KR20140019324A - 수성 아민 용액을 이용하여 연료 가스들로부터 이산화탄소를 제거하는데 있어서 형성되는 니트로사민들을 감소시키기 위한 방법 및 디바이스 - Google Patents

수성 아민 용액을 이용하여 연료 가스들로부터 이산화탄소를 제거하는데 있어서 형성되는 니트로사민들을 감소시키기 위한 방법 및 디바이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수성 아민 용액을 이용하여 연료 가스들로부터 CO2를 제거하는 동안에 형성되는 니트로사민들을 감소시키기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라서, 니트로사민-포함 수성 아민 용액의 서브스트림이 스크러빙 액체 회로로부터 분기되고 그리고 물 및 저비등 성분들을 증발시킴으로써 농축된다. 농축된 아민 용액은, 액체상 및 기체상이 접촉하고 그리고 증기-액체 평형이 그 상들 사이에서 형성되는 장치 내에서 비등점으로 유지된다. 기체 상은 장치 내부에서 UV 광으로 조사되고, 그러한 UV 광은 증기상으로 이동된 니트로사민들을 분해한다. 장치 내에서의 그러한 처리 후에, 농축된 아민 용액이 스크러빙 액체 회로로 복귀된다. 또한, 본 발명은 본 발명의 니트로사민 감소 방법을 수행하기 위한 플랜트에 관한 것이다.

Description

수성 아민 용액을 이용하여 연료 가스들로부터 이산화탄소를 제거하는데 있어서 형성되는 니트로사민들을 감소시키기 위한 방법 및 디바이스{METHOD AND DEVICE FOR REDUCING NITROSAMINES WHICH FORM DURING REMOVAL OF CO2 FROM FLUE GASES USING AN AQUEOUS AMINE SOLUTION}
본 발명은 수성 아민 용액을 이용하여 연료 가스들로부터 CO2를 제거하는데 있어서 형성되는 니트로사민들을 감소시키기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다.
화석 연료들을 이용하는 점화되는(fired) 발전(power) 플랜트들로부터 글루(glue) 가스들로부터 CO2를 제거하는데 있어서 니트로사민들이 형성된다는 것이 문헌으로부터 공지되어 있다. 이러한 니트로사민들은 CO2 스크러빙(scrubbing)을 위한 용매들 내에 존재하는 아민들과 연료 가스 내에 존재하는 NOx 가스 성분들의 반응으로부터 초래된다. 이제까지의 이용가능한 정보에 따라서, 이러한 반응들은 우선적으로(preferentially) 2차 아민들과 함께 발생되고, 그러한 2차 아민들은 산업적으로 합성된 아민들 내에 항상 존재한다. 또한, 1차(primary) 아민들은 연료 가스 내에 존재하는 산소와 조합되어 분해 생성물을 형성하고, 그러한 분해 생성물은 또한 2차 아민들을 포함한다. 따라서, CO2 스크러빙을 위해서 1차, 2차, 또는 3차 아민들이 이용되는지의 여부와 무관하게, 니트로사민들이 수성 아민 용액 내에서 형성되고 그리고 또한 그 곳에서 축적된다는 것이 확실한 것으로 간주될 수 있을 것이다.
니트로사민들은 발암성 물질들(carcinogenic substance)이 되는 것으로 간주된다. 그에 따라, 니트로사민 화합물들이 CO2 스크러빙으로부터 연료 가스와 함께 배출되지 않는 범위로 아민 용액의 니트로사민 함량을 제한하도록 보장할 필요가 있다. 아민 용액 내의 니트로사민 농도가 낮기만 하다면, CO2 흡수 탑(column) 내에 설치된 이차적인 스크러빙 스테이지를 이용하여 니트로사민들이 항상 씻겨지고(backwashed) 그리고 용액 내에 잔류하도록 보장할 수 있다. 그러나, 만약 니트로사민 농도가 계속 증가된다면, 니트로사민들이 발전 설비의 오프-가스(off-gas)로 유입될 위험성이 존재하게 된다.
