KR20130083687A - 고온고압 오염가스 정제시스템 - Google Patents

고온고압 오염가스 정제시스템 Download PDF

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이창근
박영철
조성호
류호정
진경태
선도원
배달희
박재현
이승용
문종호
이동호
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Abstract

본 발명은 이산화탄소를 반복적으로 제거하여 수명이 다한 이산화탄소 건식흡수제를 재활용하여 원가스 중의 할로겐화합물을 제거할 수 있는 고온고압 오염가스 정제시스템에 관한 것으로, 원가스 중의 황화합물을 제거하는 탈황장치; 및 상기 탈황장치의 전단 또는 후단에 연결돼서 할로겐화합물을 제거하는 탈할로겐장치를 포함하고, 상기 탈할로겐장치는 이산화탄소 건식흡수제가 장입되는 탈할로겐반응기와, 상기 탈할로겐반응기로부터 배출되는 탈할로겐가스와 이산화탄소 건식흡수제의 혼합물로부터 이산화탄소 건식흡수제를 분리하여 탈할로겐가스 만을 배출하는 탈할로겐싸이클론을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고온고압 오염가스 정제시스템{High-temperature and high-pressure gas clean-up system}
본 발명은 고온고압 오염가스 정제시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이산화탄소를 반복적으로 제거하여 수명이 다한 이산화탄소 건식흡수제를 재활용하여 원가스 중의 할로겐화합물을 제거할 수 있는 탈할로겐공정을 포함한 고온고압 오염가스 정제시스템에 관한 것이다.
최근 고체 화석연료나, 정유 및 산업 폐기물(예컨대, 석유 코우크(petroleum coke), 그 바닥 잔류물(bottom residue), 폐타이어, 고형 폐기물(RDF)) 등과 같은 탄소를 함유하는 고형연료를 가스화하여 생성되는 석탄가스 또는 합성가스로부터 전력생산, 수소생산, 화학원료생산, 휘발유와 같은 수송연료생산을 수행하는 석탄가스화 복합발전이 각광받고 있다.
이 때, 가스화된 석탄가스 또는 합성가스에는 황 산화물, 질소 산화물, 염화수소, 시안 등의 다양한 유해 물질을 포함하고 있어서 전력생산, 수소생산, 화학원료생산, 휘발유와 같은 수송연료생산을 위해서는 이를 제거하여야 한다.
이 중에서, 염화수소를 공업적인 규모로 제거하기 위한 방법은 아직까지 확립되어 있지 않으며, 다음과 같은 방법들이 공지되어 있다.
연소에 의한 제거 방법으로서, 연소 온도를 1000℃이상으로 올려 그 고열에 의하여 가스 중에 함유되어 있는 염화수소를 분해 반응시킴으로써 연소 배기 가스로 부터 염화수소를 제거하는 방법이다. 그러나, 통상적으로 연소 온도는 약 800℃∼900℃의 범위내에 있기 때문에 온도를 1000℃ 이상으로 높이자면 연소계통을 개조할 필요가 생긴다.
또, 흡착에 의한 제거 방법으로써, 가스를 활성탄 등의 흡착제를 통과시켜 연소 배기가스에 함유되어 있는 염화수소를 흡착제에 흡착시켜 제거하는 방법이다. 그러나, 이 방법에서는 염화수소를 흡착시킨 후의 활성탄 등의 흡착제를 재생하기 위한 처리를 필요로 하는 문제점이 있다.
그리고, 약액에 의한 가스 내의 염화수소를 제거하는 방법이 있다. 그러나, 염소를 처리한 폐액의 독성을 제거하기 위한 별도의 처리를 필요로 한다.
또, 한국특허출원 제10-1992-0701055호에 개시된 바와 같이, 촉매 접촉에 의한 염화수소 제거방법이 있으나, 촉매는 상당히 고가이며, 이를 재생하기 위해서는 별도의 재생장치를 구비하여야 하는 문제점이 발생한다.
