KR20140038263A - Apparatus for capturing co2 using chemical solvent - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a device for absorbing and separating carbon dioxide using a chemical absorber: which can increase the injection temperature of an absorber inserted into a separation tower by improving process efficiency using heat of the high temperature absorber discharged from the separation tower and steam condensate discharged from a reboiler; and can reduce the usage of recycled energy and the size of the separation tower by maintaining the separation tower at high temperatures. The device comprises the following: an absorption tower combining carbon dioxide of exhaust gas with the absorber for removing; a first gas-liquid separation device temporarily storing the absorber with the carbon dioxide, and separating gas and liquid; a first heat exchanger for heat-exchanging the liquid supplied from the first gas-liquid separation device; a third heat exchanger for heat-exchanging the absorber supplied from the first heat exchanger; the separation tower for separating the carbon dioxide chemically combined to the heat-exchanged absorber; a condenser for condensing mixed gas of the carbon dioxide and steam discharged from the separation tower and passed through the first heat exchanger; a second gas-liquid separation device separating condensate from the condenser and supplying the condensate back to the separation tower; the reboiler supplying heat energy to the separation tower; a third gas-liquid separation device connected to the reboiler; a fourth gas-liquid separation device for separating gas and liquid in the recycled absorber from which the carbon dioxide is separated in the separation tower; and a cooler for cooling the temperature of the recycled absorber supplied by a pump from the fourth gas-liquid separation device through the third heat exchanger to the level of the absorption tower in order to supply the recycled absorber to the absorption tower.

Description

화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치{Apparatus for capturing CO2 using chemical solvent}Apparatus for capturing CO2 using chemical solvent

이 발명은 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 리보일러에서 나오는 스팀 응축수 및 탈거탑에서 나오는 고온 흡수제의 열을 활용하여 공정 효율을 높임으로써 탈거탑에 들어가는 흡수제의 주입 온도를 상승시킬 수 있으며, 탈거탑의 온도를 높게 유지시킬 수 있어 재생에너지 사용량 및 탈거탑의 크기를 줄일 수 있는, 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for absorbing and removing carbon dioxide using a chemical absorbent, and more specifically, to improve process efficiency by utilizing the heat of steam condensate from a reboiler and a high temperature absorber from a stripping tower to increase process efficiency. It is possible to increase the injection temperature, it is possible to maintain the temperature of the stripping tower to reduce the amount of renewable energy and the size of the stripping column, the present invention relates to a carbon dioxide absorption and stripping device using a chemical absorbent.

최근 지구온난화의 원인 물질인 온실가스를 포집하고 저장하는 노력이 국제적으로 경주되고 있다. 특히 온실가스 중 산성가스인 이산화탄소를 줄이기 위하여 화학적 흡수법, 흡착법, 막분리법, 심냉법 등 많은 기술이 개발되고 있다.Recently, efforts to collect and store greenhouse gases, the causative substance of global warming, have been racing internationally. In particular, many technologies such as chemical absorption, adsorption, membrane separation, deep cooling, and the like have been developed to reduce carbon dioxide, which is an acid gas among greenhouse gases.

화력발전소 등 연소설비에서 발생하는 산성가스인 이산화탄소를 제거하기 위하여 사용되는 흡수제를 이용한 화학적 흡수방법은 높은 효율과 안정적인 기술로 가장 많이 연구되고 있다. 이산화탄소를 포집하기 위한 아민계 포집공정은 화학적 흡수기술의 일종으로서, 석유화학 공정 중 개질공정에서 적용된 바 있는 기술적 신뢰성이 확보된 기술이지만, 석유 화학 공정 가스가 아닌 연소 배가스에 적용하기 위해서는 공정의 개선이 필요한 분리기술이다.The chemical absorption method using the absorbent used for removing carbon dioxide, which is an acid gas generated in a combustion plant such as a thermal power plant, has been studied with high efficiency and stable technology. The amine-based capture process for capturing carbon dioxide is a kind of chemical absorption technology, and it is a technology that has secured the technical reliability applied in the reforming process of petrochemical process, but the process is improved to be applied to combustion flue gas instead of petrochemical process gas. This is a necessary separation technique.

도 1은 종래의 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a device for absorbing and removing carbon dioxide using a conventional chemical absorbent.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 종래의 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치는, 배가스(9a)의 이산화탄소를 흡수제(9c)와 결합시킴으로써 제거하는 흡수탑(9)과, 이산화탄소를 흡수한 흡수제(9d)를 펌프(5)를 거쳐서 입력받아서 열교환하기 위한 열교환기(10)와, 열교환된 흡수제(11a)에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시키기 위한 탈거탑(11)과, 탈거탑(11)으로부터 배출되는 이산화탄소와 수증기의 혼합가스(11b)를 응축시키기 위한 응축기(13)와, 응축기(13)에 연결되어 응축수(11c)를 분리해서 탈거탑(11)으로 다시 공급하는 기액분리장치(15)와, 탈거탑(11)에 열에너지를 공급하는 리보일러(12)와, 탈거탑(11)으로부터 펌프(6)에 의해 열교환기(10)를 거쳐서 공급되는 이산화탄소가 탈거된 재생 흡수제(11f)를 흡수탑 수준의 온도로 낮추어서 흡수탑(9)으로 공급하는 냉각기(14)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 1, a conventional apparatus for absorbing and removing carbon dioxide using a chemical absorbent includes an absorption tower 9 for removing carbon dioxide in exhaust gas 9a by combining with absorbent 9c, and absorbed carbon dioxide. A heat exchanger 10 for receiving heat-absorbing agent 9d through a pump 5 for heat exchange, a stripping column 11 for removing carbon dioxide chemically bonded to the heat-exchanging absorbent 11a, and a stripping tower ( 11 is a condenser 13 for condensing the mixed gas 11b of carbon dioxide and water vapor discharged from the gas, and a gas-liquid separator connected to the condenser 13 to separate the condensate 11c and supply it to the stripping column 11 again. 15, a reboiler 12 for supplying thermal energy to the stripping column 11, and a regeneration absorber from which the carbon dioxide supplied from the stripping column 11 through the heat exchanger 10 is removed by the pump 6 ( 11f) is lowered to the temperature at the absorption tower level. In addition, a cooler 14 is supplied to the absorption tower (9).

상기한 종래의 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치의 작용은 다음과 같다. The function of the carbon dioxide absorption and stripping apparatus using the conventional chemical absorbent is as follows.

냉각된 배가스(9a)가 흡수탑(9)으로 유입되어 40~60℃의 온도에서 흡수제(9c)와 접촉되며, 이 과정에서 이산화탄소는 흡수제(9c)와 결합되어 제거된다. The cooled exhaust gas 9a flows into the absorption tower 9 and comes into contact with the absorbent 9c at a temperature of 40 to 60 ° C. In this process, carbon dioxide is combined with the absorbent 9c and removed.

