KR20140042393A - Apparatus for treating acidic gas and methof thereof - Google Patents
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Abstract
Description
이 발명은 산성가스 처리장치 및 방법에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면, 플래시 드럼 및 압축기를 구성하여 고온의 증기를 발생시켜서 재생탑 내부로 공급함으로써 재생탑에서의 스팀 사용량을 줄이고, 고온의 스팀을 재생탑으로 바로 투입하지 않고 플래시 드럼과 열교환을 시킴으로써 고온 열화 및 부식이 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 플래시 드럼의 운전 온도를 높임으로써 동일 감압 조건하에서 기액분리 효율을 높이고 전제 증기 발생을 증대시킬 수 있는, 산성가스 처리장치 및 방법에 관한 것이다. 조The present invention relates to an acid gas treatment apparatus and method, and more specifically, to configure a flash drum and a compressor to generate a high temperature steam and supply it into the regeneration tower to reduce the steam consumption in the regeneration tower, It is possible to prevent high temperature deterioration and corrosion by exchanging heat with the flash drum without directly inputting it to the regeneration tower, and by increasing the operating temperature of the flash drum, it is possible to increase the gas-liquid separation efficiency and increase the total vapor generation under the same reduced pressure conditions. The present invention relates to an acid gas treatment apparatus and method. article
산업화가 시작된 19세기 초반부터 에너지 산업에서 사용되는 석탄, 석유, LNG 등과 같은 화석연료의 사용 증가로 인하여, 대기 중에 CO2, CH4, H2S, COS(황화 카르보닐) 등과 같은 산성가스의 농도가 급격하게 증가하였다. 이러한 산성가스, 특히 이산화탄소는 지구를 온난화시킨다는 것이 밝혀지면서, 세계적으로 배출 및 처리에 대한 규제가 엄격해지고 있다. 1992년 6월 브라질 리우에서 열린 환경과 개발에 관한 UN 회의를 통하여 지구온난화에 대한 국제적 관심을 불러 일으켰고, 미국과 일본을 포함한 선진국들은 지구온실가스 배출량을 1990년 대비 5.2% 감축하기로 합의하는 등 산성가스 저감방안에 대한 국제적 합의가 이루어지고 있다.Due to the increasing use of fossil fuels such as coal, petroleum, and LNG used in the energy industry since the early 19th century, the industrialization of acidic gases such as CO 2 , CH 4 , H 2 S, and carbonyl sulfide (COS) The concentration sharply increased. These acid gases, especially carbon dioxide, have been found to warm the earth, and regulations on emissions and disposal are becoming more stringent worldwide. In June 1992, the United Nations Conference on Environment and Development in Rio, Brazil, raised international attention to global warming, and developed countries including the United States and Japan agreed to reduce global greenhouse gas emissions by 5.2% compared to 1990. There is international agreement on how to reduce acid gases.
이산화탄소 배출 증가를 억제하기 위한 기술로서는, 이산화탄소 배출감소를 위한 에너지 절약기술, 배출가스로부터 이산화탄소의 포집 및 저장 기술(Carbon dioxide capture and storage: CCS), 이산화탄소를 이용하거나 고정화시키는 기술, 이산화탄소를 배출하지 않는 대체 에너지기술 등이 있다.Techniques to curb increased carbon dioxide emissions include energy saving technologies to reduce carbon dioxide emissions, carbon dioxide capture and storage (CCS) from emissions, technologies to use or immobilize carbon dioxide, and not to emit carbon dioxide. Alternative energy technologies.
이 중에서 CCS 기술은 발전소 및 산업시설에서 대량으로 나오는 온실가스를 가장 효과적으로 처리할 수 있는 기술로 인식됨에 따라, G-8과 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change) 및 IEA(International Energy Agency) 등 국제 유력기구에서 기술개발 및 활용을 적극적으로 독려하고 있다.Among them, CCS technology is recognized as the most effective technology for dealing with the large amount of greenhouse gases emitted from power plants and industrial facilities. Therefore, international powers such as G-8, Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), and International Energy Agency (IEA) The organization actively encourages the development and use of technologies.
CCS 기술 중에서도 이산화탄소 포집 기술은 전체 비용의 상당 부분을 차지하는 중요 기술로서, 지금까지 연구되고 있는 기술로는 이산화탄소의 처리 위치에 따라 연소전, 연소중, 연소후 방법으로 나뉘며, 처리 방법에 따라 흡수법, 흡착법, 막분리법, 심냉법 등이 있다.Among the CCS technologies, carbon dioxide capture technology is an important technology that accounts for a large part of the total cost. The technologies studied so far are divided into pre-combustion, in-combustion and post-combustion methods according to the treatment position of carbon dioxide. , Adsorption method, membrane separation method and deep cooling method.
이 중에서 흡수법은 대용량의 가스 및 저농도의 가스 분리에 적합하기 때문에, 대부분의 대형 산업체 및 발전소로의 적용이 용이하여 에이비비 러머스 크레스트(ABB lummus Crest)사의 공정이 트로나(Trona, CA, USA) 및 쉐디 포인트(Shady Point, Oklahoma, USA)에서 운전되고 있으며, 관련 기술들이 대한민국 특허공개 제2010-35335호 등에 개시되어 있다.Absorption method is suitable for large-capacity and low-density gas separation, so it is easy to be applied to most large industries and power plants, and the process of ABB lummus Crest is carried out in Trona, CA, USA) and Shady Point, Oklahoma, USA, and related technologies are disclosed in Korean Patent Publication No. 2010-35335.