상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 이산화탄소를 반복적으로 제거하여 수명이 다한 이산화탄소 건식흡수제를 재활용하여 원가스 중의 할로겐화합물을 제거할 수 있는 탈할로겐공정을 포함한 고온고압 오염가스 정제시스템을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 탈할로겐 공정을 연속적으로 수행할 수 있도록 복수의 탈할로겐장치가 선택적으로 탈황장치와 연결될 수 있는 고온고압 오염가스 정제시스템을 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 원가스 중의 황화합물을 제거하는 탈황장치; 및 상기 탈황장치의 전단 또는 후단에 연결돼서 할로겐화합물을 제거하는 탈할로겐장치를 포함하고, 상기 탈할로겐장치는 이산화탄소 건식흡수제가 장입되는 탈할로겐반응기와, 상기 탈할로겐반응기로부터 배출되는 탈할로겐가스와 이산화탄소 건식흡수제의 혼합물로부터 이산화탄소 건식흡수제를 분리하여 탈할로겐가스 만을 배출하는 탈할로겐싸이클론을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온고압 오염가스 정제시스템이다.
상기 탈할로겐장치가 상기 탈황장치의 전단에 위치하는 경우에는, 상기 탈할로겐장치와 상기 탈황장치의 사이에 예열기가 설치될 수 있다. 반대로, 상기 탈할로겐장치가 상기 탈황장치의 후단에 위치하는 경우에는, 상기 탈할로겐장치와 상기 탈황장치의 사이에 냉각기가 설치될 수 있다.
또, 상기 이산화탄소 건식흡수제는, 건식이산화탄소 제거장치에서 수명을 다한 이산화탄소 건식흡수제를 사용할 수 있다. 따라서, 더 이상 이산화탄소와 흡착하지 않는 폐건식흡수제를 재활용함으로써 자원을 절약할 수 있다.
특히, 상기 이산화탄소 건식흡수제는 상기 탈할로겐반응 후에 재생이 불가능하므로, 상기 탈할로겐반응이 연속적으로 이루어지도록 상기 탈황장치에 대하여 2 이상의 탈할로겐장치가 선택적으로 연결시키고, 이 때 연결되지 않은 탈할로겐장치는 그 내부에 장입된 이산화탄소 건식흡수제를 교체한다.
본 발명을 통하여, 원가스 중의 이산화탄소를 반복적으로 제거하여 수명이 다한 이산화탄소 건식흡수제를 재활용하여 할로겐화합물을 제거할 수 있다. 따라서, 이산화탄소 포집장치에서 얻어지는 폐기물을 이용할 수 있으므로, 염화수소를 제거하기 위한 흡수제를 별도로 준비할 필요가 없으며, 염화수소를 제거한 이후에 흡수제의 재생을 고려할 필요가 없어서 재생장치를 생략할 있으므로 상당히 비용경제적이다.
특히, 탈황장치의 후단에 탈할로겐장치를 배치할 경우에는 가스의 온도가 순차적으로 낮아지므로, 고온고압 오염가스 정제시스템에서 전체적인 에너지 효율 측면에서도 유리하다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 고온고압 오염가스 정제시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 고온고압 오염가스 정제시스템의 개략도이다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1에서 도면부호 10은 고온고압 오염가스 정제시스템을 지시한다. 상기 오염가스 정제시스템(10)은 크게 탈황장치(200)와, 상기 탈황장치(200)의 전단에 배치되는 탈할로겐장치(100)를 포함하여 이루어진다.
상기 탈황장치(200)는 공지의 기술로써, 크게 탈황반응기(202)와 재생반응기(206)와, 상기 탈황반응기(202)에서 배출되는 황성분을 흡착한 고체탈황제와 잔여가스를 분리하는 탈황싸이클론(204)을 포함하여 이루어진다. 상기 탈황반응기(202)는 공지의 유동층 반응기로써, 상기 탈황반응기(202) 내부에서는 상기 고체탈황제가 상기 원가스의 상승압력 및 흐름으로 인하여 유동하게 되고, 이에 따라 고체탈황제와 원가스의 접촉빈도가 높아지게 된다. 상기 탈황반응기(202) 내는 탈황온도인 450~500℃를 유지하여야 한다. 따라서, 상기 탈할로겐장치(100)에서 반응온도가 350~400℃인 것을 고려하면, 상기 탈할로겐장치(100)와 상기 탈황장치(200) 사이에는 예열기(12)가 배치돼서, 상기 탈황장치(200)로 입력되는 가스를 승온시켜야 한다.