이와 같이 이산화탄소가 제거된 배가스(9b)는 펌프(3)에 의해 순환되는 세척수를 이용하여 흡수제 또는 증기가 비말되는 것이 방지되면서 흡수탑(9)으로부터 배출된다. 배가스(9b)의 이산화탄소의 농도는 흡수제(9c)와의 화학 반응으로 감소시킬 수 있지만, 낮은 이산화탄소 농도를 유지하기 위해서는 흡수탑(9)이 높아져야 한다. 흡수탑(9)의 운전온도는 흡수제의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 40℃ 내지 60℃의 범위로 유지될 수 있다.In this way, the exhaust gas 9b from which carbon dioxide is removed is discharged from the absorption tower 9 while preventing the absorbent or vapor from being splashed using the washing water circulated by the pump 3. The concentration of carbon dioxide in the exhaust gas 9b can be reduced by chemical reaction with the absorbent 9c, but the absorption tower 9 must be raised to maintain a low carbon dioxide concentration. The operating temperature of the absorption tower 9 may vary depending on the type of absorbent, for example, may be maintained in the range of 40 ℃ to 60 ℃.

흡수탑(9)에서 화학적 결합에 의해 이산화탄소를 흡수한 흡수제(9d)는 펌프(5)를 통해 열교환기(10)로 전달되어 열교환기(10)에 의해서 가열되며, 이와 같이 열교환기(10)에 의해 가열된 흡수제(11a)는 탈거탑(11)의 상부로 주입된다. The absorbent 9d absorbing carbon dioxide by chemical bonding in the absorption tower 9 is transferred to the heat exchanger 10 through the pump 5 and heated by the heat exchanger 10. Thus, the heat exchanger 10 The absorbent 11a heated by the injection is injected into the upper part of the stripping column 11.

탈거탑(11)에서는 높은 온도(110-140℃) 및 대기압 정도의 압력에서 흡수제(11a)의 재생이 수행된다. 이와 같은 고온의 재생 조건을 유지하기 위하여 터빈 수증기 등의 열원이 리보일러(12)로부터 공급되며, 이 과정에서 열에너지가 소모된다. 탈거탑(11)으로 공급되는 열에너지는 흡수제(11a)에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시킨다.In the stripping column 11, regeneration of the absorbent 11a is performed at a high temperature (110-140 ° C) and a pressure of atmospheric pressure. In order to maintain such a high temperature regeneration condition, a heat source such as turbine steam is supplied from the reboiler 12, and heat energy is consumed in this process. Thermal energy supplied to the stripping column 11 removes carbon dioxide chemically bound to the absorbent 11a.

이와 같이 흡수제(11a)로부터 탈거된 이산화탄소와 수증기의 혼합가스(11b)는 응축기(13)에서 응축되고, 기액분리장치(15)에서 이산화탄소 가스와 응축수(11c)로 분리된 후, 응축수(11c)는 탈거탑(11)으로 다시 공급된다. The mixed gas 11b of carbon dioxide and water vapor removed from the absorbent 11a is condensed in the condenser 13, separated from the gas-liquid separator 15 into carbon dioxide gas and condensed water 11c, and then condensed water 11c. Is fed back to the stripping column (11).

이산화탄소가 탈거된 재생 흡수제(11f)는 펌프(6)에 의해 열교환기(10)로 공급되고, 열교환기(10)를 거쳐서 냉각기(14)에 의해 흡수탑 수준의 온도로 낮추어 흡수탑(9)으로 이송된다.The regenerated absorbent 11f from which carbon dioxide has been removed is supplied to the heat exchanger 10 by the pump 6, and lowered to the temperature of the absorption tower level by the cooler 14 via the heat exchanger 10, thereby absorbing the absorption tower 9. Is transferred to.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치는, 흡수제의 재생을 위해 많은 에너지가 소모되므로 재생에너지를 줄이기 위한 흡수제와 관련 공정의 개발이 절실히 요구되고 있으며, 특히 탈거 공정의 흐름을 최적화하여 가장 경제적인 이산화탄소 흡수효율을 얻고자 하는 연구가 많은 연구자에 의해 이루어지고 있다.However, in the conventional carbon dioxide absorption and stripping apparatus as described above, since a lot of energy is consumed for the regeneration of the absorbent, development of an absorbent and related processes for reducing the renewable energy is urgently required, and in particular, the flow of the stripping process is optimized. Many researchers are trying to obtain the most economical carbon dioxide absorption efficiency.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로서, 리보일러에서 나오는 스팀 응축수 및 탈거탑에서 나오는 고온 흡수제의 열을 활용하여 공정 효율을 높임으로써 탈거탑에 들어가는 흡수제의 주입 온도를 상승시킬 수 있으며, 탈거탑의 온도를 높게 유지시킬 수 있어 재생에너지 사용량 및 탈거탑의 크기를 줄일 수 있는, 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치를 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to solve the technical problem as described above, by increasing the process efficiency by utilizing the heat of the steam condensate from the reboiler and the high temperature absorbent from the stripping tower to increase the injection temperature of the absorbent entering the stripping tower The present invention provides a device for absorbing and removing carbon dioxide using a chemical absorbent, which can maintain a high temperature of the stripping column, thereby reducing the amount of renewable energy and the size of the stripping column.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 배가스의 이산화탄소를 흡수제와 결합시킴으로써 제거하는 흡수탑과, 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 일시적으로 저장하여 기-액 분리하는 제1 기액분리장치와, 상기한 제1 기액분리장치로부터 공급되는 액체를 열교환하기 위한 제1 열교환기와, 상기 제1 열교환기로부터 공급되는 흡수제를 열교환하기 위한 제3 열교환기와, 열교환된 흡수제에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시키기 위한 탈거탑과, 탈거탑으로부터 배출되어 제1 열교환기를 거쳐서 입력되는 이산화탄소와 수증기의 혼합가스를 응축시키기 위한 응축기와, 응축기에 연결되어 응축수를 분리해서 탈거탑으로 다시 공급하는 제2 기액분리장치와, 탈거탑에 열에너지를 공급하는 리보일러와, 상기한 리보일러에 연결되어 있는 제3 기액분리장치와, 탈거탑으로 부터 이산화탄소가 탈거된 재생 흡수제를 기액분리하기 위한 제4 기액분리장치와, 상기 제4 기액분리장치로부터 펌프에 의해 제3 열교환기를 거쳐서 공급되는 재생 흡수제를 흡수탑 수준의 온도로 낮추어서 흡수탑으로 공급하는 냉각기를 포함하여 이루어지면 바람직하다.As a means for achieving the above object, the configuration of the present invention, the absorption tower for removing the carbon dioxide of the exhaust gas by combining with the absorbent, the first gas-liquid separator for temporarily storing the gas-absorbing absorber absorbing carbon dioxide and And a first heat exchanger for exchanging the liquid supplied from the first gas-liquid separator, a third heat exchanger for exchanging the absorbent supplied from the first heat exchanger, and carbon dioxide chemically bonded to the heat exchanged absorbent. A stripping column for stripping, a condenser for condensing a mixed gas of carbon dioxide and water vapor discharged from the stripping tower and input through the first heat exchanger, and a second gas-liquid separation connected to the condenser to separate and supply the condensate to the stripping tower A reboiler for supplying thermal energy to the apparatus, the stripping column, and the reboiler described above. A third gas-liquid separator, a fourth gas-liquid separator for gas-liquid separation of the regenerated absorbent from which carbon dioxide has been removed from the stripping column, and a regenerated absorbent supplied through the third heat exchanger by a pump from the fourth gas-liquid separator. It is preferable to include a cooler to lower the temperature to the absorption tower level to supply to the absorption tower.