도 1은 일반적인 산성가스 처리 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a general acid gas treatment apparatus.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 일반적인 산성가스 처리치는, 가스투입라인(1)을 통하여 입력되는 배가스의 이산화탄소를 흡수제와 결합시킴으로써 제거하는 흡수탑(2)과, 이산화탄소를 흡수한 흡수제(3)를 펌프(9)를 거쳐서 입력받아서 열교환하기 위한 열교환기(12)와, 열교환된 흡수제에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시키기 위한 재생탑(4)과, 재생탑(4)으로부터 배출되는 이산화탄소와 수증기의 혼합가스(8)를 응축시키기 위한 응축기(도시되지 않음)와, 응축기(도시되지 않음)에 연결되어 응축수를 분리해서 재생탑(4)으로 다시 공급하는 기액분리장치(도시되지 않음)와, 재생탑(4)에 열에너지를 공급하는 리보일러(5)와, 재생탑(4)으로부터 펌프(10)에 의해 공급되는 이산화탄소가 탈거된 재생 흡수제(6)를 흡수탑 수준의 온도로 낮추어서 흡수탑(2)으로 공급하는 열교환기(11)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 1, a general acidic gas treatment value includes an
상기한 구성에 의한 일반적인 산성가스 처리장치의 작용은 다음과 같다. The action of the general acidic gas treatment apparatus according to the above configuration is as follows.
가스투입라인(1)의 냉각된 배가스가 흡수탑(2)으로 유입되어 40~60℃의 온도에서 흡수제(6)와 접촉되며, 이 과정에서 이산화탄소는 흡수제(6)와 결합되어 제거된다. The cooled exhaust gas of the
이와 같이 이산화탄소가 제거된 배가스(7)는 펌프에 의해 순환되는 세척수를 이용하여 흡수제 또는 증기가 비말되는 것이 방지되면서 흡수탑(2)으로부터 배출된다. 배가스(7)의 이산화탄소의 농도는 흡수제(6)와의 화학 반응으로 감소시킬 수 있지만, 낮은 이산화탄소 농도를 유지하기 위해서는 흡수탑(2)이 높아져야 한다. 흡수탑(2)의 운전온도는 흡수제의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 40℃ 내지 60℃의 범위로 유지될 수 있다.The
흡수탑(2)에서 화학적 결합에 의해 이산화탄소를 흡수한 흡수제(3)는 펌프(9)를 통해 열교환기(12)로 전달되어 열교환기(12)에 의해서 가열되며, 이와 같이 열교환기(12)에 의해 가열된 흡수제는 재생탑(4)의 상부로 주입된다. The absorbent (3) absorbing carbon dioxide by chemical bonding in the absorption tower (2) is transferred to the heat exchanger (12) through the pump (9) and heated by the heat exchanger (12), and thus the heat exchanger (12) The absorbent heated by is injected into the top of the
재생탑(4)에서는 높은 온도(110-140℃) 및 대기압 정도의 압력에서 흡수제의 재생이 수행된다. 이와 같은 고온의 재생 조건을 유지하기 위하여 터빈 수증기 등의 열원이 리보일러(5)로부터 공급되며, 이 과정에서 열에너지가 소모된다. 재생탑(4)으로 공급되는 열에너지는 흡수제에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시킨다.In the
이와 같이 흡수제로부터 탈거된 이산화탄소와 수증기의 혼합가스(8)는 응축기(도시되지 않음)에서 응축되고, 기액분리장치(도시되지 않음)에서 이산화탄소 가스와 응축수로 분리된 후, 응축수는 재생탑(4)으로 다시 공급된다. The mixed
이산화탄소가 탈거된 재생 흡수제는 펌프(10)에 의해 열교환기(11)로 공급되고, 열교환기(11)를 거쳐서 흡수탑 수준의 온도로 낮추어져서 흡수탑(2)으로 이송된다.The regenerated absorbent from which carbon dioxide has been removed is supplied to the
그러나, 상기한 바와 같은 종래의 산성가스 처리장치는, 고온의 스팀이 재생탑으로 바로 들어감으로써 고온 열화 및 부식이 발생되는 문제점이 있다.However, the conventional acidic gas treatment apparatus as described above has a problem in that high temperature deterioration and corrosion are caused by high temperature steam directly entering the regeneration tower.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고온의 스팀을 재생탑으로 바로 투입하지 않고 플래시 드럼과 열교환을 시킴으로써 고온 열화 및 부식이 발생되는 것을 방지할 수 있는 산성가스 처리장치 및 방법을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, acid gas treatment that can prevent the high temperature deterioration and corrosion by heat exchange with the flash drum without directly inputting the high temperature steam to the regeneration tower An apparatus and method are provided.
