KR20150005675A - 유출물 가스로부터의 오염물질의 재생식 회수 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유출물 가스로부터의 오염물질의 선택적 제거 공정에 관한 것이다. 더 특히, 본 발명의 다양한 실시형태는 양호한 에너지 효율을 성취하는 재생식 이산화황 흡착/탈착 공정에서 유출물 가스로부터의 이산화황의 선택적 제거 및 회수에 관한 것이다. 에너지는 스트리퍼 가스로부터 냉각 매질로의 간접 열 전달에 의해 탈착 사이클에 의해 생성된 습식 스트리퍼 오버헤드 가스 스트림으로부터 회수되고, 흡착 리쿼로부터의 오염물질의 스트리핑에 사용하기 위한 스팀을 생성하기 위해 사용된다. 흡착 구역은 오염물질 가스의 흡착에 대한 흡착 매질의 역량을 증대시키도록 임의로 냉각되어, 흡착/탈착 사이클에서 펌프질되고 취급되고 가열되고 냉각되어야 하는 오염물질-농후 흡착 리쿼 및 흡착 매질의 용적을 감소시킬 수 있다.

Description

유출물 가스로부터의 오염물질의 재생식 회수{REGENERATIVE RECOVERY OF CONTAMINANTS FROM EFFLUENT GASES}
본 발명은 유출물 가스로부터의 오염물질의 선택적 제거 공정에 관한 것이다. 더 특히, 본 발명의 다양한 실시형태는 양호한 에너지 효율을 성취하는 재생식 이산화황 흡착/탈착 공정에서 유출물 가스로부터 이산화황의 선택적 제거 및 회수에 관한 것이다. 본 발명의 회수 체계는 다른 산 가스, 예컨대 황화수소, 이산화탄소 및 염화수소, 및 다른 오염물질 가스, 예컨대 암모니아의 제거 및 회수에 적용 가능하다.
오염물질 가스를 포함하는 가스 유출물은 다양한 조작에 의해 생성된다. 예를 들어, 이산화황은 황-연소 황산 공정, 소비된 황산 플랜트, 황함유 금속 광석 및 응축물의 배소(roasting) 또는 제련(smelting) 및 황-함유 탄소 연료(예를 들어, 석탄 화력 발전소로부터의 연도 가스)의 연소를 포함하는 다양한 화학 및 야금 조작에서 생성된다. 탄소 연료는 전기 생성에서 중요한 역할을 하여, 가열을 위한 에너지 및 수송을 위한 연료를 제공한다. 대부분의 탄소 연료는 연소할 때 이산화황으로 전환되는 황을 포함한다. 배출된 이산화황은 광범위한 환경 문제 및 건강 문제에 기여한다. 개발도상국이 성장하면서, 이들의 에너지 요구량은 신속히 증가하고, 저 황 함량의 탄소 연료가 고갈되면서, 점점 더 높은 수준의 황을 갖는 원유 및 석탄 매장지가 더 많이 사용되어 이산화황 배출은 증가할 것이다.
전세계에 걸쳐 이산화황 배출을 감소시키기 위한 규제 압박이 또한 증가하고 있다. 이산화황을 제거하기 위한 가장 흔히 이용되는 방법은 흡수 또는 흡착 기법을 통한 것이다. 하나의 흔한 접근법은 이산화황을 저렴한 염기를 포함하는 수성 스트림과 접촉시키는 것이다. 이산화황은 물 중에 용해되어 아황산(H2SO3)을 형성하고, 이것은 결국 염기와 반응하여 염을 형성한다. 흔한 염기는 수산화나트륨, 탄산나트륨 및 석회(수산화칼슘, Ca(OH)2)이다. pH는 약 9에서 시작하고 이산화황과 반응 후 약 6으로 낮아진다. 1단 습식 스크러빙 시스템은 보통 95% 초과의 이산화황을 제거한다. 습식 스크러버 및 유사하게 건식 스크러버는 자본 투자, 석회 소모로 인한 변동비 및 고체 폐기를 요하고, 이러한 이산화황 제거 시스템을 조작하기 위한 유틸리티 및 에너지를 소비한다.
석회와 같은 염기와 반응시키는 것 대신에, 유출물 가스 내의 이산화황은 제련된 이산화황 생성물로서 시판되도록 회수되거나, 비료 산업의 증가하는 전세계 요구량을 만족시키도록 접촉 황산 플랜트로의 공급 가스의 일부로서 사용되고 황산 및/또는 발연 황산으로서 회수되거나, 원소 황의 제조를 위한 클라우스(Claus) 플랜트에 공급될 수 있다. 이산화황 배출과 관련된 환경 문제 및 건강 문제를 해소하는 것 이외에, 이러한 접근법은 석탄 및 다른 황-함유 탄소 연료로부터 황 가(sulfur value)를 회수한다. 그러나, 이 가스 스트림은 자주 비교적 낮은 이산화황 농도 및 높은 수증기 농도를 갖는다. 황산 플랜트로 공급된 가스 내의 이산화황 농도가 약 4 내지 5용적% 미만인 경우, 산 플랜트에서 물 균형과 에너지 균형 둘 다와 관련하여 문제가 발생할 수 있다. 더 특히, 종래의 황산 플랜트의 물질 균형은 플랜트에 공급된 이산화황-함유 가스 스트림 내의 H2O/SO2 몰비가 생성물 산 내의 H2O/SO3 몰비 이하일 것을 요한다. 원하는 생성물 산 농도가 98.5% 이상인 경우, 이 몰비는 플랜트에 공급된 이산화황-함유 가스 스트림 내에서 약 1.08을 초과할 수 없다. 야금 공정으로부터의 유출물 가스 및 아황 탄소 연료의 연소로부터의 연도 가스는 생성되면서 대개 1.08 비를 훨씬 초과하는 수증기 함량을 갖고, 이것은 상당한 자본 및 에너지 비용 없이 가스를 냉각시킴으로써 충분히 감소될 수 없다. 더구나, 소스 가스(source gas)의 이산화황 가스 농도가 약 4 내지 5용적% 미만인 경우, 이것은 촉매 변환기의 자열 조작에 충분하지 않을 수 있다. 즉, 삼산화황으로의 이산화황의 전환 열은 유입 가스를 촉매 조작 온도로 가열하는 데 충분히 크지 않을 수 있고, 그 결과 일부 외부 소스로부터의 열이 공급되어야 한다. 이는 결국 또한 황산 시설에 대한 조작 비용 및 자본 요건 둘 다를 증가시킨다.
재생된 용매 및 이산화황 함량이 농후한 가스를 생성하도록 적합한 용매 중에 이산화황을 선택적으로 흡착시키고 이후 흡착된 이산화황을 스트리핑함으로써 가스 유출물의 이산화황 농도는 증대될 수 있다. 다양한 수용액 및 유기 용매 및 용액은 재생식 이산화황 흡착/탈착 공정에서 사용된다. 예를 들어, 알칼리 금속(예를 들어, 아황산나트륨/아황산 수소 나트륨 용액), 아민(예를 들어, 알칸올아민, 테트라하이드록시에틸알킬렌다이아민 등), 아민염 및 다양한 유기산의 염의 수용액은 재생 가능한 이산화황 흡착제로서 사용된다.