이 발명의 구성은, 상기 제1 열교환기로부터 공급되는 흡수제를 열교환하기 위한 제2 열교환기를 더 포함하여 이루어지면 바람직하다.It is preferable that the configuration of the present invention further comprises a second heat exchanger for heat-exchanging the absorbent supplied from the first heat exchanger.

이 발명의 구성은, 탈거탑의 흡수제를 재 가열해주기 위한 제4 열교환기를 더 포함하여 이루어지면 바람직하다.It is preferable that the configuration of the present invention further comprises a fourth heat exchanger for reheating the absorbent of the stripping column.

이 발명의 구성은, 상기한 제1 기액분리장치와 제1 열교환기의 사이에 설치되는 제1 필터를 더 포함하여 이루어지면 바람직하다.It is preferable that the configuration of the present invention further includes a first filter provided between the first gas-liquid separator and the first heat exchanger.

이 발명의 구성은, 상기한 냉각기와 흡수탑의 사이에 설치되는 제2 필터를 더 포함하여 이루어지면 바람직하다.It is preferable that the structure of this invention further includes the 2nd filter provided between the said cooler and an absorption tower.

이 발명의 구성은, 상기한 제1 열교환기는 이산화탄소를 흡수한 흡수제를, 탈거탑에서 수분과 함께 나오는 70 ℃ 이산화탄소를 이용하여 열교환을 하면 바람직하다.It is preferable that the first heat exchanger of the present invention heat exchanges the absorbent absorbing the carbon dioxide using 70 ° C. carbon dioxide coming out of the stripping column together with water.

이 발명의 구성은, 상기한 제2 열교환기는 이산화탄소를 흡수한 흡수제를, 리보일러에서 사용한 스팀을 제3 기액분리장치를 통해 얻어진 응축수를 이용하여 열교환을 하면 바람직하다.It is preferable that the second heat exchanger of the present invention performs heat exchange using the absorbent absorbing carbon dioxide and the condensed water obtained through the third gas-liquid separator using steam used in the reboiler.

이 발명의 구성은, 상기한 제3 열교환기는 이산화탄소를 흡수한 흡수제를, 탈거탑에서 나오는 고온의 재생 흡수제를 이용하여 제4 기액 분리장치를 거쳐서 열교환을 하면 바람직하다.It is preferable that the third heat exchanger of the present invention heat exchange the absorbent absorbing carbon dioxide through a fourth gas-liquid separator using a high temperature regenerative absorbent from the stripping column.

이 발명의 구성은, 상기한 제4 열교환기는 탈거탑으로 입력된 흡수제를, 리보일러에서 사용한 스팀을 제3 기액분리장치를 통해 얻어진 응축수를 이용하여 열교환을 하면 바람직하다.In the constitution of the present invention, it is preferable that the fourth heat exchanger performs heat exchange using the absorbent input to the stripping column and the condensed water obtained through the third gas-liquid separator using steam used in the reboiler.

이 발명의 구성은, 상기한 흡수제는 아민계, 아미노산염, 무기염류 용액, 암모니아수 중에서 선택되는 어느 하나 또는 그 혼합을 사용하면 바람직하다.As for the structure of this invention, it is preferable to use the above-mentioned absorbing agent in any one selected from amine type, amino acid salt, inorganic salt solution, and ammonia water, or its mixture.

이 발명은, 리보일러에서 나오는 스팀 응축수 및 탈거탑에서 나오는 고온 흡수제의 열을 활용하여 공정 효율을 높임으로써 탈거탑에 들어가는 흡수제의 주입 온도를 상승시킬 수 있으며, 탈거탑의 온도를 높게 유지시킬 수 있어 재생에너지 사용량 및 탈거탑의 크기를 줄일 수 있는, 는 효과를 갖는다.The present invention can increase the injection temperature of the absorbent entering the stripping column by increasing the process efficiency by utilizing the heat of the steam condensate from the reboiler and the hot absorber from the stripping column, and can maintain the temperature of the stripping column high. There is an effect that can reduce the amount of renewable energy and the size of stripping column.

도 1은 종래의 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치의 구성도이다.
도 2는 이 발명의 제1 실시예에 따른 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치의 구성도이다.
도 3은 이 발명의 제2 실시예에 따른 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a device for absorbing and removing carbon dioxide using a conventional chemical absorbent.
2 is a block diagram of a device for absorbing and removing carbon dioxide using a chemical absorbent according to a first embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of an apparatus for absorbing and removing carbon dioxide using a chemical absorbent according to a second embodiment of the present invention.

이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. Other objects, features, and operational advantages, including the purpose, operation, and effect of the present invention will become more apparent from the description of the preferred embodiments.

참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory only and are not to be construed as limiting the scope of the invention as disclosed in the accompanying claims. It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and similarities, many of which are within the scope of the present invention.

또한, 본원의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 정의된 것으로서, 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 일예로서, 방향에 관한 용어는 설명상의 편의를 위하여 도면상에 표현된 위치를 기준으로 설정하기로 한다.Also, terms and words used in the description and claims of the present invention are defined based on the principle that the inventor can properly define the concept of a term in order to explain its invention in the best way, And should not be construed as limited to only the prior art, and should be construed in a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. For example, the terms relating to directions are set on the basis of the position represented on the drawing for convenience of explanation.

도 2는 이 발명의 제1 실시예에 따른 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치의 구성도이다.2 is a block diagram of a device for absorbing and removing carbon dioxide using a chemical absorbent according to a first embodiment of the present invention.