본 발명의 다른 목적은 플래시 드럼의 운전 온도를 높임으로써 동일 감압 조건하에서 기액분리 효율을 높이고 전제 증기 발생을 증대시킬 수 있는 산성가스 처리장치 및 방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide an acid gas treating apparatus and method capable of increasing gas-liquid separation efficiency and increasing total vapor generation under the same reduced pressure by increasing the operating temperature of a flash drum.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 장치의 구성은, 가스투입라인을 통하여 입력되는 배가스의 이산화탄소를 흡수제와 결합시킴으로써 제거하는 흡수탑과, 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 펌프를 거쳐서 입력받아서 열교환하기 위한 열교환기와, 열교환된 흡수제에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시키기 위한 재생탑과, 재생탑으로부터 배출되는 이산화탄소와 수증기의 혼합가스를 응축시키기 위한 응축기와, 응축기에 연결되어 응축수를 분리해서 재생탑으로 다시 공급하는 기액분리장치와, 재생탑에 열에너지를 공급하는 리보일러와, 재생탑의 하단에서 배출되는 린아민을 플래시 증발시켜서 증기를 발생시키는 플래시 드럼과, 플래시 드럼으로부터 발생된 증기를 고온 고압의 증기로 압축시키는 압축기와, 재생탑으로부터 펌프에 의해 공급되는 이산화탄소가 탈거된 재생 흡수제를 흡수탑 수준의 온도로 낮추어서 흡수탑으로 공급하는 열교환기를 포함하여 이루어지면 바람직하다.As a means for achieving the above object, the configuration of the apparatus of the present invention, the absorption tower to remove the carbon dioxide of the exhaust gas input through the gas input line with the absorbent, and the absorber absorbing carbon dioxide through the pump through the heat exchanger A heat exchanger for regeneration, a regeneration tower for removing carbon dioxide chemically bonded to the heat-exchanging absorbent, a condenser for condensing the mixed gas of carbon dioxide and water vapor discharged from the regeneration tower, and a condenser connected to the condenser to separate and regenerate A gas-liquid separator for feeding back to the tower, a reboiler for supplying thermal energy to the regeneration tower, a flash drum for generating vapor by flash evaporating leanamine discharged from the bottom of the regeneration tower, and a steam generated from the flash drum Compressor compressed with high pressure steam and regeneration tower From lowering the regenerated sorbent is stripped of carbon dioxide to be supplied by the pump to the temperature of the absorber level preferably comprising including a heat exchanger for supplying the absorption tower.
이 발명의 장치의 구성은, 상기한 플래시 드럼은 스테인레스 재질의 자켓 타입으로 이루어지면 바람직하다.The configuration of the apparatus of the present invention is preferably such that the flash drum is made of a stainless steel jacket type.
이 발명의 장치의 구성은, 상기한 플래시 드럼의 운전 압력은 0.1 내지 1.0 barg로 이루어지면 바람직하다.The configuration of the apparatus of the present invention is preferably such that the operating pressure of the flash drum is 0.1 to 1.0 barg.
이 발명의 장치의 구성은, 상기한 압축기의 운전압력은 재생탑의 운전압력 대비 0.1 내지 0.5 barg 높게 운전되면 바람직하다.In the configuration of the apparatus of the present invention, it is preferable that the operating pressure of the compressor is operated 0.1 to 0.5 barg higher than the operating pressure of the regeneration tower.
이 발명의 방법의 구성은, (a) 혼합가스가 흡수탑의 내부로 투입되는 단계, (b) 흡수탑으로 공급된 혼합가스 및 흡수제가 향류 접촉하여 혼합가스 중의 산성가가 선택적으로 흡수제와 반응하는 단계, (c) 흡수탑에서 혼합가스 중의 산성가스와 반응한 흡수제가 펌프를 통해 재생탑으로 이송되는 단계, (d) 재생탑에서 하부의 리보일러(Reboiler)에서 생성된 고온의 스팀 또는 열 에너지에 의해 흡수제와 화학적으로 결합한 산성가스를 분리하는 단계, (e) 재생탑의 하부에서 고온의 스팀 또는 열에너지에 의해 이산화탄소(CO2)가 제거된 흡수제(린 아민 흡수제)를 플래시 드럼으로 이송시키는 단계, (f) 플래시 드럼으로 이송된 고온 고압의 린 아민 흡수제를 감압을 시켜서 증기 및 액상의 흡수제로 분리한 후, 액상의 흡수제는 흡수탑으로 재순환시키고, 발생된 증기는 압축기로 이송시키는 단계, (g) 압축기로 이송된 증기는 기계적 회전에 의해 고온 고압의 증기로 재압축시키는 단계, (h) 압축기에서 배출된 증기를 플래시 드럼의 외부 자켓으로 연결하여 플래시 드럼과 열교환하는 단계, (i) 플래시 드럼과 열교환이 끝난 증기는 재생탑으로 재이송시키는 단계를 포함하여 이루어지면 바람직하다.The structure of the method of the present invention is characterized in that (a) the mixed gas is introduced into the absorption tower; (C) the absorbent reacted with the acidic gas in the mixed gas in the absorption tower is transferred to the regeneration tower via a pump, (d) the high temperature steam or thermal energy produced by the lower reboiler in the regeneration tower. Separating the acid gas chemically bound to the absorbent by means of (e) transferring the absorbent (lean amine absorbent) from which carbon dioxide (CO 2 ) has been removed by hot steam or thermal energy at the bottom of the regeneration tower to a flash drum. , (f) the high temperature and high pressure lean amine absorbents transferred to the flash drum were separated by vapor and liquid absorbents under reduced pressure, and the liquid absorbents were recycled to the absorption tower. (G) recompressing the steam delivered to the compressor into high temperature and high pressure steam by mechanical rotation; and (h) connecting the steam discharged from the compressor to an external jacket of the flash drum to Heat exchange, (i) the flash drum and the heat exchanged steam is preferably carried out including a step of re-transmitting to the regeneration tower.
