로서 흡수탑(101)에 공급하여 이산화탄소 흡수에 재이용할 수 있다.
상기 재생탑(201)의 일측에 재생탑 재비기(13)를 포함할 수 있으며, 상기 재생탑 재비기(13)에 의하여 상기 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 함유 암모니아수(3)가 가열될 수 있다. 상기 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 함유 암모니아수(3)로부터 이산화탄소를 분리시킬 때의 재생탑(201) 내부의 온도는 흡수액의 농도에 따라 다양할 수 있으나, 상압 조건에서 75℃ 내지 90℃ 범위로 이루어지는 것이 바람직하며, 80℃ 내지 85℃ 범위로 이루어지는 것이 보다 바람직하다. 상기 온도가 75℃ 미만인 경우 암모니아 수가 충분하게 재생되지 않아 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소의 흡수효율이 낮아지는 문제가 있으며 90℃를 초과하는 경우에는 암모니아의 휘발량이 증가하는 문제가 있다.
한편, 상기 재생탑(201) 상단부에는 상기 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 함유 암모니아수로부터 기상으로 분리된 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소와 암모니아수로부터 휘발된 고농도의 기상의 암모니아가 존재하게 된다. 따라서, 기상으로 분리된 이산화탄소로부터 암모니아를 세정하기 위하여 재생탑 상부에 재생탑 세정부(202)를 포함할 수 있다. 상기 재생탑 세정부(202)도 재생탑(201)과 일체형으로 구성함으로써 암모니아를 용이하게 제거할 수 있다.
재생탑 세정부(202)에서 상기 기상으로 분리된 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소로부터 암모니아를 세정하는 과정은 흡수탑 세정부(102)와 동일하며, 그 결과 암모니아가 제거된 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 가스(4)가 재생탑(201) 상부로 배출된다.
한편, 상기 흡수탑(101) 및 재생탑(201)으로부터 회수된 흡수탑 세정수(8) 및 재생탑 세정수(9)는 세정수 탱크(10)로 유입된다. 세정수 탱크(14)에서 암모니아를 용해하고 있는 세정수(14)가 농축탑(301)으로 공급되면, 농축탑 재비기(13 )에 의해 가열되어 물과 고농도 암모니아 기체로 분리된 후, 농축탑 상부에서 고농도의 암모니아 가스(12) 형태로 재생탑의 중부로 주입되어 재생될 수 있다. 이때 재생탑의 중부로 주입되는 암모니아 가스의 온도는 농축탑 상부의 온도와 동일한 수준으로 유지되는 것이 바람직하다.
상기 암모니아 농축탑(301)에서 세정수로부터 암모니아가 분리된 후 발생되는 암모니아가 제거된 물(11)은 농축탑 하부로 배출되어 세정수 탱크(80)를 거쳐 다시 흡수탑의 세정부(102)와 재생탑의 세정부(202)로 유입되어 세정수로 재사용될 수 있다.
이상의 기재와 같이 도 1을 참조하여 본 발명의 각 구현예를 설명하였다. 본 발명에서는 각 구현예에 따른 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 동시 제거 방법을 제공한다.
보다 구체적으로 본 발명의 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 동시 제거 방법은 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 포함하는 배가스를 흡수탑 하부에 공급하고, 상기 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소의 총 몰수에 대해 암모니아 몰수를 1:1~5의 몰비로 암모니아수를 흡수탑에 공급하여 상기 배가스에 함유된 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 암모니아수에 흡수시키는 단계; 및
상기 흡수탑으로부터 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소가 흡수된 암모니아수를 배출하여 재생탑으로 공급하고, 재생탑에서 상기 암모니아수를 가열하여 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 기상으로 포집하는 단계를 포함한다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다.
1: 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 포함하는 원료가스
2: 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 제외한 가스
3: 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 흡수한 암모니아수
4: 분리된 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 가스
5: 재생된 암모니아수
6: 흡수탑 유입 세정수
7: 재생탑 유입 세정수
8: 흡수탑 세정수
9: 재생탑 세정수
10: 세정수 탱크
11: 농축탑에서 암모니아가 제거된 물
12: 고농도 암모니아 기체(농축탑 상부에서 배출되는 암모니아가스)
13, 13': 재비기
14: 암모니아를 용해하고 있는 세정수
101: 흡수탑
102: 흡수탑 세정부
201: 재생탑
202: 재생탑 세정부
301: 농축탑
70: 열교환기
80: 농축탑 하부 배출 세정수 탱크

Claims (8)

  1. 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 포함하는 배가스를 흡수탑 하부에 공급하고, 상기 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소의 총 몰수에 대해 암모니아 몰수를 1:1~5의 몰비로 암모니아수를 흡수탑에 공급하여 상기 배가스에 함유된 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 암모니아수에 흡수시키는 단계; 및
    상기 흡수탑으로부터 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소가 흡수된 암모니아수를 배출하여 재생탑으로 공급하고, 재생탑에서 상기 암모니아수를 가열하여 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 기상으로 포집 및 회수하는 단계를 포함하는 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 동시 제거 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 흡수탑 및 재생탑 중 적어도 하나의 상부에 일체형 또는 분리형 구조로 포함되는 세정부에서 암모니아수로부터 휘발되는 암모니아를 세정수로 세정하는 단계를 추가로 포함하는 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 동시 제거 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 세정부로부터 배출되는 세정수를 농축탑에 공급하여 세정수에 함유된 암모니아를 탈거하여 농축시키는 단계를 추가로 포함하는 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 동시 제거 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 농축탑에서 농축시킨 고농도 암모니아 가스를 재생탑 하부 또는 중부로 공급하는 단계를 추가로 포함하는 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 동시 제거 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 농축탑 하부에서 발생하는 암모니아가 제거된 물의 일부 또는 전부를 상기 세정부에서 세정수로 재사용하는 단계를 추가로 포함하는 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 동시 제거 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 흡수탑의 내부 온도는 10 내지 50℃로 유지되는 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 동시 제거 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 재생탑에서 수행되는 가열은 상압조건에서 75 내지 85℃ 범위에서 수행되는 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 동시 제거 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 암모니아수의 농도는 5 내지 15wt%인 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소 동시 제거 방법.
KR1020110145241A 2011-12-28 2011-12-28 암모니아수를 이용하여 이산화탄소, 황화수소 및 시안화수소를 동시에 제거하는 방법 KR20130076596A (ko)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160078726A (ko) * 2014-12-24 2016-07-05 주식회사 포스코 탈황공정 발생가스로부터 성분별 분리회수 방법
KR20190078266A (ko) * 2017-12-26 2019-07-04 주식회사 포스코 복합 코크스 오븐 가스 정제장치
KR20200103460A (ko) * 2019-02-25 2020-09-02 (주)포스코케미칼 코크스 오븐 가스 정제장치 및 코크스 오븐 가스 정제방법
KR20240029219A (ko) 2022-08-26 2024-03-05 현대제철 주식회사 부생가스 처리장치

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