무기 수성 완충제 용액은 또한 이산화황을 흡착하는 데 있어서 효과적이다. 펑(Fung) 등(2000)은 온도의 함수로서 약 1.57 Na/PO4의 비로 인산 및 탄산나트륨의 1몰 용액에 대한 이산화황의 용해도에 대한 데이터를 제공한다. 데이터는 버진(virgin) 혼합물 및 이산화황 용해도를 증대시키기 위해 1,000ppm의 아디프산이 첨가된 혼합물에 대한 것이다. 펑 등은 또한, 비점에 놓일 때, 버진 혼합물 및 아디프산을 포함하는 혼합물에 대해 각각 95% 및 65%의 이산화황이 제거된다는 것을 나타낸다. 용액의 pH에 대한 계산은 이산화황이 흡착되면 pH가 6으로부터 약 3으로 변한다는 것을 나타낸다. 유기 용매에서처럼, 이산화황이 산소와 약간 반응하여 삼산화황을 형성한다. 이 반응이 매우 제한되고, Na2CO3이 사용될 때, 이것이 산화 동안 형성된 자유 라디칼과의 이의 반응에 의해 추가로 억제되더라고, 형성된 삼산화황은 황산나트륨을 형성시키고, 황산나트륨이 결정화에 의해 제거되면, 이것은 글라우버(Glauber) 염으로도 알려진 황산나트륨 10화물(Na2SO4ㆍ10H2O)로서 제거된다. 슬립스트림(slipstream)을 취하고 이를 냉각시켜, 스크린, 여과, 원심분리 또는 다른 고체/액체 분리 기법에 의해 용이하게 결정화되고 제거되는 글라우버 염의 침전을 강제함으로써 이 염은 제거될 수 있다.
미국 특허 제4,133,650호(Gamerdonk et al.)는 약 2.8 내지 9의 pH로 완충된 재생 가능한, 수성 다이카복실산(예를 들어, 프탈산, 말레산, 말론산 및 글루타르산 및 이들의 혼합물) 스크러빙 용액을 사용하여 배출 가스로부터 이산화황을 회수하는 재생식 공정을 개시한다. 회수된 이산화황은 황산의 제조에서 사용될 수 있다.
유사하게, 미국 특허 제2,031,802호(Tyrer)는 유출물 가스로부터의 이산화황의 회수를 위한 재생식 공정에서 분자 1그램당 40리터의 희석 및 25℃의 온도에서 측정될 때 해리 상수가 1×10-2 내지 1×10-5인 실질적으로 비휘발성인 산(예를 들어, 락트산, 글라이콜산, 시트르산 및 오쏘-인산)의 염을 사용하는 것을 제시한다.
미국 특허 제4,366,134호(Korosy)는 약 3 내지 약 9의 pH로 완충된 시트르산칼륨의 수용액을 사용하는 재생식 연도 가스 탈황 공정을 개시한다.
이산화황 흡착/탈착 공정에서 사용되는 유기 용매는 다이메틸 아닐린, 테트라에틸렌 글라이콜 다이메틸 에터 및 다이뷰틸 뷰틸 포스포네이트를 포함한다. 대부분의 용매와 같이, 유기 용매의 역량은 더 높은 압력 및 더 낮은 온도에 의해 증대된다. 압력을 낮추고/낮추거나 온도를 증가시킴으로써 이산화황 가스는 이후 회수된다(그리고 용매는 재생된다). 이 유기 용매는 금속 구성의 이용을 요하고, 황산의 형성으로 인해, 몇몇 경우에는 흡착/탈착 공정 동안 이산화황과 산소의 부반응에 의해 형성된 삼산화황과의 용매의 반응으로 인해 대개 용매 재생을 요한다. 유기 용매는 보통 수성 흡착 용액보다 비싸다.
석탄 화력 발전 플랜트로부터 배출된 상당히 많은 연도 가스 흐름 속도는 이산화황을 회수하기 위해 설비 크기가 매우 대형이 되게 한다. 금속 구성을 요하는 유기 용매는 일반적으로 섬유 강화 플라스틱(FRP) 구성, 코팅된 용기 또는 저비용 합금을 보통 사용하는 습식 스크러버와 매우 경제적으로 경쟁하지 않는다.
종래의 유기 용매는 이산화황 흡착/탈착 사이클에서 사용되는 흡착제에서 바람직한 특징과 관련하여 하나 이상의 단점에 의해 또한 방해된다. 이 용매 중 대부분은 특히 묽은 이산화황-함유 유출물에서 통상 마주치는 이산화황 분압(예를 들어, 약 0.1 내지 약 5㎪)에서 비교적 낮은 이산화황 흡착 역량을 갖는다. 이 용매는 대개 이산화황-함유 유출물로부터 실질적인 분량의 수증기를 흡착하여 용매의 이산화황 흡착 역량을 상당히 감소시킨다. 그 결과, 원하는 이산화황 흡착 효율을 만족시키는 데 필요한 이 용매의 몰 유속은 증가한다. 더욱이, 용매 내의 많은 분량의 수증기의 흡착은 이산화황 흡착/탈착 공정에서 이용되는 공정 설비의 과도한 부식을 발생시킬 수 있다. 더구나, 이 유기 용매 중 몇몇은 용매가 산성 환경에서 고온에 노출될 때 과도한 열화, 예컨대 가수분해, 또는 다른 부반응 또는 분해가 되기 쉽고/쉽거나 고휘발성이 되어, 용매가 다량 손실된다.
2011년 10월 28일자에 출원되고 US 2012/0107209 A1로 공개된 계류 중인 공동 양도된 미국 출원 제13/283,671호는, 유출물 가스로부터 이산화황을 선택적으로 흡착시키기 위해, 특정한 묽은 무기산 또는 유기산 또는 이의 염, 바람직하게는 특정한 다양성자성 카복실산 또는 이의 염을 포함하는 완충 수성 흡착 용액을 사용하는 이산화황 회수 공정을 기술한다. 흡착된 이산화황은 이후 스트리핑되어 흡착 용액을 재생시키고 이산화황 함량이 농후한 가스를 생성시킨다. 이산화황-농후 가스는 원소 황의 제조를 위해 클라우스 플랜트 또는 접촉 황산 플랜트에 대한 공급 가스의 일부로서 사용되거나 제련된 이산화황의 제조를 위해 사용될 수 있다. US 2012/0107209 A1에 기재된 공정은 이산화황 함량이 비교적 적은 유출물 가스로부터 이산화황-농후 가스를 제조하는 데 특히 유용하다. 상기 출원은 또한 유출물 가스로부터의 이산화황 및 질소 산화물(NOx)의 동시 제거 및 이산화황의 회수를 위한 공정을 기술한다. 상기 공정은 가스로부터 이산화황 및 NOx를 흡착하고 흡착된 NOx를 환원시켜 질소를 형성하는 금속 킬레이트를 추가로 포함하는 완충 수성 흡착 용액을 사용한다.
US 2012/0107209 A1의 공정은 높은 에너지 효율에서 조작되지만, 재생식 이산화황 회수 공정에서 에너지 이용 시의 추가의 절약을 위한 요건이 남이 있다.
본 발명은 가스 유출물로부터 이산화황 및 다른 오염물질의 회수를 위한 재생식 흡착/탈착 사이클에서 에너지 효율을 증대시키는 특징을 포함하는 신규한 공정에 관한 것이다. 상기 공정의 특정한 실시형태에서, 에너지는 탈착 사이클에서 생성된 습식 오염물질 가스 스트림으로부터 회수된다. 이 실시형태 및 다른 실시형태에서, 흡착 구역은 오염물질 가스의 흡착에 대한 수성 흡착 매질의 역량을 증대시키도록 임의로 및 유리하게 냉각되어, 흡착/탈착 사이클에서 펌프질되고 취급되고 가열되고 냉각되어야 하는 오염물질-농후 흡착 리쿼 및 수성 흡착 매질의 용적을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 공정의 유망한 분야는 상기 언급된 바대로 다양한 화학 및 야금 유출물 가스로부터의 이산화황의 회수에 있다. 그러나, 본 명세서에 기재된 개선은 다른 산 가스, 예를 들어 H2S, CO2, NOx 또는 HCl 등의 회수, 및 또한 다른 오염물질 가스, 예컨대 암모니아의 회수에도 적용 가능하다.