이 발명의 방법의 구성은, 상기한 플래시 드럼은 스테인레스 재질의 자켓 타입을 사용하면 바람직하다.As for the structure of the method of this invention, it is preferable that the said flash drum uses the jacket type of stainless material.
이 발명의 방법의 구성은, 상기한 플래시 드럼의 운전 압력은 0.1 내지 1.0 barg로 운전되면 바람직하다.The configuration of the method of the present invention is preferably such that the operating pressure of the flash drum is operated at 0.1 to 1.0 barg.
이 발명의 방법의 구성은, 상기한 압축기의 운전압력은 재생탑의 운전압력 대비 0.1 내지 0.5 barg 높게 운전되면 바람직하다.In the configuration of the method of the present invention, it is preferable that the operating pressure of the compressor is operated 0.1 to 0.5 barg higher than the operating pressure of the regeneration tower.
이 발명의 방법의 구성은, 상기한 흡수제로는 아민계, 아미노산염, 무기염계 용액, 암모니아수 등을 단독 혹은 혼합하여 사용하면 바람직하다.As for the structure of the method of this invention, it is preferable to use amine type, amino acid salt, inorganic salt solution, ammonia water, etc. individually or in mixture as said absorbent.
이 발명은, 플래시 드럼 및 압축기를 구성하여 고온의 증기를 발생시켜서 재생탑 내부로 공급함으로써 재생탑에서의 스팀 사용량을 줄이고, 고온의 스팀을 재생탑으로 바로 투입하지 않고 플래시 드럼과 열교환을 시킴으로써 고온 열화 및 부식이 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 플래시 드럼의 운전 온도를 높임으로써 동일 감압 조건하에서 기액분리 효율을 높이고 전제 증기 발생을 증대시킬 수 있는, 효과를 갖는다.The present invention reduces the amount of steam used in the regeneration tower by generating a flash drum and a compressor to generate high temperature steam and supplying it into the regeneration tower, and heat exchanges with the flash drum without directly supplying the high temperature steam to the regeneration tower. Deterioration and corrosion can be prevented from occurring, and by increasing the operating temperature of the flash drum, it is possible to increase gas-liquid separation efficiency and increase total vapor generation under the same reduced pressure conditions.
도 1은 종래의 산성가스 처리장치의 구성도이다.
도 2는 이 발명의 일 실시예에 따른 산성가스 처리장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a conventional acid gas treatment apparatus.
2 is a block diagram of an acid gas treatment apparatus according to an 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 일 실시예에 따른 산성가스 처리장치의 구성도이다.2 is a block diagram of an acid gas treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일 실시예에 따른 산성가스 처리장치의 구성은, 가스투입라인(21)을 통하여 입력되는 배가스의 이산화탄소를 흡수제와 결합시킴으로써 제거하는 흡수탑(23)과, 이산화탄소를 흡수한 흡수제(24)를 펌프(25)를 거쳐서 입력받아서 열교환하기 위한 열교환기(16)와, 열교환된 흡수제에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시키기 위한 재생탑(27)과, 재생탑(27)으로부터 배출되는 이산화탄소와 수증기의 혼합가스(32)를 응축시키기 위한 응축기(도시되지 않음)와, 응축기(도시되지 않음)에 연결되어 응축수를 분리해서 재생탑(32)으로 다시 공급하는 기액분리장치(도시되지 않음)와, 재생탑(32)에 열에너지를 공급하는 리보일러(재생탑 일체형)와, 재생탑(27)의 하단에서 배출되는 린아민을 플래시 증발시켜서 증기를 발생시키는 플래시 드럼(33)과, 플래시 드럼(33)으로부터 발생된 증기를 고온 고압의 증기로 압축시키는 압축기(28)와, 재생탑(27)으로부터 펌프(29)에 의해 공급되는 이산화탄소가 탈거된 재생 흡수제(33)를 흡수탑 수준의 온도로 낮추어서 흡수탑(23)으로 공급하는 열교환기(30)를 포함하여 이루어진다.As shown in Figure 2, the configuration of the acid gas treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, the