도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 제1 실시예에 따른 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치의 구성은, 배가스(9a)의 이산화탄소를 흡수제(9c)와 결합시킴으로써 제거하는 흡수탑(9)과, 이산화탄소를 흡수한 흡수제(9d)를 펌프(5)를 거쳐서 입력받아서 일시적으로 저장하여 기-액 분리하는 제1 기액분리장치(20)와, 상기한 제1 기액분리장치(20)로부터 공급되는 액체를 열교환하기 위한 제1 열교환기(1)와, 상기한 제1 기액분리장치(20)와 제1 열교환기(1)의 사이에 설치되는 제1 필터(19)와, 상기 제1 열교환기(1)로부터 공급되는 흡수제를 열교환하기 위한 제2 열교환기(2)와, 상기 제2 열교환기(2)로부터 공급되는 흡수제를 열교환하기 위한 제3 열교환기(16)와, 3차에 걸쳐서 열교환된 흡수제(11a)에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시키기 위한 탈거탑(11)과, 탈거탑(11)으로부터 배출되어 제1 열교환기를 거쳐서 입력되는 이산화탄소와 수증기의 혼합가스(11b)를 응축시키기 위한 응축기(13)와, 응축기(13)에 연결되어 응축수(11c)를 분리해서 탈거탑(11)으로 다시 공급하는 제2 기액분리장치(15)와, 탈거탑(11)에 열에너지를 공급하는 리보일러(12)와, 상기한 리보일러(12)에 연결되어 있는 제3 기액분리장치(23)와, 탈거탑(11)으로 부터 이산화탄소가 탈거된 재생 흡수제(11f)를 기액분리하기 위한 제4 기액분리장치(21)와, 상기 제4 기액분리장치(21)로부터 펌프(6)에 의해 제3 열교환기(16)를 거쳐서 공급되는 재생 흡수제(11f)를 흡수탑 수준의 온도로 낮추어서 흡수탑(9)으로 공급하는 냉각기(14)와, 상기한 냉각기(14)와 흡수탑(9)의 사이에 설치되는 제2 필터(18)를 포함하여 이루어진다.As shown in Fig. 2, the structure of the absorption and removal of carbon dioxide using the chemical absorbent according to the first embodiment of the present invention is an absorption tower that removes the carbon dioxide of the exhaust gas 9a by combining it with the absorbent 9c. (9) and a first gas-liquid separator (20) which receives the absorbent (9d) absorbing carbon dioxide through the pump (5), temporarily stores it, and separates the gas-liquid, and the first gas-liquid separator (20) described above. The first heat exchanger 1 for heat-exchanging the liquid supplied from the), the first filter 19 provided between the first gas-liquid separator 20 and the first heat exchanger 1, and A second heat exchanger 2 for heat-exchanging the absorbent supplied from the first heat exchanger 1, a third heat exchanger 16 for heat-exchanging the absorbent supplied from the second heat exchanger 2, and 3 Carbon dioxide chemically bound to the absorbent (11a) heat exchanged over the car A condenser 13 for condensing the mixed gas 11b of carbon dioxide and water vapor discharged from the stripping column 11 and input through the first heat exchanger, and connected to the condenser 13 And a second gas-liquid separator 15 for separating the condensate 11c and supplying it back to the stripping column 11, a reboiler 12 for supplying thermal energy to the stripping column 11, and the reboiler 12 described above. And a fourth gas-liquid separator 21 for gas-liquid separation of the regenerated absorbent 11f from which the carbon dioxide has been removed from the stripping column 11, and the fourth gas-liquid separated by A cooler 14 for lowering the regenerated absorbent 11f supplied from the separator 21 through the third heat exchanger 16 by the pump 6 to the temperature of the absorption tower and supplying it to the absorption tower 9; And a second filter 18 provided between the cooler 14 and the absorption tower 9.

상기한 제1 열교환기(1)는 이산화탄소를 흡수한 흡수제(9d)를, 탈거탑(11)에서 수분과 함께 나오는 70 ℃ 이산화탄소를 이용하여 열교환을 하는 구조로 이루어진다. The first heat exchanger 1 is configured to heat exchange the absorbent 9d absorbing carbon dioxide using 70 ° C. carbon dioxide emitted from the stripping column 11 together with water.

상기한 제2 열교환기(2)는 이산화탄소를 흡수한 흡수제(9d)를, 리보일러(12)에서 사용한 스팀을 제3 기액분리장치(23)를 통해 얻어진 응축수를 이용하여 열교환을 하는 구조로 이루어진다. The second heat exchanger 2 is configured to heat exchange the absorbent 9d absorbing carbon dioxide using the condensed water obtained through the third gas-liquid separator 23 using the steam used in the reboiler 12. .

상기한 제3 열교환기(16)는 이산화탄소를 흡수한 흡수제(9d)를, 탈거탑(11)에서 나오는 고온의 재생 흡수제(11f)를 이용하여 제4 기액 분리장치(21)를 거쳐서 열교환을 하는 구조로 이루어진다.The third heat exchanger 16 heat-exchanges the absorbent 9d absorbing carbon dioxide through the fourth gas-liquid separator 21 using the high temperature regenerated absorbent 11f from the stripping column 11. Made of structure.

상기한 흡수제(9c)는 아민계, 아미노산염, 무기염류 용액, 암모니아수 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.The absorbent 9c may be used alone or in combination with an amine, an amino acid salt, an inorganic salt solution, and ammonia water.

상기한 구성에 의한, 이 발명의 제1 실시예에 따른 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치의 작용은 다음과 같다.With the above configuration, the action of the carbon dioxide absorption and stripping apparatus using the chemical absorbent according to the first embodiment of the present invention is as follows.

냉각된 배가스(9a)가 흡수탑(9)으로 유입되어 40~60℃의 온도에서 흡수제(9c)와 접촉되며, 이 과정에서 이산화탄소는 흡수제(9c)와 결합되어 제거된다. 흡수탑(9)에는 흡수제(9c)와 배가스(9a)의 접촉 증대를 위해 적어도 하나, 바람직하게는 2개 이상의 충전층이 설치될 수 있다.The cooled exhaust gas 9a flows into the absorption tower 9 and comes into contact with the absorbent 9c at a temperature of 40 to 60 ° C. In this process, carbon dioxide is combined with the absorbent 9c and removed. The absorption tower 9 may be provided with at least one, preferably two or more packed beds to increase the contact between the absorbent 9c and the exhaust gas 9a.

이산화탄소를 포함하고 있는 화학공정가스 및 연소 배가스가 흡수탑(9)에 의해 발생되는 압력강하를 극복하기 위하여 팬을 이용하여 배가스 냉각기로 보내지고 냉각된 배가스(9a)는 흡수탑(9)으로 유입되어 40-60 ℃의 온도에서 흡수제와 접촉되면, 이 과정에서 배가스(9a)중 이산화탄소는 흡수제(9c)에 흡수된다.Chemical process gas and combustion flue gas containing carbon dioxide are sent to the flue gas cooler using a fan to overcome the pressure drop generated by the absorption tower (9) and the cooled flue gas (9a) flows into the absorption tower (9). When contacted with the absorbent at a temperature of 40-60 ° C., carbon dioxide in the exhaust gas 9a is absorbed by the absorbent 9c in this process.

이와 같이 이산화탄소가 제거된 배가스(9b)는 펌프(3)에 의해 순환되는 세척수를 이용하여 흡수제 또는 증기가 비말되는 것이 방지되면서 흡수탑(9)으로부터 배출된다. 배가스(9b)의 이산화탄소의 농도는 흡수제(9c)와의 화학 반응으로 감소시킬 수 있지만, 낮은 이산화탄소 농도를 유지하기 위해서는 흡수탑(9)이 높아져야 한다. In this way, the exhaust gas 9b from which carbon dioxide is removed is discharged from the absorption tower 9 while preventing the absorbent or vapor from being splashed using the washing water circulated by the pump 3. The concentration of carbon dioxide in the exhaust gas 9b can be reduced by chemical reaction with the absorbent 9c, but the absorption tower 9 must be raised to maintain a low carbon dioxide concentration.