니트로사민들이 대기 중에서 분해되고, 그러한 분해는 환경적인 위험을 감소시키는 것으로 알려져 있으나, 니트로사민들이 대기 중에서 충분히 신속하게 분해되는지의 여부에 대해서는 의문이 있다. 본질적으로 질소로 이루어진 오프-가스와 비교할 때, 니트로사민들은 상당히 큰 분자량과 그에 따른 높은 비등점을 가지며, 그에 따라 공기보다 무겁기 때문에 니트로사민들은 지면에 안착(settle)하려는 경향을 가진다. 건강 및 안전상의 이유들뿐만 아니라 환경 보호상의 이유들로, 니트로사민들이 용액 순환으로부터 환경으로 유입되지 않도록 보장할 필요가 있다. 전술한 바와 같이, 만약 용매 순환 중의 니트로사민들의 농도가 제한되고 그리고 아민 용액 내에서의 제한 없는 증가가 방지된다면, 그러한 유입 방지가 달성될 수 있을 것이다.
이러한 배경으로, 본 발명의 목적은, 수성 아민 용액의 이용에 의해서 연료 가스로부터 CO2를 제거하는데 있어서 형성되는 니트로사민들의 농도를 감소시키기 위한 기술적으로 단순하고 신뢰가능한 방법을 제공하는 것이고, 니트로사민들이 세정 유체 내에 축적되는 것을 방지하는 것이다.
본 발명의 청구 대상 및 이러한 문제에 대한 해결책은 제1항에 따른 방법으로 구성된다. 본 발명에 따라서, 니트로사민-포함 수성 아민 용액의 서브스트림(substream)이 세정 유체 순환부로부터 분기되며(branched off), 물 및 저비등 성분을 증발시킴으로써 농축된다. 후속적으로, 농축된 아민 용액은, 액체상 및 기체상이 접촉하고 그리고 증기-액체 평형이 액체상과 기체상 사이에서 달성되는, 장치 내에서 비등점으로 유지된다. 기체상은 장치 내부에서 UV 광으로 조사됨으로써, 증기상에 유입되는 니트로사민이 분해된다. 이런 처리 후에, 니트로사민이 대부분 제거된(freed) 농축된 아민 용액이 세정 유체 순환부로 복귀된다.
본 발명에 따른 방법은 UV 광의 작용에 의해서 니트로사민들이 분해된다는 발견을 이용할 수 있게 한다. 그러나, 니트로사민의 분해에 필요한 UV 복사선의 처리 시간 및/또는 충분한 시간이 길고 그리고 결과적인 니트로사민들의 비등점이 용매의 비등점보다 상당히 더 높으며, 그에 따라 낮은 농도의 니트로사민들만이 아민 스크러버 내부에서 증기 형태로 존재한다는 사실을 반드시 고려하여야 한다. 그에 따라, 본 발명에 따라서, UV 복사선이 세정 유체 순환부로부터 분기된 유체의 양으로 제한되고 그리고 UV 복사선 처리에 앞서서 물 및 저-비등점 구성성분들을 증발시킴으로써 크게 농축된다. UV 조사 이전의 아민 용액의 농도로 인해서, 낮은(sparingly) 휘발성의 아민들이 증기상 내에 상당히 높은 농도로 존재하며, 그곳에서 그 아민들이 UV 조사에 대해서 노출되고 그리고 분해된다. 증기상의 UV 조사 중에 액체상 및 증기상이 증기-액체 평형이 된다. 증발된 니트로사민 분자들이 UV 광에 의해서 분해된다는 사실로 인해서 니트로사민 분자들이 증기상으로부터 사라지게 되고, 그에 따라 새로운 증기-액체 평형의 셋팅을 통해서 새로운 니트로사민 분자들이 액체상으로부터 증기상으로 유입된다. 이러한 방식으로, 충분히 긴 유지 시간에서 농축된 아민 용액 내에 존재하는 니트로사민 분자들의 대부분이 분해될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은, 적어도, 연료 가스의 가스 스크러빙의 결과로서 새롭게 형성된 양에 상응하는 양으로, 니트로사민들이 장치 내에서 증기상의 UV 조사를 통해서 분해되는 방식으로 실시될 수 있다.
니트로사민들을 포함하는 아민 용액을 농축하는데 있어서 생성된 증기들이 스크러빙 액체 순환으로 재순환된다. 증기들의 압력을 감소시킴으로써, 증기들이 재생 탑의 섬프(sump) 내로 도입될 수 있을 것이다. 또한, 증기들이 응축될 수 있고 그리고 응축물로서 액체 순환으로 복귀될 수 있을 것이다. 증발 및 후속 UV 조사를 과다 압력에서 또는 그 대신에 1 바아 미만의 압력에서도 실시할 수 있을 것이다.