상기한 플래시 드럼(33)은 스테인레스 재질의 자켓 타입으로 이루어지며, 운전 압력은 0.1 내지 1.0 barg로 이루어진다.The
상기한 압축기(28)의 운전압력은 재생탑(27)의 운전압력 대비 0.1 내지 0.5 barg 높게 운전하는 구조로 이루어진다.The operating pressure of the
본 발명에 따른 산성가스 처리방법은, (a) 혼합가스가 흡수탑(23)의 내부로 투입되는 단계, (b) 흡수탑(23)으로 공급된 혼합가스 및 흡수제가 향류 접촉하여 혼합가스 중의 산성가가 선택적으로 흡수제와 반응하는 단계, (c) 흡수탑(23)에서 혼합가스 중의 산성가스와 반응한 흡수제가 펌프(25)를 통해 재생탑(27)으로 이송되는 단계, (d) 재생탑(27)에서 하부의 리보일러(Reboiler)에서 생성된 고온의 스팀 또는 열 에너지에 의해 흡수제와 화학적으로 결합한 산성가스를 분리하는 단계, (e) 재생탑(27)의 하부에서 고온의 스팀 또는 열에너지에 의해 이산화탄소(CO2)가 제거된 흡수제(린 아민 흡수제)를 플래시 드럼(33)으로 이송시키는 단계, (f) 플래시 드럼(33)으로 이송된 고온 고압의 린 아민 흡수제를 감압을 시켜서 증기 및 액상의 흡수제로 분리한 후, 액상의 흡수제는 흡수탑(23)으로 재순환시키고, 발생된 증기는 압축기(28)로 이송시키는 단계, (g) 압축기(28)로 이송된 증기는 기계적 회전에 의해 고온 고압의 증기로 재압축시키는 단계, (h) 압축기(28)에서 배출된 증기를 플래시 드럼(33)의 외부 자켓으로 연결하여 플래시 드럼(33)과 열교환하는 단계, (i) 플래시 드럼(33)과 열교환이 끝난 증기는 재생탑(27)으로 재이송시키는 단계를 포함한다.In the acid gas treatment method according to the present invention, (a) the mixed gas is introduced into the
상기한 흡수제는 습식 산성가스 처리 공정에 적용이 가능한 흡수제로서, 아민계, 아미노산염, 무기 염계 용액, 암모니아수 등을 단독 혹은 혼합하여 사용할 수 있다. The absorbent described above is an absorbent applicable to the wet acid gas treatment process, and 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 일 실시예에 따른 산성가스 처리장치 및 방법의 작용은 다음과 같다.With the above configuration, the operation of the acidic gas treating apparatus and method according to the embodiment of the present invention is as follows.
산성가스를 처리하기 위한 공정은, 크게 흡수탑과 탈거탑에서의 2 단계로 구분하여 나누어 볼 수 있으며 각 단계별 상세 내용은 다음과 같다.The process for treating acid gas can be divided into two stages in absorption tower and stripping column. Details of each step are as follows.
1단계 : 흡수탑Stage 1: Absorption Tower
산성가스가 포함된 혼합가스가 냉각장치에 의해 일차 냉각된 후, 흡수탑(23)에 의해 발생되는 압력강하를 극복하기 위하여 가스 블로어(22)를 통해 흡수탑 하부로 이송된다. 가스블로어(22)를 통해 이송되는 혼합가스는 흡수제와 반대 방향으로 흡수탑(23)을 통과하면서 배가스중의 산성가스와 흡수제가 화학적으로 결합한다. 흡수탑(23)의 내부는 비정형(Random) 혹은 정형(Structured) 충진물을 구성하여 기상의 배가스와 액상 흡수제간의 반응성을 향상시킨다.After the mixed gas containing the acidic gas is first cooled by the cooling device, the mixed gas is transferred to the lower portion of the absorption tower through the
이와 같이 흡수탑(23)의 내부로 투입되는 혼합 가스는 흡수제와 화학적으로 반응을 하고 산성가스가 제거된 가스는 흡수탑 상단의 스크러버를 통과하는데, 가스 중에 포함된 소량의 흡수제 및 수분 등은 스크러버에서 포집되어 흡수탑(23)으로 재순환되고, 탈거가 이루어진 가스(31)는 대기 중으로 배출된다. 흡수탑(23)의 운전온도는 사용되는 흡수제의 종류 및 배가스 조성에 따라 달라질 수 있는데 일반적으로 25~60℃ 범위에서 운전이 이루어진다.As such, the mixed gas introduced into the
2단계 : 재생탑Step 2: Play Tower
흡수탑(23)에서 산성가스와 화학적으로 반응한 산성가스 포화 흡수제는 열교환기(26)를 거쳐 예열된 후 재생탑(27)의 상부로 공급되는데, 재생탑(27)의 상부로 인입된 산성가스 포화 흡수제는 재생탑(27)의 하부로 이동하면서 재생탑(27)의 하부의 리보일러(재생탑 일체형)에서 발생되는 스팀 또는 열 에너지에 의하여 산성가스가 탈거되고 흡수제는 재생된다. 재생탑(27)의 상부로는 물(H2O) 성분을 포함한 탈거된 산성가스(32)가 냉각기(도시되지 않음)로 이동되며, 여기에서 대부분의 증기는 냉각되어 기체/액체 2상의 유체가 생성된 후 리플럭스 드럼(도시되지 않음)으로 이송된다. The acid gas saturated absorbent chemically reacted with the acid gas in the