상기 탈황반응기(202) 내부 하측에는 분산판(미도시)을 설치하여, 원가스의 유입을 고체탈황제가 방해하지 않도록 하면서, 원가스를 상기 분산판 전체에 걸쳐 고르게 분배하는 것에 의해 고체탈황제와 원가스의 접촉확률을 향상시킬 수 있다.
고체탈황제로는 아연계 고체탈황제를 사용하며, 이러한 아연계 고체탈황제는 한국특허출원 제10-2003-0035441호에 개시된 것과 같은 공지의 기술을 사용할 수 있다. 따라서, 여기서는 상세한 설명은 생략한다.
그리고, 상기 탈황반응기(202)의 상부에는 탈황싸이클론(204)가 배치돼서, 상기 황화합물이 흡착된 고체탈황제와 잔여기체로 이루어지는 혼합가스로부터 고체탈황제를 분리하도록 한다. 상기 탈황싸이클론(204)은 혼합가스가 유입되면, 선회류를 형성시켜서 자중이 큰 고체탈황제는 낙하시키고, 잔여기체는 배출하게 된다.
상기 탈황싸이클론(204)으로부터 분리된 고체탈황제는 상기 재생반응기(206)로 유입된다. 상기 재생반응기(206)에는 재생가스공급포트(210)가 형성되며, 상기 재생가스는 상기 재생반응기(206)의 하부에 형성된 분산판(미도시)를 통해 상기 재생반응기(206) 내부에 고르게 분포된다. 이 때, 재생가스와 고체탈황제의 접촉을 통해 상기 고체탈황제로부터는 기체상태의 이산화황이 발생되며, 상기 이산화황가스는 이산화황배기구(208)를 통해 다른 공정과 연결된다.
상기 재생가스는 산화성가스로써 대기 중 공기를 사용할 수 있다.
상기 재생가스에 의해 재생된 고체탈황제는 다시 상기 탈황반응기(202)로 공급된다. 여기서, 상기 재생가스에 의한 고체탈황제의 재생은 발열반응이다. 따라서, 상기 재생반응기(206)의 내부온도는 상승하게 되므로, 종래의 기술에서는 재생반응기(206)를 별도의 냉각장치를 이용하여 냉각시킨다.
상기 탈할로겐장치(100)는 이산화탄소 건식흡수제가 장입되는 탈할로겐반응기(104,108)와, 상기 탈할로겐반응기(104,108)로부터 배출되는 탈할로겐가스와 이산화탄소 건식흡수제의 혼합물로부터 이산화탄소 건식흡수제를 분리하여 탈할로겐가스 만을 배출하는 탈할로겐싸이클론(106,110)을 포함한다.
상술한 바와 같이, 상기 탈할로겐장치(100)가 상기 탈황장치의 전단에 위치하는 경우에는, 상기 탈할로겐장치(100)와 상기 탈황장치(200)의 사이에 예열기(12)가 설치될 수 있다.
그리고, 상기 이산화탄소 건식흡수제로는 건식이산화탄소 제거장치에서 수명을 다한 이산화탄소 건식흡수제를 사용할 수 있다. 이 때 이산화탄소 건식흡수제로 K2CO3를 사용할 수 있다. 상기 이산화탄소 건식흡수제는 오랜 기간을 연속적으로 사용하면 더 이상 이산화탄소의 흡수능력이 떨어지는 상태에 다다르게 된다. 이러한 폐건식흡수제를 상기 탈할로겐반응기(104,108)에 장입하여 탈할로겐 건식흡수제로써 사용하게 된다.