간단히 말하면, 따라서, 본 발명은 오염물질-함유 소스 가스로부터 오염물질 가스를 선택적으로 제거하고 회수하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법에서 오염물질 흡착기 내에서 소스 가스를 포함하는 공급 가스 스트림을 오염물질 가스에 대한 수착제를 포함하는 수성 흡착 매질과 접촉시킴으로써, 공급 가스 스트림으로부터 흡착 매질로 오염물질 가스를 흡착시켜 오염물질 가스가 제거된 배출 가스 및 오염물질-농후 흡착 리쿼를 생성한다. 흡착 리쿼 스트리퍼(absorption liquor stripper) 내에서 오염물질-농후 흡착 리쿼를 스트리핑 스팀과 접촉시켜 오염물질-농후 흡착 리쿼로부터 오염물질을 탈착시켜 재생된 오염물질 흡착 매질과 수증기 및 오염물질 가스를 포함하는 1차 스트리퍼 가스 유출물(primary stripper gas effluent)을 생성한다. 흡착 리쿼 스트리퍼의 액체 출구로부터 재생된 흡착 매질을 인출하고, 흡착 리쿼 스트리퍼의 증기 출구로부터 1차 스트리퍼 가스 유출물을 인출한다. 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서 1차 스트리퍼 가스 유출물로부터 냉각 매질로의 간접 열 전달에 의해 1차 스트리퍼 가스 유출물로부터 물을 응축하여 오염물질-함유 응축물을 생성한다. 응축물 스트리퍼 내에서 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기를 빠져나온 오염물질-함유 응축물을 스팀과 접촉시켜 스트리핑된 응축물과 수증기 및 오염물질 가스를 포함하는 응축물 스트리퍼 가스 유출물을 생성한다. 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서 1차 스트리퍼 가스 유출물로부터 열이 전달된 냉각 매질이 스트리핑된 응축물의 적어도 일부를 포함함으로써, 스트리핑된 응축물로부터 스팀을 생성시킨다. 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서 스트리핑된 응축물로부터 생성된 스팀을, 오염물질-농후 흡착 리쿼와 접촉시켜 해당 오염물질-농후 흡착 리쿼로부터 오염물질을 탈착시키기 위한 스트리핑 스팀으로서 흡착 리쿼 스트리퍼로 도입한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 흡착 리쿼 스트리퍼로부터 인출된 1차 스트리퍼 가스 유출물을 압축하고, 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서 압축된 1차 스트리퍼 가스 유출물로부터 스트리핑된 응축물의 적어도 일부를 포함하는 냉각 매질로의 간접 열 전달에 의해 압축된 1차 스트리퍼 가스 유출물로부터 물을 응축하여, 흡착 리쿼 스트리퍼 액체 출구에서 흡착 리쿼 스트리퍼 내의 압력을 초과하는 압력에서 스트리핑된 응축물로부터 스팀을 생성한다. 이후, 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서 스트리핑된 응축물로부터 생성된 스팀을, 오염물질-농후 흡착 리쿼와 접촉시켜 그로부터 오염물질을 탈착시키기 위한 스트리핑 스팀으로서 흡착 리쿼 스트리퍼로 도입한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라, 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서 스트리핑된 응축물로부터 생성된 스팀을 흡착 리쿼 스트리퍼의 액체 출구에서 흡착 리쿼 스트리퍼 내의 압력을 초과하는 압력에서 압축한다. 이후, 압축된 스팀을, 오염물질-농후 흡착 리쿼와 접촉시켜 그로부터 오염물질을 탈착시키기 위한 스트리핑 스팀으로서 흡착 리쿼 스트리퍼로 도입한다.
상기 실시형태 및 다른 실시형태에서, 흡착 구역을 냉각하여 오염물질 가스의 흡착에 대한 수성 흡착 매질의 역량을 증대시킬 수 있다. 이러한 실시형태에서, 오염물질 가스-농후 흡착 리쿼의 일부를 흡착기와 열 교환기 사이에서 순환시키고, 이 열 교환기에서 흡착 열을 냉각 유체로의 전달에 의해 제거한다.
다른 목적 및 특징은 부분적으로는 명확하고 부분적으로는 이하 기재될 것이다.
도 1 및 도 2는 이산화황-함유 소스 가스로부터 이산화황을 선택적으로 제거하고 회수하기 위한 흡착/탈착 공정의 대안적인 도식적 흐름 시트이고, 여기서 흡착 리쿼로부터의 이산화황의 탈착은 스트리핑 칼럼에서 생 스팀과의 접촉에 의해 성취되고, 생 스팀은 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서 스트리퍼 오버헤드 가스로부터 비등하는 물 스트림을 포함하는 냉각 매질로의 간접 열 수송에 의해 생성됨;
도 3 및 도 4는 온도의 함수로서의 특정한 흡착 용매에서의 이산화황의 용해도를 작도한 곡선;
도 5는 이산화황-함유 소스 가스로부터 이산화황을 선택적으로 제거하고 회수하기 위한 흡착/탈착 공정의 흐름 시트이고, 여기서 흡착 리쿼는 흡착기와 하나 이상의 외부 열 교환기 사이에서 순환되어 흡착 리쿼를 냉각시키고 기상으로부터의 이산화황의 수송을 위한 흡착 매질의 역량을 증대시킴;
도 6은 가스 조성, 흡착 매질 조성 및 액체 흐름 속도의 다양한 조합에 대한 향류 흡착기의 하부로부터의 거리의 함수로서의 기상으로부터의 이산화황의 회수율(%) 및 기상에서의 이산화황 함량을 도시한 도면;
도 7은, 상이한 수의 냉각 루프가 흡착기에 제공된, 이산화황 회수를 위한 흡착/탈착 공정을 위한 기상에서의 이산화황 몰% 및 흡착 리쿼 온도의 프로필을 도시한 도면.
상응하는 참조 번호는 도면에 걸쳐 상응하는 구성성분을 나타낸다.
본 발명에 따라, 비교적 높은 에너지 효율에서 소스 가스로부터의 오염물질 가스의 회수를 위해 몇몇 새로운 공정 체계가 개발되었다. 본 발명의 공정은 특히 산 가스, 예컨대 이산화황, 질소 산화물, 황화수소, 이산화탄소 등의 회수에 적용 가능하지만, 다른 오염물질 가스, 예컨대 암모니아 등의 회수에서 또한 유용하고 중요하다. 일반 용어 "오염물질"은 본 명세서에 사용되는데, 왜냐하면 통상적으로 본 발명의 공정이 산 가스 또는 다른 가스 성분의 배출을 최소화하기 위해(그렇지 않으면, 대기에서는 오염물질일 것임) 화학, 야금 또는 발전 설비로부터 유출물 가스 스트림을 세정하는 데 사용되기 때문이다. 그러나, 당해 분야의 당업자가 인식하는 것처럼, 가스 유출물 스트림으로부터 제거된 오염물질 가스는 대개 경제적 가치가 있고 본 발명의 공정에 의해 회수되고, 이후 상업적으로 귀중한 용도, 예를 들어 이산화황의 삼산화황 및 황산으로의 전환, 이산화황 및 황화수소로부터의 원소 황의 회수, 화학 공정처리에서 사용하기 위한 염산 또는 수성 암모니아의 회수, 원소 염소 및 수소로의 염화수소의 회수 및 전환 등에 적용된다.