리플럭스 드럼(도시도지 않음)에서는 기상의 산성가스와 응축수로 상 분리되며, 산성가스는 이후 회수및 처리공정으로 이송되어 용도에 따라 저장 또는 다른 유용한 고부가 화학물질로 전환이 가능하다. 응축수는 리플럭스 드럼(도시되지 않음)을 통하여 다시 재생탑(27)의 상부로 이송되어 재생탑(27)의 상부로 상승하는 기체에 존재하는 부유물을 세정하는 역할을 한다. Reflux drums (not shown) are phase separated into gaseous acid gases and condensate, which can then be transferred to recovery and treatment processes for storage or other useful high value chemicals depending on the application. The condensate is transported back to the top of the
리보일러(재생탑 일체형)로부터 이송되는 재생된 흡수제는 흡수제 순환펌프(29)를 통하여 열교환기(30)를 거쳐 흡수탑(23)의 상부로 이송된다. 재생탑(32)의 운전온도는 흡수제의 종류 및 배가스 조성에 따라 달라질 수 있는데 일반적으로 90~14 0℃ 범위에서 운전이 이루어진다.The regenerated absorbent conveyed from the reboiler (integrated regeneration tower) is transferred to the upper portion of the
재생탑(27)의 하단에는 플래시 드럼(33) 및 압축기(28)를 설치하여 재생탑(27)의 하단에서 배출되는 린아민(34)을 플래시 증발시켜서 증기를 발생시키고, 발생된 증기를 다시 재생탑(27)의 내부로 공급하여 결국 재생탑(27)에서의 스팀 사용량을 줄일 수 있는 증기 재압축 공정을 추가하게 된다. 증기 재압축 공정과의 연계를 위해 재생탑(27)의 운전 압력은 1.5 내지 2.5 barg 범위가 적당하다. 운전 압력이 1.5barg 이하인 경우에는 이후 플래시 드럼(33)에서 발생되는 증기의 양이 적기 때문에 바람직하지 않으며, 2.5barg 이상으로 운전되는 경우에는 흡수제 재생을 위해 필요한 스팀의 사용량이 증가되어 운전비용이 증가하므로 바람직하지 않다. A
플래시 드럼(33)의 압력제어는 압축기(28)로 연결되는 출구라인(33-2)에 설치된 글로브 밸브 등을 이용하여 미세 조정하는데, 운전 압력은 0.1 내지 1.0 barg가 적당하다. 운전 압력을 0.1 barg 미만으로 하는 경우에는 이후 압축공정에서의 압축비가 증대됨에 따라 다단의 압축공정을 적용하여야 하므로 바람직하지 않고, 1.0 barg 이상으로 운전하는 경우에는 플래시 드럼(33)에서 발생되는 증기의 양이 감소하기 때문에 증기 재압축 기술의 효과를 기대하기 어렵다.Pressure control of the
상기한 압축기(28)를 거친 증기(28-1)의 온도는 170도 이상의 매우 고온이므로, 고온의 증기를 재생탑(27)으로 직접 투입할 경우에는 고온 열화발생 및 장치 부식의 심화가 우려되어 바람직하지 않다. Since the temperature of the steam 28-1 passing through the
따라서 플래시 드럼(33)을 스테인레스 재질의 자켓형태로 구성을 하여, 압축기(28)를 거쳐서 발생되는 고온의 스팀이 플래시 드럼(33)의 외부 자켓으로 투입되게 함으로써 플래시 드럼(33)의 운전온도를 증가시키고, 고온의 스팀 온도는 상대적으로 낮아지도록 열교환을 시킨다. 이는 증기 재압축 기술에 있어 플래시 드럼(33)의 운전온도가 증가하게 되면 동일 압력하에서 증기의 발생량이 증가하기 때문에 결론적으로 재생탑(27)에서의 스팀 사용량 감소를 유도할 수 있다. Therefore, the
<실시예 1> 흡수탑(23)의 하단의 가스 투입라인(21)을 통해 연소가스를 2m3/hr 유량으로 투입하였다. 흡수탑(23)으로 투입되는 가스의 온도는 40℃로 조정하여 석탄화력발전소의 탈황탑 이후에 배출되는 운전조건과 동일한 값을 갖도록 하였고 공정상에서 순환하는 흡수제의 유량은 분당 100 ml/min으로 고정하였다. 재생탑(27)의 하부의 운전온도 및 운전압력은 각각 110℃. 2.0 barg로 조정하였다. 재생탑 하부에서 배출되는 린 아민 흡수제는 이후 플래시드럼(33)으로 이송시켰으며, 플래시 드럼(33)의 운전 압력은 0.5 barg로 조정하여 고온의 아민흡수제가 플래스 드럼(33)에서 감압에 의한 기액 분리가 이루어지도록 하였다. 플래시 드럼(33)에서 생성된 증기는 이후 압축기(28)로 투입이 되는데, 압축기(28)의 운전압력은 2.5 barg로 운전하였다. 압축기(28)에서 생성된 고온고압의 스팀은 이후 다시 플래시드럼(33)의 외부 자켓으로 연결이 되고 플래시 드럼(33)과의 열교환이 끝난 스팀은 다시 재생탑(27)으로 투입되도록 하였다. 이러한 조건에 대하여 실험을 수행한 후, 재생탑(27)에서의 스팀 사용량을 포함하는 실험결과들을 하기 표 1에 나타내었다.Example 1 Combustion gas was introduced at a flow rate of 2
<실시예 2> 상기 실시예 1에서, 플래시 드럼(33)의 운전압력이 1.0 barg로 운전된 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였으며, 이를 통하여 얻은 재생탑(27)에서의 스팀사용량 및 기타 운전조건을 표 1에 나타내었다.<Example 2> In Example 1, except that the operating pressure of the
<비교예 1> 상기 실시예 1에서, 압축기(28)에서 발생하는 고온고압의 증기를 플래시 드럼(33)으로 이송시키지 않고 바로 재생탑(23)으로 투입하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였으며, 이를 통하여 얻은 재생탑(27)에서의 스팀사용량 및 기타 운전조건을 표 1에 나타내었다.<Comparative Example 1> In Example 1, except that the high-temperature, high-pressure steam generated by the