제5항은 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예를 설명한다. 제 1 작동 단계(operating phase) 동안, 니트로사민이 포함된 수성 아민 용액의 서브스트림이 세정 유체 순환부로부터 분기되고 그리고 유체를 수용하기 위한 컨테이너, 증기 공간 및 증발기를 갖는 장치로 보내진다. 물 및 저비등 성분들이 컨테이너 내에서 아민 용액으로부터 증발되고, 그리고 증기들이 세정 유체 순환부로 재순환된다. 소정의 아민 농도를 성취한 후에, 장치로의 유체 유동이 차단되거나 적어도 영(zero)에 근접하는 한계값(limit value)으로 조절된다(throttled). 동시에, 작동 압력이 일정하게 유지되는 범위까지 증발기의 가열 성능을 감소시키고 그리고 증발기로부터 제거되는 스팀(steam)의 양을 또한 영의 한계값에 근접하는 유량까지 감소시킨다. UV 광으로 증기 공간을 조사하는 동안에 이러한 작동 상태가 유지된다. 유지 시간이 100 시간 또는 그 초과가 될 수 있으나, 일반적으로 약 10 내지 20 시간의 유지 시간이면 충분하다. 예를 들어, 10 내지 20 시간의 충분히 긴 유지 시간에서, 농축된 아민 용액 내에 포함된 니트로사민 분자들의 대부분이 분해될 수 있다.
제 1 작동 단계는 아민 용액 내에 존재하는 물을 본질적으로 증발시키는 역할을 한다. 제 1 작동 단계는 반-연속적인(semicontinuous) 작동이 후속되는 비-정상-상태(non-steady-state) 증발 프로세스를 나타내고, 그러한 증발 프로세스에서는 장치로 공급되는 것과 정확히 동일한 양의 용액이 증발된다. 낮은 휘발성의 화합물들이 액체상 내에 수집된다. 반연속적인 상태에서, 증기상 내의 아민의 중량의 양(중량%로 측정됨)과 세정 유체 순환부로부터 분기된 액체 스트림으로 장치로 공급되는 아민 유량이 동일하다. 이는 장치 내의 용액 내의 아민 농도의 증가를 유도한다. 니트로사민들의 비등점과 유사하게, 아민들의 비등점이 물보다 상당히 높다는 사실로 인해서, 반연속적인 상태에서 아민 농도가 높아짐에 따라 용액의 비등점이 높아지기 시작한다. 아민 용액을 농축하기 위한 제 1 작동 단계는, 바람직하게, 증기와 함께 제거되는 아민 양 유동(quantity flow)이 세정 유체 순환부로부터 분기된 유체 스트림으로 장치로 공급되는 아민 양 유동과 대략적으로 상응하게 될 때까지, 유지된다. 이어서, 가장 높은 니트로사민 농도가 증기상 내에서 구축된다.
본 발명에 따른 방법에서, 단순하고 신뢰가능한 방식으로, 아민 용액 내에서 형성되는 니트로사민들을 낮은 농도 레벨로 유지할 수 있다. UV 복사선으로 니트로사민을 분해하기 위한 본 발명에 따른 방법은 또한 높은 비등점의 분해 생성물들을 위해서 제공된 장비 내에서도 실시될 수 있다. 리클레이머(reclaimer) 유닛들로서도 또한 공지된 이러한 장비 유닛들은 반 연속적으로 그리고, 예를 들어, 디자인에 따라서 100 내지 200 시간의 기간 동안 작동된다. 그러한 장비 유닛들은 니트로사민들을 제거하기 위한 장치에 더하여 UV 복사선을 위한 유닛을 구비할 수 있을 것이다. 예를 들어, 니트로사민들의 분해를 위한 20 시간의 부가적인 유지 시간은 본원에서 설명된 장비의 반연속적인 작동에서 별로 중요하지 않고 또한 장비의 크기에 어떠한 특별한 큰 영향도 미치지 않는다. 본 발명에 따른 방법은, 증발기 원리에 따라서 작동하고 그리고 부가적인 기능으로 고비등 성분을 제거하기 위해서 아민 용액을 정화하도록 디자인된, 리클레이머 유닛들을 구비하는 것에 대한 저비용의 가능성을 구성한다.