흡수탑(9)에서 화학적 결합에 의해 이산화탄소를 흡수한 흡수제(9d)는 펌프(5)에 의해 제1 기액분리장치(20)로 전달되고, 제1 기액분리장치(20)와 필터(19)를 통과한 흡수제(9d)는 제1 열교환기(1)에서 탈거탑(11)의 상부에서 나오는 70℃ 기상과 열교환되어 기상에 포함된 수분이 냉각된다.The absorbent 9d absorbing carbon dioxide by chemical bonding in the absorption tower 9 is transferred to the first gas-liquid separator 20 by the pump 5, and the first gas-liquid separator 20 and the filter 19. The absorbent 9d having passed through is heat-exchanged with the 70 ° C. gaseous phase coming out of the upper part of the stripping column 11 in the first heat exchanger 1 to cool the moisture contained in the gaseous phase.

다음에, 제2 열교환기(2)는 상기 제1 열교환기(1)로부터 공급되는 흡수제를, 탈거탑(11)에서 사용한 후 제3 기액분리장치(23)를 통과한 스팀의 응축수(3kg/cm2(g), 100~105℃)를 이용하여 열교환을 한다.Next, the second heat exchanger (2) uses the absorbent supplied from the first heat exchanger (1) in the stripping column (11), and then condensates (3 kg / s) of steam that has passed through the third gas-liquid separator (23). Heat exchange using cm 2 (g), 100 ~ 105 ℃).

이어서, 제3 열교환기(16)는 상기 제2 열교환기(2)로부터 공급되는 흡수제를, 탈거탑(11)의 하부에서 나오는 고온(110~120℃)의 재생 흡수제(11f)를 제4 기액분리장치(21)를 통과시켜서 열교환을 한다.Subsequently, the third heat exchanger 16 supplies the absorbent supplied from the second heat exchanger 2 and the regenerated absorbent 11f having a high temperature (110 to 120 ° C.) coming out from the bottom of the stripping column 11 to the fourth gas-liquid. Heat exchange is performed by passing through the separator (21).

이와 같이 3차에 걸쳐서 열교환된 흡수제(11a)는 탈거탑(11)으로 입력되어 탈거탑(11)에서 높은 온도(110-140℃) 및 대기압 정도의 압력에서 재생이 수행된다. 이와 같은 고온의 재생 조건을 유지하기 위하여 열이 리보일러(12)로부터 공급되며, 이 과정에서 열에너지가 소모된다. 탈거탑(11)으로 공급되는 열에너지는 흡수제(11a)에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시킨다.In this way, the absorbent 11a heat-exchanged over the third stage is input to the stripping column 11 to perform regeneration at a high temperature (110-140 ° C.) and atmospheric pressure at the stripping column 11. Heat is supplied from the reboiler 12 to maintain such high temperature regeneration conditions, and heat energy is consumed in this process. Thermal energy supplied to the stripping column 11 removes carbon dioxide chemically bound to the absorbent 11a.

이와 같이 흡수제(11a)로부터 탈거된 이산화탄소와 수증기의 혼합가스(11b)는 제1 열교환기(1)를 거쳐서 응축기(13)에서 응축되고, 제2 기액분리장치(15)에서 이산화탄소 가스와 응축수(11c)로 분리된 후, 응축수(11c)는 탈거탑(11)으로 다시 공급된다. In this way, the mixed gas 11b of carbon dioxide and water vapor removed from the absorbent 11a is condensed in the condenser 13 through the first heat exchanger 1, and the carbon dioxide gas and the condensed water in the second gas-liquid separator 15 ( After separating to 11c), the condensate 11c is fed back to the stripping column 11.

이산화탄소가 탈거된 재생 흡수제(11f)는 제4 기액분리장치(21)를 거쳐서 펌프(6)에 의해 제3 열교환기(16)로 공급되고, 냉각기(14)와 제2 필터(18)를 거쳐서 흡수탑(9)으로 이송된다.The regenerated absorbent 11f from which carbon dioxide has been removed is supplied to the third heat exchanger 16 by the pump 6 via the fourth gas-liquid separator 21, and then via the cooler 14 and the second filter 18. It is transferred to the absorption tower (9).

본 발명의 제1 실시예에서는, 30wt%의 모노에탄올아민을 흡수제로 이용하여 이산화탄소인 15 vol%의 이산화탄소를 포함하고 있는 40℃로 조절된 연소배가스를 2.0m3유량으로 흡수탑(9)의 하부에 투입하였다. 흡수제의 순환량은 100ml/min, 흡수탑에 투입되는 흡수제의 온도는 40 ℃로 하였다. 그리고, 흡수탑(9)으로 들어오기 전과 흡수탑(9)을 거친 배가스의 이산화탄소 농도를 가스 분석기를 이용하여 측정하여 이산화탄소 제거율이 90%일 때의 이산화탄소 포집량(ton)당 리보일러(12)의 열사용량을 계산한 바, 냉각수 순환량이 410cc/mm일때 리보일러(12)의 열사용량은 3.40GJ/ton-CO2)이었다.In the first embodiment of the present invention, by using 30 wt% of monoethanolamine as the absorbent, the combustion flue gas adjusted to 40 ° C containing 15 vol% of carbon dioxide, which is carbon dioxide, is discharged at a flow rate of 2.0 m 3 . It was put in the bottom. The circulation amount of the absorbent was 100 ml / min, and the temperature of the absorbent introduced into the absorption tower was 40 ° C. The carbon dioxide concentration of the flue gas before entering the absorption tower 9 and passing through the absorption tower 9 is measured using a gas analyzer to determine the reboiler 12 per ton of carbon dioxide captured when the carbon dioxide removal rate is 90%. The heat consumption of the reboiler 12 was 3.40 GJ / ton-CO2) when the cooling water circulation was 410 cc / mm.

도 3은 이 발명의 제2 실시예에 따른 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치의 구성도이다.3 is a block diagram of an apparatus for absorbing and removing carbon dioxide using a chemical absorbent according to a second embodiment of the present invention.