본 발명의 공정은 이산화황 회수의 특정한 경우에 의해 예시될 수 있다. 본 발명의 실행 시, 이산화황 흡착 매질로서 다양한 수성 및 유기 용매를 사용할 수 있다. 예를 들어, 흡착 매질은 알칼리 금속(예를 들어, 아황산나트륨/아황산 수소 나트륨 용액), 아민(예를 들어, 알칸올아민, 테트라하이드록시에틸알킬렌다이아민 등), 아민염 또는 다양한 유기산의 염의 수용액을 포함할 수 있다. 대안적으로, 이산화황 흡착 매질은 예를 들어 다이메틸 아닐린, 테트라에틸렌 글라이콜 다이메틸 에터 또는 다이뷰틸 뷰틸 포스포네이트를 포함하는 유기 용매를 포함할 수 있다. 몇몇 유기 용매는 금속 구성의 이용을 요하고, 황산의 형성으로 인해, 몇몇 경우에는 흡착/탈착 공정 동안 이산화황과 산소의 부반응에 의해 형성된 삼산화황과의 용매의 반응으로 인해 대개 용매 재생을 요하고, 보통 무기 흡착 매질보다 비싸다. 석탄 화력 발전 플랜트로부터 배출된 상당히 많은 연도 가스 흐름 속도는 이산화황을 회수하기 위해 설비 크기가 매우 대형이 되게 한다. 종래의 유기 용매는 상기 언급된 이산화황 흡착 매질에서 바람직한 특징과 관련하여 하나 이상의 단점에 의해 또한 방해될 수 있다.
이러한 고려사항 및 다른 고려사항의 견지에서, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라, 이산화황 흡착 매질은 2011년 10월 28일자에 출원되고 US 2012/0107209 A1로서 공개된 상기 언급된 미국 출원 제13/283,671호(이의 전체 내용은 본 명세서에 명확히 참조문헌으로 포함됨)에 기재된 바대로 비교적 묽은 다양성자성 카복실산의 염(예를 들어, 말산나트륨)의 완충 수용액을 포함한다. 하기 설명에서, 다양성자성 카복실산의 염을 포함하는 바람직한 흡착 매질 및 테트라에틸렌 글라이콜 다이메틸 에터(테트라글라임)를 포함하는 흡착 매질을 참조한다. 그러나, 다른 흡착 매질이 사용되는 시스템에 본 명세서에 기재된 공정의 다양한 특징이 용이하게 적용되는 것으로 이해되어야 한다. 상기 기재된 바대로, 본 명세서에 기재된 개선이 당해 분야에 공지된 적절한 종래의 오염물질 흡착 매질을 사용한 다른 산 가스 및 오염물질의 제거 및 회수를 위한 시스템에 마찬가지로 적용 가능한 것으로 또한 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 공정은 황화수소, 이산화탄소 및 염화수소, 질소 산화물, 및 다른 오염물질 가스, 예컨대 암모니아 및 이들의 혼합물을 포함하는 유출물 가스 스트림으로부터 다양한 오염물질의 재생식 흡착 및 탈착에 이용될 수 있다.
도 1에 도시된 바대로, 이산화황-함유 소스 가스를 포함하는 임의로 컨디셔닝된 공정 공급 가스 스트림(10)은 하나 이상의 이론적 단을 갖는 이산화황 흡착기(11)로 도입되고, 이 단에서 이것은 이산화황에 대한 수착제를 포함하는 수성 흡착 매질과 접촉하여 이산화황을 흡착한다. 이산화황 흡착기(11)는, 새들(saddle) 또는 고리와 같은 불규칙 충전물, 규칙 충전물 또는 다른 접촉 장치의 베드(bed)를 포함할 수 있는, 기상과 액상 사이의 질량 이동을 수월하게 하는 수단을 포함하는 가스/액체 접촉 구역(13)을 포함하는 수직 칼럼 또는 타워(12)를 포함한다. 바람직하게는, 이산화황의 수송을 최대화하기 위해, 공정 공급 가스 스트림은 수성 흡착 용액과 향류로 접촉한다. 도 1에 도시된 바대로, 공정 공급 가스 스트림(10)은 타워(12)의 하부 근처의 가스 입구(14)를 통해 도입되고 가스/액체 접촉 구역(13)의 하부에 진입하는 반면, 이산화황 스트리퍼(30)로부터 재순환된 재생된 수성 흡착 매질을 포함하는 스트림(15)(본 명세서에서 추후 기술됨)은 타워의 상부 근처의 액체 입구(16)를 통해 도입되고 가스/액체 접촉 구역 위에 분포되고 이 구역의 상부에 진입한다. 가스/액체 접촉 구역(13)의 하부를 빠져나온 이산화황-농후 흡착 리쿼 스트림(17)은 타워(12)의 하부 근처의 액체 출구(18)로부터 인출되고, 구역(13)의 상부를 빠져나온 이산화황을 실질적으로 포함하지 않는 배출 가스 스트림(19)은 타워의 상부 근처의 가스 출구(20)로부터 인출된다. 종래의, 불규칙 충전된 타워가 흡착기(11)로서 사용될 수 있지만, 당해 분야의 당업자는 다른 구성이 적합하게 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 흡착기 타워(12)는 규칙 충전물을 포함하거나 트레이 타워를 포함할 수 있고, 이들 중 하나에서 공정 스트림은 바람직하게는 향류로 흐른다. 흡착기 내의 공정 공급 가스 스트림(10)과 수성 흡착 매질과의 향류 흐름이 바람직하지만, 흡착기는 병류로 조작될 수 있다. 그러나, 이러한 배열은 흡착 역량 및 효율에 부정적으로 영향을 미치는 경향이 있고, 일반적으로 덜 바람직하다.
산 염 흡착제 또는 이산화황과 화학적으로 조합되는 다른 종이 수성 흡착 매질에서 주요 수착제로서 존재하는 경우, 흡착 매질 내의 수착제의 농도 및 흡착 매질 흐름 속도는, 흡착기의 액체 출구에 우세한 온도에서, 초과의 흡착 역량이 흡착 리쿼 내에 남아 있게 하는 것이어야 한다. 바람직하게는, 남은 역량은 흡착기에 진입하는 전체 흡착 역량의 적어도 10%, 바람직하게는 적어도 20%이다. 이 목적을 위해, 흡착기에 진입하는 흡착 매질 흐름 속도 및 수착제 농도는 바람직하게는 공급 스트림의 전체 이산화황 함량에 비해 과량으로 공정 공급 가스 스트림으로부터 이산화황을 회수하고자 하는 속도에 비해 흡착기를 통해 흐르는 수착제의 속도에서 화학량론 초과를 제공하기에 충분하여서, 몇몇 인자, 예컨대 재생 후 흡착 매질에 남은 이산화황 함량; 이산화황-농후 스트리퍼 가스 내의 이산화황의 농도; 약산성 성분, 예컨대 이산화탄소의 가능한 존재에 대해 보상하기 위해; 주로 바람직한 수착제, 예컨대 수성 다양성자성 카복실산/염 흡착 시스템의 바람직하게 비교적 약한 흡착 친화도에 대해 보상해야 한다. 완만한 온도 증가 및/또는 압력 감소를 통한 이산화황의 후속 탈착을 수월하게 하도록 비교적 약한 흡착 친화도가 바람직하다. 따라서, 원하는 제거 효율을 획득하기 위해 필요한 수성 흡착 매질 내의 수착제의 농도는 사용되는 산, 처리하고자 하는 가스 내의 이산화황의 농도 및 흡착기의 질량 이동 특징에 따라 변하고, 당해 분야의 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 통상적으로, 흡착 용액 내의 다양성자성 카복실산 염의 1몰당 흡착된 이산화황의 화학량론 당량은 약 0.1 내지 약 1 범위이다. 약 2600ppmv(백만분율 용적)의 이산화황을 포함하는 가스를 처리하기 위한 말산의 나트륨염을 포함하는 수성 흡착 용액의 경우, 흡착 용액 내의 말산염의 농도는 적합하게 약 1몰% 내지 약 7몰% 범위일 수 있다.