<비교예 2> 상기 실시예 1에서, 플래시 드럼(33) 및 압축기(28)를 거쳐서 발생된 증기를 플래시 드럼(33)과의 열교환 없이 바로 재생탑(27)으로 투입하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였으며, 이를 통하여 얻은 재생탑(27)에서의 스팀사용량 및 기타 운전조건을 표 1에 나타냈었다.Comparative Example 2 In Example 1, except that steam generated through the
(barg)Flash drum pressure
(barg)
온도
(℃)Flash drum
Temperature
(° C)
(GJ/tCO2)Renewable Energy in Regeneration Tower
(GJ / tCO 2 )
분석결과 실시예 1 및 실시예 2의 경우 동일 조건의 비교예 1과 비교하여 플래시 드럼(33)의 추가에 따른 스팀 사용량 젖감으로 인해 재생탑(27)에서의 재생에너지가 크게 감소함을 확인할 수 있다. 또한, 비교예 2의 플래시 드럼(33)과의 열교환이 없는 경우 플래시 드럼(33)의 온도가 실시예 1 및 실시예 2의 경우와 비교하여 10도 이상 낮았으며 이로 인한 기액 분리도 저하로 스팀 발생량이 감소하여 실시예 1 및 실시예 2에 비하여 재생에너지 개선 효과가 낮음을 확인할 수 있다.As a result of the analysis, it can be seen that in Example 1 and Example 2, compared to Comparative Example 1 of the same condition, the regeneration energy of the
따라서, 본 발명은 플래시 드럼 및 압축기를 구성하여 재생탑 하부에서 배출되는 린아민을 플래시 증발시켜서 증기를 발생시키고, 발생된 증기를 다시 재생탑 내부로 공급함으로써 재생탑에서의 스팀 사용량을 줄일 수 있다.Therefore, in the present invention, a flash drum and a compressor may be configured to generate vapor by flash evaporating lean amine discharged from the bottom of the regeneration tower, and to reduce the amount of steam used in the regeneration tower by supplying the generated steam back into the regeneration tower. .
또한, 본 발명은 압축기를 거친 고온의 스팀을 바로 재생탑 내부로 투입하지 않고 플래시 드럼과 열교환을 시킴으로써, 고온의 스팀이 재생탑으로 바로 들어가는 경우에 발생될 수 있는 고온 열화 및 부식 등의 문제점을 해결하고, 플래시 드럼의 운전온도를 높임으로써 동일 감압조건하에서 기액분리 효율을 높이고 전체 증기 발생효과를 증대시켰다. In addition, the present invention by heat exchange with the flash drum without directly entering the high temperature steam passed through the compressor into the regeneration tower, there is a problem such as high temperature degradation and corrosion that may occur when the high temperature steam enters the regeneration tower directly In addition, by increasing the operating temperature of the flash drum to increase the gas-liquid separation efficiency under the same reduced pressure conditions and to increase the overall steam generation effect.
그리고, 본 발명은 동일 갑압하에서 증기발생량이 증대되어 재생탑으로 투입되는 스팀의 발생량이 상대적으로 감소됨에 따라 전체 공정의 경제성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기존 공정의 경우 증기재압축 이후에 배출되는 증기의 온도가 높아서 추가로 물공급 탱크 및 부속라인등의 구성이 필요하였으나 본 발명에 따른 공정에서는 이의 구성이 필요치 않기 때문에 공정의 단순화가 가능하다.In addition, the present invention can not only improve the economics of the entire process as the amount of steam generated under the same pressure increases and the amount of steam injected into the regeneration tower is relatively reduced, and in the case of the existing process, it is discharged after steam recompression. Due to the high temperature of the steam is required to additionally configure the water supply tank and the auxiliary line, but the process according to the present invention is not necessary because the configuration of the process can be simplified.