도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 제2 실시예에 따른 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치의 구성은, 배가스(9a)의 이산화탄소를 흡수제(9c)와 결합시킴으로써 제거하는 흡수탑(9)과, 이산화탄소를 흡수한 흡수제(9d)를 펌프(5)를 거쳐서 입력받아서 일시적으로 저장하여 기-액 분리하는 제1 기액분리장치(20)와, 상기한 제1 기액분리장치(20)로부터 공급되는 액체를 열교환하기 위한 제1 열교환기(1)와, 상기한 제1 기액분리장치(20)와 제1 열교환기(1)의 사이에 설치되는 제1 필터(19)와, 상기 제1 열교환기(1)로부터 공급되는 흡수제를 열교환하기 위한 제3 열교환기(16)와, 2차에 걸쳐서 열교환된 흡수제(11a)에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시키기 위한 탈거탑(11)과, 탈거탑(11)의 흡수제를 재 가열해주기 위한 제4 열교환기(24)와, 탈거탑(11)으로부터 배출되어 제1 열교환기를 거쳐서 입력되는 이산화탄소와 수증기의 혼합가스(11b)를 응축시키기 위한 응축기(13)와, 응축기(13)에 연결되어 응축수(11c)를 분리해서 탈거탑(11)으로 다시 공급하는 제2 기액분리장치(15)와, 탈거탑(11)에 열에너지를 공급하는 리보일러(12)와, 상기한 리보일러(12)에 연결되어 있는 제3 기액분리장치(23)와, 탈거탑(11)으로 부터 이산화탄소가 탈거된 재생 흡수제(11f)를 기액분리하기 위한 제4 기액분리장치(21)와, 상기 제4 기액분리장치(21)로부터 펌프(6)에 의해 제3 열교환기(16)를 거쳐서 공급되는 재생 흡수제(11f)를 흡수탑 수준의 온도로 낮추어서 흡수탑(9)으로 공급하는 냉각기(14)와, 상기한 냉각기(14)와 흡수탑(9)의 사이에 설치되는 제2 필터(18)를 포함하여 이루어진다.As shown in Fig. 3, the structure of the absorption and removal of carbon dioxide using the chemical absorbent according to the second embodiment of the present invention is an absorption tower that removes the carbon dioxide of the exhaust gas 9a by combining it with the absorbent 9c. (9) and a first gas-liquid separator (20) which receives the absorbent (9d) absorbing carbon dioxide through the pump (5), temporarily stores it, and separates the gas-liquid, and the first gas-liquid separator (20) described above. The first heat exchanger 1 for heat-exchanging the liquid supplied from the), the first filter 19 provided between the first gas-liquid separator 20 and the first heat exchanger 1, and The third heat exchanger 16 for heat-exchanging the absorbent supplied from the first heat exchanger 1, and the stripping column 11 for removing carbon dioxide chemically bonded to the absorbent 11a heat-exchanged for the second time. And a fourth heat exchanger for reheating the absorbent in the stripping column 11 Condenser 13 for condensing the mixed gas 11b of carbon dioxide and water vapor discharged from the degassing column 11 and the stripping column 11 and input through the first heat exchanger, and condensed water 11c ) Is connected to the second gas-liquid separator 15 for separating and feeding back to the stripping column 11, a reboiler 12 for supplying thermal energy to the stripping column 11, and the reboiler 12 described above. The third gas-liquid separator 23, the fourth gas-liquid separator 21 for gas-liquid separation of the regenerated absorbent 11f from which the carbon dioxide is removed from the stripping column 11, and the fourth gas-liquid separator 21 Cooler 14 for lowering the regenerated absorbent 11f supplied from the pump 6 via the third heat exchanger 16 to the absorption tower 9 to the absorption tower 9, and the cooler ( And a second filter 18 provided between the 14 and the absorption tower 9.

상기한 제1 열교환기(1)는 이산화탄소를 흡수한 흡수제(9d)를, 탈거탑(11)에서 수분과 함께 나오는 70 ℃ 이산화탄소를 이용하여 열교환을 하는 구조로 이루어진다. The first heat exchanger 1 is configured to heat exchange the absorbent 9d absorbing carbon dioxide using 70 ° C. carbon dioxide emitted from the stripping column 11 together with water.

상기한 제3 열교환기(16)는 이산화탄소를 흡수한 흡수제(9d)를, 탈거탑(11)에서 나오는 고온의 재생 흡수제(11f)를 이용하여 제4 기액 분리장치(21)를 거쳐서 열교환을 하는 구조로 이루어진다.The third heat exchanger 16 heat-exchanges the absorbent 9d absorbing carbon dioxide through the fourth gas-liquid separator 21 using the high temperature regenerated absorbent 11f from the stripping column 11. Made of structure.

상기한 제4 열교환기(24)는 탈거탑(11)으로 입력된 흡수제(11a)를, 리보일러(12)에서 사용한 스팀을 제3 기액분리장치(23)를 통해 얻어진 응축수를 이용하여 열교환을 하는 구조로 이루어진다. The fourth heat exchanger 24 performs heat exchange using the absorbent 11a input to the stripping column 11 and the condensed water obtained through the third gas-liquid separator 23 using the steam used in the reboiler 12. It is made of a structure.

상기한 흡수제(9c)는 아민계, 아미노산염, 무기염류 용액, 암모니아수 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.The absorbent 9c may be used alone or in combination with an amine, an amino acid salt, an inorganic salt solution, and ammonia water.

상기한 구성에 의한, 이 발명의 제2 실시예에 따른 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치의 작용은 다음과 같다.With the above configuration, the action of the carbon dioxide absorption and stripping apparatus using the chemical absorbent according to the second embodiment of the present invention is as follows.

냉각된 배가스(9a)가 흡수탑(9)으로 유입되어 40~60℃의 온도에서 흡수제(9c)와 접촉되며, 이 과정에서 이산화탄소는 흡수제(9c)와 결합되어 제거된다. The cooled exhaust gas 9a flows into the absorption tower 9 and comes into contact with the absorbent 9c at a temperature of 40 to 60 ° C. In this process, carbon dioxide is combined with the absorbent 9c and removed.

이산화탄소를 포함하고 있는 화학공정가스 및 연소 배가스가 흡수탑(9)에 의해 발생되는 압력강하를 극복하기 위하여 팬을 이용하여 배가스 냉각기로 보내지고 냉각된 배가스(9a)는 흡수탑(9)으로 유입되어 40-60 ℃의 온도에서 흡수제와 접촉되면, 이 과정에서 배가스(9a)중 이산화탄소는 흡수제(9c)에 흡수된다.Chemical process gas and combustion flue gas containing carbon dioxide are sent to the flue gas cooler using a fan to overcome the pressure drop generated by the absorption tower (9) and the cooled flue gas (9a) flows into the absorption tower (9). When contacted with the absorbent at a temperature of 40-60 ° C., carbon dioxide in the exhaust gas 9a is absorbed by the absorbent 9c in this process.

이와 같이 이산화탄소가 제거된 배가스(9b)는 펌프(3)에 의해 순환되는 세척수를 이용하여 흡수제 또는 증기가 비말되는 것이 방지되면서 흡수탑(9)으로부터 배출된다. 배가스(9b)의 이산화탄소의 농도는 흡수제(9c)와의 화학 반응으로 감소시킬 수 있지만, 낮은 이산화탄소 농도를 유지하기 위해서는 흡수탑(9)이 높아져야 한다. In this way, the exhaust gas 9b from which carbon dioxide is removed is discharged from the absorption tower 9 while preventing the absorbent or vapor from being splashed using the washing water circulated by the pump 3. The concentration of carbon dioxide in the exhaust gas 9b can be reduced by chemical reaction with the absorbent 9c, but the absorption tower 9 must be raised to maintain a low carbon dioxide concentration.