소스 가스로부터의 이산화황의 흡착 용액으로의 실질적인 수송을 성취하는 데 필요한 이산화황 흡착기(11)로 도입된 수성 흡착 용액 스트림(15) 및 공정 공급 가스 스트림(10)의 질량 흐름 속도비(L/G)는 종래의 설계 실행에 의해 결정될 수 있다. 더 특히, L/G는 흡착기에 진입하는 가스 스트림의 오염물질 함량, 수성 흡착 매질 내의 수착제의 농도 및 흡착기에 우세한 액체/가스 온도에서의 수착제의 유닛 흡착 역량에 기초하여 선택될 수 있다. 통상적으로, L/G는 흡착기로의 수착제의 흐름이 흡착기로의 오염물질 가스의 흐름에 비해 적어도 10 내지 20% 초과로 되도록 선택된다. 초과의 최적 정도는 가스/액체 접촉 구역 내의 열 전달 및 질량 이동의 속도에 따라 달라진다.
바람직하게는, 이산화황 흡착기는, 흡착기를 빠져나온 배출 가스 스트림(19)의 이산화황 함량이 약 500ppmv 미만, 더 바람직하게는 약 200ppmv 미만(예를 들어, 10-20ppmv 낮음)이도록 설계되고 조작된다. 공정 공급 가스 스트림에 포함된 이산화탄소, 산소, 질소 및 다른 불활성 물질과 함께 이 미량의 이산화황은 흡착기의 상부로부터 배출된 배출 가스 스트림(19)의 일부로서 시스템으로부터 제거된다. 배출 가스는 흡착 용액과 실질적으로 평형이고, 흡착기로 공급된 공정 공급 가스 스트림의 수증기 함량 및 흡착기 조건에 따라, 흡착기 내의 물의 순 이득 또는 손실이 존재할 수 있다. 필요한 경우, 취입기(blower)(21)는 가스를 스택(stack)으로 추진시키도록 사용된다. 만족스러운 방출 기준을 성취하기 위해, 배출 가스 스트림(19)은 스택을 통해 배출되기 전에 습분 제거기(mist eliminator) 또는 비말동반된 액체의 회수를 위한 유사한 장치를 통과할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 몇몇 경우에 배출 가스 스트림(19)은 공정 공급 가스의 유입 흐름에 의한 또는 다른 가열 매질을 사용하는 열 교환기(22) 내 간접 열 교환 또는 하기 기재된 바와 같은 열 교환기(64) 내 간접 열 교환에 의해 가열될 수 있어서, 임의의 플룸(plume)은 스택을 통해 방출된 후 하강하는 경향을 갖지 않을 것이다.
도 1에 도시된 바대로, 수착제가 다양성자성 카복실산을 포함하는 경우, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨 등과 같은 금속 염기의 메이크업 소스(23)는 용매 탱크(24)에서 재생된 수성 흡착 매질을 포함하는 스트림(15)과 합해진 후 흡착기 타워(12)의 상부 근처로 도입된다. 금속 염기는 다양성자성 카복실산과 반응하여 금속염 흡착제를 형성한다. US 2012/0107209 A1에서의 개시내용에 따라, 충분한 금속 염기는 산 기 중 적어도 일부를 중화시키도록 도입되어 산은 pKa 값이 25℃에서 약 3 내지 약 10, 바람직하게는 25℃에서 약 4 내지 약 7인 산 해리의 당량점의 약 20%, 더 바람직하게는 약 10% 내로 중화된다. 당해 분야의 당업자는 pKa 값의 당량점과 관련하여 원하는 중화도를 유지시키기 위해 흡착기 내의 이산화황-함유 가스와 접촉된 재생된 흡착 용액에 염기를 첨가하기 위해 공지된 pH 제어 기법 및 장비를 이용할 수 있다. 더욱이, 금속 이온 농도를 유지시키기 위해 충분한 염기가 첨가되어야 한다. 예를 들어, 하기 기재된 바대로, 금속 이온 중 일부는 결정화기 조작에서 제거된 황산염과 함께 소실된다. 제거된 황산나트륨 1몰당 2몰의 염기(예를 들어, 수산화나트륨)가 첨가된다. 플랜트 실험실에서 샘플을 취하고 금속 분석을 실행함으로써 금속 이온 농도를 적합하게 모니터링하고 제어할 수 있다.
흡착기(11)를 빠져나온 이산화황-농후 흡착 리쿼(17)는 중간 온도로(하기 기재된 바대로) 가열되고, 예열된 흡착 리쿼는 이산화황 스트리퍼(30)로 도입되고, 이 스트리퍼에서 이산화황은 수착제로부터 해리되고 흡착 리쿼로부터 탈착된다. 스트리퍼(30)는 기상과 액상 사이의 질량 이동을 수월하게 하기 위한 수단을 포함하는 증기/액체 접촉 구역(32)을 포함하는 수직 칼럼 또는 타워(31)를 포함한다. 흡착기(11)와 같이, 스트리퍼(30)는 종래의 불규칙 충전물, 규칙 충전물, 트레이 또는 임의의 다른 가스-액체 접촉 장치의 베드를 포함하는 충전된 타워 형태로 구성될 수 있다. 타워(31) 내의 증기/액체 접촉 구역(32)의 탑저(스트리핑) 섹션은 본 발명에 따라(하기 기재된 바대로) 생성된 생 스팀이 공급되고 흡착 리쿼로부터 이산화황을 제거하도록 사용될 수 있다. 증기/액체 접촉 구역(32)의 탑정(제련) 섹션은 탈착된 이산화황에서 물의 양을 감소시키도록 사용된다. 수증기로 실질적으로 포화된 이산화황을 포함하는 1차 이산화황-농후 스트리퍼 가스 유출물(33)은 증기/액체 접촉 구역(32) 위의 스트리퍼(30)의 오버헤드에서 생성되고 타워(31)의 상부에서 증기 출구(34)로부터 인출되고; 증기/액체 접촉 구역을 빠져나온 재생된 흡착 용액(15)은 타워의 하부에서 액체 출구(35)로부터 인출되고 흡착기(11)로 다시 재순환되어 사이클이 완료된다. 도 1에 도시된 바대로 스트리퍼 내에서 이산화황-농후 흡착 리쿼와 스트리핑 스팀 사이의 향류 흐름이 바람직하지만, 스트리퍼는 병류로 조작될 수 있다. 그러나, 이러한 배열은 스트리핑 효율에 부정적으로 영향을 미치는 경향이 있고 일반적으로 덜 바람직하다.
흡착기(11) 내의 이산화황 흡착 매질의 평균 온도는 일반적으로 약 10℃ 내지 약 70℃ 범위에서 유지된다. 본 발명에 따라, 흡착기 내의 이산화황 흡착 리쿼의 평균 온도는 바람직하게는 약 20℃ 내지 약 60℃에서 유지된다. 일반적으로 이산화황의 흡착이 더 낮은 흡착 매질 온도에서 증대되지만, 흡착 리쿼는 이산화황을 방출하기 위한 감압 하에 및/또는 흡착 온도로부터 충분히 높은 온도로 가열될 필요가 있고, 이 현열(sensible heat)을 제공하는 것은 더 높은 에너지 요구량을 발생시킨다. 재생 동안, 이산화황 수착제(예를 들어, 묽은 폴리카복실산 또는 염)를 침전시킬 수 있는 흡착 매질 내의 낮은 물 농도를 피하고 소비되는 에너지를 낮추기 위해 기화되는 물의 양을 감소시키는 것이 또한 바람직하다. 흡착이 온도에 따라 비교적 크게 달라지고 사이클의 흡착 단계와 탈착 단계 사이의 더 좁은 범위의 온도 내에 있을 때 이산화황 흡착/탈착 공정의 전체 효율은 개선된다.