다만, 상기 이산화탄소 건식흡수제가 할로겐화합물을 흡수하면 재생이 불가능하므로, 일정기간 사용하고 폐기하여야 한다. 따라서, 본 발명에서는 탈할로겐 공정의 연속성을 위하여 탈할로겐반응기(104,108)를 복수개 사용한다. 이 때 상기 탈할로겐싸이클론(106,110)은 복수개를 사용할 수도 있고, 하나의 탈할로겐싸이클론을 사용하면서 상기 탈할로겐반응기와 교대로 연결시키는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에서는 복수의 탈할로겐싸이클론(106,110)을 사용하였으며, 상기 탈할로겐싸이클론(106,110)은 유출측전환밸브(112)의 입력측과 연결되고, 상기 유출측전환밸브(112)의 출력측은 상기 예열기(12)와 연결된다.
그리고, 상기 탈할로겐반응기(104,108)는 유입측전환밸브(102)의 출력측과 선택적으로 연결되고, 상기 유입측전환밸브(102)의 입력측은 도시되지 않은 원가스공급원과 연결된다.
따라서, 상기 유입측전환밸브(102)와 상기 유출측전환밸브(112)에 의하여 유로를 변경하는 것에 의해, 탈할로겐반응을 연속적으로 작업하면서도 상기 탈할로겐반응기(104,108) 내의 이산화탄소 건식흡수제를 교체가 가능하다.
도 2에서 도면부호 20은 고온고압 오염가스 정제시스템을 지시한다. 상기 오염가스 정제시스템(20)에서는 탈황장치(200)의 후단에 탈할로겐장치(100)가 배치된다. 상기 오염가스 정제시스템(20)은 탈황장치(200)와 탈할로겐장치(100)의 위치가 서로 바뀐 점이 실시예 1의 오염가스 정제시스템(10)과는 다르다.
따라서, 상기 탈황장치(200)로부터 배출되는 가스의 온도는 450~500℃이므로, 상기 탈할로겐장치(100)에서 반응온도가 350~400℃인 것을 고려하면, 상기 탈황장치(200)와 상기 탈할로겐장치(100) 사이에는 냉각기(22)가 배치되어야 한다.
그러므로, 실시예 1과 실시예 2의 오염가스 정제시스템(10,20)은 설계목적 또는 설계상황에 따라 선택하여 제작할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10,20: 고온고압 오염가스 정제시스템 12: 예열기
22: 냉각기 100: 탈할로겐장치
102: 유입측전환밸브 104,108: 탈할로겐반응기
106,110: 탈할로겐싸이클론 112: 유출측전환밸브
202: 탈황반응기 204: 탈황싸이클론
206: 재생반응기 208: 이산화황배기구
210: 재생가스공급포트

Claims (5)

  1. 원가스 중의 황화합물을 제거하는 탈황장치;
    상기 탈황장치의 전단 또는 후단에 연결돼서 할로겐화합물을 제거하는 탈할로겐장치를 포함하고,
    상기 탈할로겐장치는 이산화탄소 건식흡수제가 장입되는 탈할로겐반응기와, 상기 탈할로겐반응기로부터 배출되는 탈할로겐가스와 이산화탄소 건식흡수제의 혼합물로부터 이산화탄소 건식흡수제를 분리하여 탈할로겐가스 만을 배출하는 탈할로겐싸이클론을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온고압 오염가스 정제시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탈할로겐장치가 상기 탈황장치의 전단에 위치하는 경우에는, 상기 탈할로겐장치와 상기 탈황장치의 사이에 예열기가 설치되는 것을 특징으로 하는 고온고압 오염가스 정제시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 탈할로겐장치가 상기 탈황장치의 후단에 위치하는 경우에는, 상기 탈할로겐장치와 상기 탈황장치의 사이에 냉각기가 설치되는 것을 특징으로 하는 고온고압 오염가스 정제시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 이산화탄소 건식흡수제는, 건식이산화탄소 제거장치에서 수명을 다한 이산화탄소 건식흡수제를 사용하는 것을 특징으로 하는 고온고압 오염가스 정제시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 탈황장치에 대하여 2 이상의 탈할로겐장치가 선택적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 고온고압 오염가스 정제시스템.
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