흡수탑(9)에서 화학적 결합에 의해 이산화탄소를 흡수한 흡수제(9d)는 펌프(5)에 의해 제1 기액분리장치(20)로 전달되고, 제1 기액분리장치(20)와 필터(19)를 통과한 흡수제(9d)는 제1 열교환기(1)에서 탈거탑(11)의 상부에서 나오는 70℃ 기상과 열교환되어 기상에 포함된 수분이 냉각된다.The absorbent 9d absorbing carbon dioxide by chemical bonding in the absorption tower 9 is transferred to the first gas-liquid separator 20 by the pump 5, and the first gas-liquid separator 20 and the filter 19. The absorbent 9d having passed through is heat-exchanged with the 70 ° C. gaseous phase coming out of the upper part of the stripping column 11 in the first heat exchanger 1 to cool the moisture contained in the gaseous phase.

다음에, 제3 열교환기(16)는 상기 제1 열교환기(1)로부터 공급되는 흡수제를, 탈거탑(11)의 하부에서 나오는 고온(110~120℃)의 재생 흡수제(11f)를 제4 기액분리장치(21)를 통과시켜서 열교환을 한다.Next, the third heat exchanger 16 uses the absorbent supplied from the first heat exchanger 1 as the regenerated absorbent 11f having a high temperature (110 to 120 ° C) coming out from the bottom of the stripping column 11. Heat exchange is performed by passing through the gas-liquid separator 21.

이와 같이 2차에 걸쳐서 열교환된 흡수제(11a)는 탈거탑(11)으로 입력되어 탈거탑(11)에서 높은 온도(110-140℃) 및 대기압 정도의 압력에서 재생이 수행된다. 이와 같은 고온의 재생 조건을 유지하기 위하여 열이 리보일러(12)로부터 공급되며, 이 과정에서 열에너지가 소모된다. The absorbent 11a heat-exchanged in this manner is input to the stripping column 11 to perform regeneration at a high temperature (110-140 ° C.) and atmospheric pressure at the stripping column 11. Heat is supplied from the reboiler 12 to maintain such high temperature regeneration conditions, and heat energy is consumed in this process.

이와 함께, 제4 열교환기(24)는 리보일러(12)에서 사용한 스팀을 제3 기액분리장치(23)를 통해 얻어진 응축수를 이용하여 탈거탑(11)으로 입력된 흡수제(11a)와 열교환을 함으로써 재가열을 한다. In addition, the fourth heat exchanger 24 exchanges heat with the absorbent 11a input to the stripping column 11 by using the condensed water obtained by using the steam used in the reboiler 12 through the third gas-liquid separator 23. By reheating.

이와 같이 탈거탑(11)으로 공급되는 열에너지는 흡수제(11a)에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시킨다.The thermal energy supplied to the stripping column 11 removes carbon dioxide chemically bound to the absorbent 11a.

이와 같이 흡수제(11a)로부터 탈거된 이산화탄소와 수증기의 혼합가스(11b)는 제1 열교환기(1)를 거쳐서 응축기(13)에서 응축되고, 제2 기액분리장치(15)에서 이산화탄소 가스와 응축수(11c)로 분리된 후, 응축수(11c)는 탈거탑(11)으로 다시 공급된다. In this way, the mixed gas 11b of carbon dioxide and water vapor removed from the absorbent 11a is condensed in the condenser 13 through the first heat exchanger 1, and the carbon dioxide gas and the condensed water in the second gas-liquid separator 15 ( After separating to 11c), the condensate 11c is fed back to the stripping column 11.

이산화탄소가 탈거된 재생 흡수제(11f)는 제4 기액분리장치(21)를 거쳐서 펌프(6)에 의해 제3 열교환기(16)로 공급되고, 냉각기(14)와 제2 필터(18)를 거쳐서 흡수탑(9)으로 이송된다.The regenerated absorbent 11f from which carbon dioxide has been removed is supplied to the third heat exchanger 16 by the pump 6 via the fourth gas-liquid separator 21, and then via the cooler 14 and the second filter 18. It is transferred to the absorption tower (9).

본 발명의 제2 실시예에서는, 30wt%의 모노에탄올아민을 흡수제로 이용하여 이산화탄소인 15 vol%의 이산화탄소를 포함하고 있는 40℃로 조절된 연소배가스를 2.0m3유량으로 흡수탑(9)의 하부에 투입하였다. 흡수제의 순환량은 100ml/min, 흡수탑에 투입되는 흡수제의 온도는 40 ℃로 하였다. 그리고, 흡수탑(9)으로 들어오기 전과 흡수탑(9)을 거친 배가스의 이산화탄소 농도를 가스 분석기를 이용하여 측정하여 이산화탄소 제거율이 90%일 때의 이산화탄소 포집량(ton)당 리보일러(12)의 열사용량을 계산한 바, 냉각수 순환량이 425cc/mm일때 리보일러(12)의 열사용량은 3.38GJ/ton-CO2)이었다.In the second embodiment of the present invention, by using 30wt% monoethanolamine as the absorbent, the combustion flue gas adjusted to 40 ° C containing 15 vol% carbon dioxide, which is carbon dioxide, of the absorption tower 9 at a flow rate of 2.0 m 3 . It was put in the bottom. The circulation amount of the absorbent was 100 ml / min, and the temperature of the absorbent introduced into the absorption tower was 40 ° C. The carbon dioxide concentration of the flue gas before entering the absorption tower 9 and passing through the absorption tower 9 is measured using a gas analyzer to determine the reboiler 12 per ton of carbon dioxide captured when the carbon dioxide removal rate is 90%. The heat consumption of the reboiler 12 was 3.38 GJ / ton-CO2) when the cooling water circulation was 425 cc / mm.

이와 같이 본 발명은 혼합가스로부터 이산화탄소를 분리 회수하는 공정에서 리보일러(12)에서 나오는 스팀 응축수 및 탈거탑(11)에서 나오는 고온 흡수제의 열을 활용하여 공정 효율을 향상시키는 두가지 공정흐름을 제안하였으며, 이를 통해 탈거탑(11)에 들어가는 흡수제의 주입 온도를 10~20℃까지 상승 가능하며, 탈거탑(11)의 온도를 높게 유지시킬 수 있어 보편적인 아민 흡수제의 이산화탄소 분리회수 시스템 보다 재생에너지 사용량 및 탈거탑(11)의 크기를 획기적으로 줄일 수 있다. 또한 탈거탑(11)의 상부의 수분 응축기 및 린 아민의 냉각에 사용되는 냉각수의 사용량도 획기적으로 줄일 수 있다. 따라서 이산화탄소 운전시 가장 많은 비중을 차지하는 재생에너지 비용을 줄이고 탈거탑(11)의 크기를 작게 설계할 수 있어 투자비를 줄일 수 있다.As described above, the present invention proposed two process flows to improve the process efficiency by utilizing the heat of the steam condensate water from the reboiler 12 and the high temperature absorbent from the stripping column 11 in the process of separating and recovering carbon dioxide from the mixed gas. In this way, the injection temperature of the absorbent entering the stripping column 11 may be increased to 10 to 20 ° C., and the temperature of the stripping column 11 may be maintained at a higher level than the carbon dioxide separation recovery system of a general amine absorbent. And the size of the stripping column 11 can be significantly reduced. In addition, the amount of the cooling water used for cooling the water condenser and lean amine in the upper portion of the stripping column 11 may be significantly reduced. Therefore, it is possible to reduce the cost of renewable energy, which accounts for the largest portion of carbon dioxide operation, and to design the size of the stripping column 11 to reduce the investment cost.