스트리퍼(30) 내의 이산화황 흡착 리쿼의 평균 온도는 일반적으로 약 60℃ 내지 스트리퍼 조작 압력에서의 흡착 용액의 비점의 범위에서 유지된다.
이산화황의 흡착 및 탈착은 각각 흡착기(11) 및 스트리퍼(30)의 조작 압력을 증가시키거나 감소시킴으로써 증대될 수 있다. 흡착기(11) 내의 적합한 조작 압력은 약 70 내지 약 200㎪(절대)이다. 흡착기 내의 압력 증가는 흡착 매질이 흡착할 수 있는 이산화황의 분획을 증가시키지만, 흡착은 바람직하게는 비교적 저압에서 수행되어 설비 비용을 감소시킨다. 유사하게, 스트리퍼(30) 내의 적합한 조작 압력은 약 40 내지 약 200㎪(절대)이지만, 더 높거나 더 낮은 조작 압력이 이용될 수 있다.
이 조작에 공급된 다양한 공정 스트림의 온도를 제어함으로써 흡착기(11) 및 스트리퍼(30) 내의 온도 제어를 성취할 수 있다. 바람직하게는, 스트리퍼(30) 내의 온도는 증기/액체 접촉 구역(32)의 스트리핑 섹션 내의 스트리퍼의 하부 근처에 도입된 스팀 및 이산화황-농후 흡착 리쿼(17)의 온도를 제어함으로써 원하는 범위 내에 유지된다. 도 1을 다시 참조하면, 약 10℃ 내지 약 70℃, 더 바람직하게는 약 20℃ 내지 약 60℃의 온도에서 흡착기(11)를 빠져나온 이산화황-농후 흡착 리쿼(17)는 열 상호교환기(40)를 통과하고, 이 열 상호교환기에서 이것은 스트리퍼(30)로부터 이산화황 흡착기로 재순환되는 재생된 흡착 매질(15)로부터의 간접 열 전달에 의해 중간 온도로 예열된다. 상호교환기 내의 재생된 흡착 매질로부터의 흡착 리쿼로의 열 전달은 재생된 흡착 매질의 흡착 역량을 증가시키고 흡착 리쿼를 가열하여 이로부터의 이산화황의 스트리핑을 촉진하도록 돕는다. 스트리퍼 내의 원하는 온도를 성취하기 위해 추가의 가열이 필요한 경우, 이산화황-농후 리쿼(17)는 용매 가열기(41)를 통과할 수 있고, 이 용매 가열기에서 이것은 (예를 들어, 공정을 빠져나온 회수된 이산화황 생성물 스트림으로부터의 간접 열 전달에 의해) 예열되고/되거나, 스팀 또는 뜨거운 응축물 스트림(70)과의 간절 열 교환에 의해 추가로 가열된다. 특정한 유리한 실시형태에서, 이산화황-농후 흡착 리쿼는 외인성 열의 첨가 없이 공정 공급 가스 스트림 및/또는 재생된 이산화황 흡착 매질로부터 열을 전달함으로써 가열된다. 이러한 실시형태에서, 공정 공급 가스 스트림의 온도는 바람직하게는 약 50℃ 미만으로 감소하지 않고, 스트리퍼로 도입된 이산화황-농후 흡착 리쿼와 재생된 흡착 매질 사이의 온도차는 약 40℃ 미만이다.
약 60℃ 내지 약 140℃의 온도에서 스트리퍼(30)의 하부를 빠져나온 재생된 수성 흡착 매질(15)은 이산화황 흡착기(11)를 빠져나온 이산화황-농후 흡착 리쿼(17)로의 열의 전달에 의해 상호교환기(40) 내에서 냉각된다. 유사하게, 흡착기 내에서 원하는 온도를 유지시키기 위해 추가의 냉각이 필요한 경우, 상호교환기(40)를 떠난 재생된 흡착 매질은 용매 냉각기(42)를 통과하고 냉각 타워 물과의 간접 열 교환에 의해 추가로 냉각될 수 있다. 열 상호교환기(40)의 사용은 시스템의 에너지 요구량을 감소시켜 용매 가열기 및/또는 용매 냉각기의 사용은 필요하지 않을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 다양성자성 카복실산의 염을 포함하는 수성 흡착 용액 내의 황산염 오염물질 수준은 황산염을 제거하기 위한 처리를 위해 스트리퍼(30)를 빠져나온 재생된 흡착 매질(15)의 적어도 퍼지 분획(90)을 임의로 우회시킴으로써 허용 가능한 수준으로 유지된다. 퍼지 분획의 상대 용적은 흡착 및 스트리핑의 과정에서 이산화황의 산화에 대한 감수성 및 재생된 흡착 매질 내의 수착제의 농도에 따라 변한다. 통상적으로, 흡착제로서의 말산염을 사용한 조작에서, 퍼지 분획은 재생된 흡착 매질 스트림의 약 5% 미만을 나타낼 수 있다.
퍼지 분획의 처리는 증발 결정화기(92) 내에서 퍼지 분획(90)으로부터 증발하는 물을 포함하여 황산염 중에 과포화된 응축된 용액을 생성한다. 이후, 황산염 결정은 결정화기 내에서 응축된 수성 흡착 용액으로부터 침전되어 침전된 황산염 결정 및 모액을 포함하는 결정화 슬러리(94)를 형성한다. 황산나트륨 결정은 종래의 고체/액체 분리 장치(96), 예컨대 진공 필터 또는 원심분리기 내의 슬러리로부터 분리되고 용매 탱크(24)로 재순환된 모액 분획(98)으로부터 분리되고, 이 탱크에서 이것은 흡착기(11)로의 반송을 위해 재생된 흡착 매질의 주요 스트림과 혼합된다. 수성 흡착 용액의 농축은 가열 및/또는 압력 감소 또는 리보일러로의 스팀 흐름의 증가에 의해 적합하게 성취되어 물을 플래시 증발시킬 수 있다. 통상적으로, 수성 흡착 용액은 농축 동안 적어도 약 40℃, 더 바람직하게는 적어도 약 60℃의 온도로, 바람직하게는 스트리퍼 조작 압력에서 흡착 용액의 비점으로 가열되어 황산나트륨 10수화물 또는 글라우버 염(Na2SO4ㆍ10H2O)의 형성 및 침전을 억제한다. 글라우버 염은 원심분리 또는 여과에 의해 모액으로부터 용이하게 분리되지 않는 교질 또는 점착 침전물을 형성하는 경향이 있다.
결정화기는 대기압에서 또는 진공 하에 조작될 수 있다. 원심분리 또는 여과에 의한 황산나트륨 염 결정의 분리에 대한 대안으로서, 결정화기는 결정화 슬러리로부터 모액을 계속해서 경사여과하도록 설계될 수 있다. 더욱이, 황산염 결정은 흡착기로의 반송을 위해 용매 탱크로 마찬가지로 지향된 다양성자성 카복실산 염 흡착제를 포함하는 생성된 세척수 및 물로 세척될 수 있다. 결정화기로부터의 오버헤드 증기 스트림은 응축되고 흡착기로 반송될 수 있다. 대안적으로, 결정화기로부터의 오버헤드 스트림은 스트리핑 스팀의 소스로서 스트리퍼로 경로 배정(routing)될 수 있다.