23 : 흡수탑 27 : 재생탑
28 : 압축기 33 : 플래시 드럼23: absorption tower 27: regeneration tower
28: compressor 33: flash drum
Claims (4)
이산화탄소를 흡수한 흡수제를 펌프를 거쳐서 입력받아서 열교환하기 위한 열교환기와,
열교환된 흡수제에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시키기 위한 재생탑과,
재생탑으로부터 배출되는 이산화탄소와 수증기의 혼합가스를 응축시키기 위한 응축기와,
응축기에 연결되어 응축수를 분리해서 재생탑으로 다시 공급하는 기액분리장치와,
재생탑에 열에너지를 공급하는 리보일러와,
재생탑의 하단에서 배출되는 린아민을 플래시 증발시켜서 증기를 발생시키는 플래시 드럼과,
플래시 드럼으로부터 발생된 증기를 고온 고압의 증기로 압축시키는 압축기와,
재생탑으로부터 펌프에 의해 공급되는 이산화탄소가 탈거된 재생 흡수제를 흡수탑 수준의 온도로 낮추어서 흡수탑으로 공급하는 열교환기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 산성가스 처리장치. An absorption tower for removing the carbon dioxide of the exhaust gas input through the gas injection line by combining with the absorbent;
A heat exchanger for heat-exchanging the absorbent absorbing carbon dioxide through a pump,
A regeneration tower 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 regeneration tower,
A gas-liquid separator connected to the condenser to separate the condensate and supply it to the regeneration tower;
A reboiler that supplies thermal energy to the regeneration tower,
A flash drum for generating vapor by flash evaporating lean amine discharged from the bottom of the regeneration tower,
A compressor for compressing steam generated from the flash drum into steam of high temperature and high pressure;
And a heat exchanger for lowering the regeneration absorbent from which the carbon dioxide supplied by the pump from the regeneration tower is removed to a temperature of the absorption tower and supplying the regeneration absorber to the absorption tower.
상기한 플래시 드럼은 스테인레스 재질의 자켓 타입으로 이루어지며, 상기한 플래시 드럼의 운전 압력은 0.1 내지 1.0 barg로 이루어지며, 상기한 압축기의 운전압력은 재생탑의 운전압력 대비 0.1 내지 0.5 barg 높게 운전되는 것을 특징으로 하는 산성가스 처리장치. The method according to claim 1,
The flash drum is made of a stainless steel jacket type, the operating pressure of the flash drum is made of 0.1 to 1.0 barg, the operating pressure of the compressor is operated 0.1 to 0.5 barg higher than the operating pressure of the regeneration tower. Acid gas treatment apparatus, characterized in that.
(b) 흡수탑으로 공급된 혼합가스 및 흡수제가 향류 접촉하여 혼합가스 중의 산성가가 선택적으로 흡수제와 반응하는 단계,
(c) 흡수탑에서 혼합가스 중의 산성가스와 반응한 흡수제가 펌프를 통해 재생탑으로 이송되는 단계,
(d) 재생탑에서 하부의 리보일러(Reboiler)에서 생성된 고온의 스팀 또는 열 에너지에 의해 흡수제와 화학적으로 결합한 산성가스를 분리하는 단계,
(e) 재생탑의 하부에서 고온의 스팀 또는 열에너지에 의해 이산화탄소(CO2)가 제거된 흡수제(린 아민 흡수제)를 플래시 드럼으로 이송시키는 단계,
(f) 플래시 드럼으로 이송된 고온 고압의 린 아민 흡수제를 감압을 시켜서 증기 및 액상의 흡수제로 분리한 후, 액상의 흡수제는 흡수탑으로 재순환시키고, 발생된 증기는 압축기로 이송시키는 단계,
(g) 압축기로 이송된 증기는 기계적 회전에 의해 고온 고압의 증기로 재압축시키는 단계,
(h) 압축기에서 배출된 증기를 플래시 드럼의 외부 자켓으로 연결하여 플래시 드럼과 열교환하는 단계,
(i) 플래시 드럼과 열교환이 끝난 증기는 재생탑으로 재이송시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 산성가스 처리방법.(a) introducing a mixed gas into the absorption tower;
(b) reacting the acid gas in the mixed gas selectively with the absorbent by countercurrent contacting the mixed gas and the absorbent supplied to the absorption tower,
(c) transferring the absorbent reacted with the acidic gas in the mixed gas in the absorption tower to the regeneration tower through a pump;
(d) separating the acid gas chemically bound to the absorbent by hot steam or thermal energy generated by the lower reboiler in the regeneration tower;
(e) transferring an absorbent (lean amine absorbent) from which carbon dioxide (CO 2 ) has been removed by hot steam or thermal energy at the bottom of the regeneration tower to a flash drum,
(f) separating the high temperature and high pressure lean amine absorbent, which is transferred to the flash drum, into a vapor and a liquid absorbent by depressurizing it, and then recycling the liquid absorbent to the absorption tower and transferring the generated steam to a compressor.
(g) recompressing the steam delivered to the compressor into high temperature, high pressure steam by mechanical rotation,
(h) heat exchange with the flash drum by connecting steam discharged from the compressor to an outer jacket of the flash drum,
(i) the flash drum and the heat exchanged steam are re-transmitted to a regeneration tower.
상기한 플래시 드럼은 스테인레스 재질의 자켓 타입을 사용하며, 상기한 플래시 드럼의 운전 압력은 0.1 내지 1.0 barg로 운전되며, 상기한 압축기의 운전압력은 재생탑의 운전압력 대비 0.1 내지 0.5 barg 높게 운전되는 것을 특징으로 하는 산성가스 처리방법.
The method of claim 3,
The flash drum uses a jacket type of stainless material, the operating pressure of the flash drum is operated at 0.1 to 1.0 barg, the operating pressure of the compressor is operated to 0.1 to 0.5 barg higher than the operating pressure of the regeneration tower. Acid gas treatment method characterized in that.
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