본 발명의 청구 대상은 또한 본원에서 설명된 방법을 실시하기 위한 청구항 제8항에 따른 설비가 된다. 이러한 설비는, 본 발명에 따라서, 수성 아민 용액, 가스 스크러버를 위해서 제공된 세정 유체 순환부, 및 연료 가스들의 아민 스크러빙에서 형성되는 니트로사민들의 제거를 위한 장비 유닛에 의해서, 연료 가스들로부터 CO2를 제거하기 위한 가스 스크러버를 포함한다. 이러한 장치는 액체 공간, 증기 공간, 및 증발기를 구비하는 폐쇄형 컨테이너를 가지고, 그리고 세정 유체 순환부에 연결된다. 본 발명에 따라서, UV 광으로 증기상을 조사하기 위한 디바이스가 증기 공간에 구비된다.

Claims (8)

  1. 수성 아민 용액에 의한 연료 가스로부터의 CO2의 제거시 형성되는 니트로사민을 감소시키기 위한 방법이며,
    니트로사민이 포함된 수성 아민 용액의 부분 분량이 세정 유체 순환부로부터 분기되고 그리고 물 및 저비등 성분을 증발시키는 것에 의해 농축되고,
    농축된 아민 용액은, 액체상 및 증기상이 접촉되고 그리고 증기/액체 평형이 액체상과 증기상 사이에서 달성되는, 장치 내에서 비등점으로 유지되고,
    상기 장치 내의 증기상은 UV 광으로 조사되고 그리고 UV 광은 증기상에 유입되는 니트로사민을 분해하며,
    상기 농축된 아민 용액은 상기 장치 내에서 처리된 후에 세정 유체 순환부로 다시 재순환되는,
    니트로사민 감소 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 장치 내의 증기상의 UV 조사에 의해, 니트로사민은 적어도 연료 가스의 가스 스크러빙에서 새로이 형성되는 양에 상응하는 양으로 분해되는 것을 특징으로 하는 니트로사민 감소 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 니트로사민이 포함된 아민 용액의 농축시 발생되는 증기가 세정 유체 순환부로 다시 재순환되는 것을 특징으로 하는 니트로사민 감소 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 작동 단계 동안, 니트로사민이 포함된 수성 아민 용액의 서브스트림이 세정 유체 순환부로부터 분기되어, 유체를 수용하기 위한 컨테이너, 증기 공간 및 증발기를 갖는 장치로 보내지고,
    물 및 저비등 성분이 상기 컨테이너 내에서 아민 용액으로부터 증발되어, 증기가 세정 유체 순환부로 다시 재순환되고,
    소정의 아민 농도에 도달한 후에, 상기 장치로의 유체의 유동이 차단되거나 영에 근접하는 한계값으로 조절되고, 증발기의 가열 성능이 작동 압력이 일정하게 유지되는 범위까지 감소되고, 증발기로부터 제거되는 스팀의 양이 영의 한계값에 근접하는 유량까지 감소되며,
    이러한 작동 상태가 UV 광으로 증기 공간을 조사하는 동안 유지되는 것을 특징으로 하는 니트로사민 감소 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제 1 작동 단계는, 증기와 함께 제거되는 아민 유량이 세정 유체 순환부로부터 분기된 유체 스트림과 함께 상기 장치에 공급되는 아민 유량과 대략 상응할 때까지, 유지되는 것을 특징으로 하는 니트로사민 감소 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 작동 단계는 100 시간까지의, 바람직하게는 30분 내지 30시간의 기간에 걸친 증기상의 UV 조사를 위해 유지되는 것을 특징으로 하는 니트로사민 감소 방법.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 또한 아민 용액으로부터 고비등 불순물을 분리하기 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 니트로사민 감소 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 니트로사민 감소 방법을 수행하기 위한 시스템이며,
    수성 아민 용액에 의해 연료 가스로부터 CO2를 제거하기 위한 가스 스크러버와,
    상기 가스 스크러버에 할당되는 세정 유체 순환부와,
    상기 연료 가스의 아민 스크러빙시 형성되는 니트로사민을 제거하기 위한 장치를 포함하고,
    상기 장치는 유체 공간을 갖는 폐쇄형 컨테이너, 증기 공간 및 증발기를 갖고 그리고 세정 유체 순환부에 연결되며,
    상기 증기 공간은 UV 광으로 증기상을 조사하기 위한 장치를 갖춘,
    니트로사민 감소 방법을 수행하기 위한 시스템.
KR1020137021732A 2011-01-21 2011-12-12 수성 아민 용액을 이용하여 연료 가스들로부터 이산화탄소를 제거하는데 있어서 형성되는 니트로사민들을 감소시키기 위한 방법 및 디바이스 KR20140019324A (ko)

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