상기 기재된 처리가 순환 흡착 용액 중에 허용 가능한 황산염 수준을 유지시키는 데 효과적이지만, 본 발명의 몇몇 실시형태에서, 산화 억제제는 각각 중아황산염 및 아황산염의 중황산염 및 황산염 오염물질로의 산화를 감소시키기 위해 흡착 용액에 포함될 수 있다. 산소 소거제 및 자유 라디칼 포획제, 예컨대 p-페닐렌다이아민 및 하이드로퀴논; NOx 촉매화 산화의 억제제, 예컨대 아스코르브산; 및 금속 촉매화 산화를 격리시키고 억제하는 킬레이트화제, 예컨대 에틸렌다이아민테트라아세트산(EDTA)을 포함하는, 본 발명의 실행 시 유용할 수 있는 몇몇 상이한 유형의 산화 억제제가 존재한다. 이러한 산화 억제제는 개별적으로 또는 다양한 조합으로 사용될 수 있고, 흡착기로 도입된 재생된 수성 흡착 용액에 필요한 바대로 첨가될 수 있다. 사용된 억제제(들)의 유형에 따라, 흡착 용액 내의 농도는 통상적으로 수 ppm으로부터 약 1 내지 약 10중량% 범위이다. 억제제가 산화에 의해 점진적으로 소모되므로, 과량(예를 들어, 적어도 약 1000ppm)이 통상적으로 첨가된다. 아스코르브산 및 하이드로퀴논은 말산나트륨 흡착 용액에서 산화를 억제하는 데 특히 효과적이다. 금속이 흡착 용액에 존재할 때, EDTA는 산화 억제제로서 효과적인 것으로 예상된다.
흡착 용액 내의 산가 증가는 이산화황 스트리핑 효율을 증가시키는 효과를 갖는다. 따라서, 적은 농도의 용해된 이산화황을 남기는 것 또는 흡착 용액 중에 약간의 황산염을 유지시키는 것은 스트리퍼에서 더 높은 효율을 발생시킨다. 예를 들어, 스트리퍼 내의 적은 농도의 황산나트륨 및/또는 아황산나트륨은 흡착 용액의 재생이 덜 에너지 집중적이게 만든다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 황산염의 농도는 흡착 용액 중에 약 0.5 내지 약 11중량%, 바람직하게는 약 3 내지 약 11중량%로 유지되고, 적은 분획의 이산화황이 재생된 수성 흡착 용액에 남아서, 용액이 약간 더 산성이 되게 하고 결과적으로 이산화황의 탈착이 덜 에너지 집중적이게 만든다.
스트리핑 된 응축물로부터의 스트리핑 스팀의 생성
스트리핑 스팀을 생성하기 위한 에너지원을 제공하기 위해, 흡착 리쿼 스트리퍼(30)로부터의 1차 스트리퍼 가스 유출물(33)은 1차 스트리퍼 가스 유출물의 압력을 증가시키기에 적합한 기기에서 압축된다. 적합한 기기는 기계적 압축기 및 열 압축기(즉, 스팀-제트 이젝터)를 포함한다. 도 1에 도시된 바대로, 1차 스트리퍼 가스 유출물은 스팀-제트 이젝터(36)를 통과함으로써 압축되는 것이 바람직하다. 이산화황이 접촉 황산 플랜트의 꼬리 가스로부터 회수될 때, 삼산화황 흡착 열 회수에서 생성된 스팀은 이젝터에 대한 원동 스팀을 제공할 수 있다.
습식 이산화황 스트리퍼 가스가 압축되고 수증기의 응축의 잠열이 압축된 가스로부터 이산화황-농후 흡착 리쿼로 전달되는 이산화황의 회수를 위한 흡착/탈착 시스템이 공지되어 있지만, 이러한 시스템에서 응축물은 이산화황으로 포화된 시스템으로부터 빠져나간다. 응축물로부터 발산되는 이산화황이 별개의 시스템에서 포획되지 않는다면, 이 체계는 이산화황 가(sulfur dioxide value)의 손실에 또한 해당하는 허용되지 않는 배출을 생성한다.
위에서 언급된 US 2012/0107209 A1에 기재된 공정에서, 이산화황은 응축물 스트리핑 칼럼에서 응축물로부터 회수되지만, 이는 추가의 에너지 소비를 수반한다.
본 발명의 방법에 따르면, 응축물을 스트리핑하는 데 필요한 에너지는 흡착 리쿼 스트리퍼에 대한 스트리핑 스팀의 소스로서 스트리핑된 응축물의 사용에 의해 실질적으로 회수된다. 응축물이 스트리퍼의 기부로 흐르도록 하기에 충분한 압력에서 응축물을 기화시키는 데 추가의 에너지 유입이 필요하다. 본 발명의 공정에서, 스트리퍼 가스의 수증기 성분 내의 잠열은 이 에너지원을 제공한다. 흡착 리쿼 스트리퍼를 빠져나온 스트리퍼 가스의 보통의 압축은 압축된 스트리퍼 가스로부터 스트리핑된 응축물로의 열 전달에 충분한 보통의 온도차를 생성하여, 생성된 스팀을 스트리퍼로 추진하는 데 충분한 압력에서 스트리핑된 응축물을 기화시킨다.
스트리퍼로부터의 습식 이산화황-함유 가스 유출물의 압축은 바람직하게는 약 30㎪ 내지 약 65㎪의 증분으로 스트림의 압력을 증가시킨다. 스트리퍼(30)가 더 낮은 압력(예를 들어, 진공 하에)에서 조작되어 물과 관련한 이산화황의 상대 휘발성을 증가시키고 탈착을 증대시키고 소정의 환류에 필요한 이론적 단의 수를 감소시키는 경우 이산화황의 분리는 증대된다. 또한, 더 낮은 압력은 시스템에서 더 낮은 온도를 발생시켜 이산화황-농후 흡착 리쿼를 가열하기 위한 더 낮은 압력 스팀의 사용을 허용한다. 그러나, 에너지의 회수는 적당히 더 높은 조작 압력에서 최적화되고, 이는 또한 타워(31)의 필수 직경 및 관련 자본 비용을 감소시킨다. 예로서, 약간의 진공(예를 들어, -35㎪ 게이지) 하에 스트리퍼를 조작하는 것 및 스트리퍼를 빠져나온 이산화황-농후 스트리퍼 가스의 압력을 (예를 들어, 약 20㎪ 게이지로) 적당히 증가시키는 것은 하나의 경제적 접근법을 나타낸다. 그럼에도 불구하고, 대기압 이상에서 스트리퍼를 조작하는 것은 또한 매력적인 접근법일 수 있다. 경제적 최적화는 구체적인 조작 조건을 결정지을 수 있다. 이러한 고려사항을 균형화하여, 흡착 리쿼 스트리퍼를 빠져나온 1차 스트리퍼 가스 유출물의 압력은 가장 바람직하게는 약 40 내지 약 170㎪(절대))에서 유지된다.
이산화황-함유 스트리퍼 가스의 가압 흐름은 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기(50)로 지향된다. 수증기의 실질적인 부분은 냉각 매질로의 간접 열 전달에 의해 냉각기/응축기(50) 내에서 1차 스트리퍼 가스 유출물로부터 응축된다. 본 발명에 따라, 응축물 스트리퍼 또는 물 칼럼(60)으로부터 냉각기/응축기(50)로 흐르는(하기 기재된 조작) 스트림(51)에서의 스트리핑된 응축물은 냉각 매질로서 작용하고, 응축의 잠열은 스트리핑된 응축물로 전달되어 흡착 리쿼 스트리퍼(30) 내에서 스트리핑 매질로서 사용되는 스팀을 생성한다. 도 1에 도시된 바대로, 칼럼(60)을 빠져나온 스트리핑된 응축물 스트림(51)은 증기-액체 분리기(52)(예를 들어, 스팀 드럼)로 지향되고 분리기와 냉각기/응축기(50) 사이의 라인(54)을 통해 순환되고, 여기서 1차 스트리퍼 가스로부터의 열 전달은 스트리퍼를 위한 스팀(53)을 생성한다. 스트리핑된 응축물 및 스팀은 분리기(52)에서 분리되고, 스팀은 라인(57)을 통해 스트리퍼(30)로 지향되고, 응축물의 적어도 일부는 라인(54)을 통해 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기(50)로 순환하고, 다른 일부는 임의로 라인(55)을 통해 재순환되고 재생된 이산화황 흡착 용액(15)과 합해지고 흡착기(11)로 반송될 수 있고/있거나, 일부(56)는 시스템으로부터 퍼징될 수 있다. 대안적으로, 스트리퍼 가스 냉각기/응축기(50)의 응축물 측은 열 교환기 그 자체 내의 물로부터의 스팀의 이탈을 허용하도록 설계될 수 있어서, 별개의 증기/액체 분리기에 대한 필요 없이 비말동반된 물이 없는 스팀 흐름이 냉각기/응축기로부터 흡착기로 직접 흐르게 한다.