1 : 제1 열교환기 2 : 제2 열교환기
9 : 흡수탑 11 : 탈거탑1: first heat exchanger 2: second heat exchanger
9: absorption tower 11: stripping tower

Claims (10)

배가스의 이산화탄소를 흡수제와 결합시킴으로써 제거하는 흡수탑과,
이산화탄소를 흡수한 흡수제를 일시적으로 저장하여 기-액 분리하는 제1 기액분리장치와,
상기한 제1 기액분리장치로부터 공급되는 액체를 열교환하기 위한 제1 열교환기와,
상기 제1 열교환기로부터 공급되는 흡수제를 열교환하기 위한 제3 열교환기와,
열교환된 흡수제에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시키기 위한 탈거탑과,
탈거탑으로부터 배출되어 제1 열교환기를 거쳐서 입력되는 이산화탄소와 수증기의 혼합가스를 응축시키기 위한 응축기와,
응축기에 연결되어 응축수를 분리해서 탈거탑으로 다시 공급하는 제2 기액분리장치와,
탈거탑에 열에너지를 공급하는 리보일러와,
상기한 리보일러에 연결되어 있는 제3 기액분리장치와,
탈거탑으로 부터 이산화탄소가 탈거된 재생 흡수제를 기액분리하기 위한 제4 기액분리장치와,
상기 제4 기액분리장치로부터 펌프에 의해 제3 열교환기를 거쳐서 공급되는 재생 흡수제를 흡수탑 수준의 온도로 낮추어서 흡수탑으로 공급하는 냉각기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치. An absorption tower that removes the carbon dioxide of the exhaust gas by combining with an absorbent,
A first gas-liquid separator for temporarily storing the absorbent absorbing carbon dioxide and separating the gas-liquid;
A first heat exchanger for heat-exchanging the liquid supplied from the first gas-liquid separator,
A third heat exchanger for heat-exchanging the absorbent supplied from the first heat exchanger,
A stripping column for removing carbon dioxide chemically bound to the heat exchanged absorbent,
A condenser for condensing the mixed gas of carbon dioxide and water vapor discharged from the stripping column and input through the first heat exchanger;
A second gas-liquid separator connected to the condenser to separate the condensate and supply it to the stripping tower;
A reboiler for supplying thermal energy to the stripping tower,
A third gas-liquid separator connected to the reboiler;
A fourth gas-liquid separator for gas-liquid separation of the regenerated absorbent from which carbon dioxide is removed from the stripping column;
Absorption and removal of carbon dioxide using a chemical absorber comprising a cooler for lowering the regenerated absorbent supplied by the pump from the fourth gas-liquid separator via the third heat exchanger to the absorption tower level to supply to the absorption tower. Device. 제 1항에 있어서,
상기 제1 열교환기로부터 공급되는 흡수제를 열교환하기 위한 제2 열교환기를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치. The method according to claim 1,
Apparatus for absorbing and removing carbon dioxide using a chemical absorbent, characterized in that further comprising a second heat exchanger for heat-exchanging the absorbent supplied from the first heat exchanger. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
탈거탑의 흡수제를 재 가열해주기 위한 제4 열교환기를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치. 3. The method according to claim 1 or 2,
A device for absorbing and removing carbon dioxide using a chemical absorbent, further comprising a fourth heat exchanger for reheating the absorbent in the stripping column. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기한 제1 기액분리장치와 제1 열교환기의 사이에 설치되는 제1 필터를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치. 3. The method according to claim 1 or 2,
Apparatus for absorbing and removing carbon dioxide using a chemical absorbent, characterized in that it further comprises a first filter provided between the first gas-liquid separator and the first heat exchanger. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기한 냉각기와 흡수탑의 사이에 설치되는 제2 필터를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치. 3. The method according to claim 1 or 2,
Apparatus for absorbing and removing carbon dioxide using a chemical absorber, further comprising a second filter provided between the cooler and the absorption tower. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기한 제1 열교환기는 이산화탄소를 흡수한 흡수제를, 탈거탑에서 수분과 함께 나오는 70 ℃ 이산화탄소를 이용하여 열교환을 하는 것을 특징으로 하는 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치. 3. The method according to claim 1 or 2,
The first heat exchanger is a carbon dioxide absorbing and stripping device using a chemical absorbent, characterized in that the heat exchanger using a carbon absorber absorbing carbon dioxide, 70 ℃ carbon dioxide coming out with the water from the stripping column. 제 2항에 있어서,
상기한 제2 열교환기는 이산화탄소를 흡수한 흡수제를, 리보일러에서 사용한 스팀을 제3 기액분리장치를 통해 얻어진 응축수를 이용하여 열교환을 하는 것을 특징으로 하는 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치. 3. The method of claim 2,
The second heat exchanger is a carbon dioxide absorption and removal apparatus using a chemical absorber, characterized in that the heat exchanger using the condensed water obtained through the third gas-liquid separator, the absorber absorbing carbon dioxide, the steam used in the reboiler. 제 3항에 있어서,
상기한 제3 열교환기는 이산화탄소를 흡수한 흡수제를, 탈거탑에서 나오는 고온의 재생 흡수제를 이용하여 제4 기액 분리장치를 거쳐서 열교환을 하는 것을 특징으로 하는 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치. The method of claim 3,
The third heat exchanger is a carbon absorber and stripping device using a chemical absorber, characterized in that the heat absorber absorbing the carbon dioxide through the fourth gas-liquid separator using a high temperature regenerated absorbent from the stripping column. 제 3항에 있어서,
상기한 제4 열교환기는 탈거탑으로 입력된 흡수제를, 리보일러에서 사용한 스팀을 제3 기액분리장치를 통해 얻어진 응축수를 이용하여 열교환을 하는 것을 특징으로 하는 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치. The method of claim 3,
The fourth heat exchanger is a device for absorbing and removing carbon dioxide using a chemical absorbent, characterized in that the heat exchanger using the condensate obtained through the third gas-liquid separator using the absorbent input to the stripping column, the steam used in the reboiler. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기한 흡수제는 아민계, 아미노산염, 무기염류 용액, 암모니아수 중에서 선택되는 어느 하나 또는 그 혼합을 사용하는 것을 특징으로 하는 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치. 3. The method according to claim 1 or 2,
The above absorbent is carbon dioxide absorption and removal apparatus using a chemical absorbent, characterized in that any one selected from amines, amino acid salts, inorganic salt solutions, ammonia water or a mixture thereof.
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