1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기(50)에서 생성된 스팀은 라인(57)을 통해 스트리퍼(30)로 도입되고, 여기서 이것은 증기/액체 접촉 구역(32) 내의 흡착 리쿼와 접촉하여, 흡착 리쿼로 열을 공급함과 동시에 액상으로부터 이산화황을 제거하기 위한 스트리핑 가스로서 작용한다. 흡착 액체 스트리퍼 내에서의 액상의 가열은 내부의 이산화황의 평형 농도를 감소시키고, 기상으로의 이산화황의 전달에 대한 추진력을 증대시킨다. 액상으로의 열 전달 시, 냉각기/응축기(50) 내의 스트리핑된 응축물로부터 생성된 스팀은 스트리퍼 내에서 부분적으로 응축하여, 실질적으로 응축 가능한 스트리핑 가스로서 작용한다. 임의로, 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내의 스트리핑된 응축물로부터 생성된 스팀에 의해 공급된 스트리핑 열은, 흡착 리쿼 스트리퍼로부터의 액상이 순환되는 리보일러(37)에서 외인성 소스로부터 공급된 열에 의해 보충될 수 있다. 보조 리보일러는 공정의 물 균형 제어에서 완전 융통성을 제공한다. 통상적으로, 리보일러를 통과하는 흡착 리쿼는 스트리퍼의 배수조로부터 인출되고 배수조 위의 증기/액체 접촉 구역(32)의 탑저 부분으로 반송된다.
1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기(50)에서, 1차 스트리퍼 가스 유출물(33)의 대부분의 수증기 함량은 응축되고 따라서 대부분의 잠열은 응축물 스트리퍼(60)로부터 반송하는 스트리핑된 응축물로의 전달에 의해 제거된다. 1차 스트리퍼 가스 유출물로부터 수증기를 응축하여 얻은 수성 응축물은 용해된 이산화황을 포함한다. 이 응축물은 냉각기/응축기(50)로부터 제거되고 응축물 스트리퍼 또는 물 칼럼(60)으로 라인(58)을 통해 공급되고 (예를 들어, 스팀 또는 리보일러에 의해) 가열되어 이산화황을 탈착시키고 수성 응축물로부터 탈착된 이산화황 및 수증기를 포함하는 응축물 스트리퍼 가스를 생성한다. 도 1에 도시된 바대로, 응축물 스트리퍼 가스는 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기(50)로부터의 습식 이산화황-함유 배기 가스(59)와 합해진다. 응축물 스트리퍼 칼럼(60)의 상부를 빠져나온 합해진 최종 응축물 스트리퍼 가스(61)는 (예를 들어, 50℃에서의 냉각수에 의해) 저온 응축기(62)에서 보통 약 70℃ 미만의 온도로 냉각되어 수증기를 응축시키고 회수된 이산화황을 포함하는 생성물 스트림(63)을 생성한다. 도 1에 도시된 바대로, 미미한 추가의 응축물은, 흡착기(11)를 빠져나온 배출 가스(19)의 부분으로의 열 전달에 의해 응축물 스트리퍼 가스가 냉각되는 열 교환기(64)를 통해 가스를 처음에 통과시킴으로써, 응축물 스트리퍼 칼럼(60)의 상부를 빠져나온 최종 응축물 스트리퍼 가스(61) 또는 응축물 스트리퍼 가스로부터 얻어질 수 있다. 냉각 후, 회수된 이산화황 생성물 스트림(63)은 이산화황 회수 공정으로부터 제거되고, 이것이 사용될 수 있는 목적지, 예를 들어 삼산화황으로의 전환을 위한 접촉 황산 플랜트의 촉매 단 또는 건조 타워, 원소 황을 재생하기 위한 클라우스 공정 조작, 알칼리 금속 아황산염 또는 중아황산염 제조 공정, 제지 조작 또는 액체 이산화황으로의 액화를 위한 압축 및 냉동 유닛으로 지향된다.
이산화황에서 고갈된 스트리핑된 응축물 스트림(51)은 응축물 스트리퍼 칼럼(60)의 하부를 빠져나오고 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기(50)로 지향되고, 여기서 압축된 1차 스트리퍼 가스 유출물(33)로부터의 수증기의 응축은 스트리퍼 응축물로 열을 전달하여, 흡착 리쿼 스트리퍼(30) 내에서 합해진 가열 매질과 스트리핑 가스(예를 들어, 응축 스트리핑 매질)로서 사용하기 위한 스팀을 생성한다. 임의로, 부분(56)은 시스템으로부터 퍼징될 수 있다.
흡착 리쿼 스트리퍼(30)로부터의 1차 스트리퍼 가스 유출물(33)의 압축 정도는, 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기(50) 내에서 스트리핑된 응축물을 가열함으로써 타워(31) 내의 증기/액체 접촉 구역(32)의 탑저(스트리핑) 섹션에서의 압력보다 높은 압력을 갖는 스팀이 생성될 수 있는 충분히 높은 온도로 압축된 증기가 되게 하기에, 필연적으로 충분하다. 그러나, 압축 정도는 바람직하게는 스트리핑된 응축물로부터 생성된 스팀이 스트리퍼로 흐르게 하기에 필요한 최소로 제어된다. 더 특히, 흡착 리쿼 스트리퍼 내의 이의 액체 출구(35)에서의 액상의 온도보다 약 30℃ 이하로 높은, 더 특히, 스트리퍼 내의 증기/액체 접촉 구역(32)의 하부를 빠져나온 액상의 온도보다 약 20℃ 이하로 또는 약 5 내지 약 10℃ 이하로 높은 온도에서 스트리핑된 응축물로부터 스팀이 생성되는 것이 바람직하다. 특정한 특히 바람직한 실시형태에서, 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기(50) 내에서 스트리핑된 응축물을 가열함으로써 생성된 스팀의 온도는 증기/액체 접촉 구역의 하부에서 또는 흡착 리쿼 스트리퍼의 액체 출구에서 흡착 리쿼 스트리퍼 내의 액상의 온도보다 높지 않거나 심지어 낮을 수 있다. 더 일반적으로, 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기(50)에서 생성된 스팀의 온도가 스트리퍼의 액체 출구에서 스트리퍼 내의 재생된 흡착 매질의 온도 또는 흡착 리쿼 스트리퍼 내의 증기/액체 접촉 구역의 탑저(스트리핑) 섹션을 빠져나오는 액상의 온도와 약 ±10℃ 이하로 변하는 것이 바람직하다. 스팀이 흡착 리쿼 스트리퍼로 흐르도록 하기 위해, 냉각기/응축기(50) 내에서 생성된 스팀의 압력은 반드시 스트리퍼 내의 전체 압력보다 높고, 따라서 증기/액체 접촉 구역의 스트리핑 섹션 내의, 심지어 스트리핑 섹션의 액상 출구에서의 액상의 평형 증기 압력보다 높고, 여기서 이산화황의 분압은 무한으로 0에 근접한다.
따라서, 결과로 생긴 기상 물 압력 추진력은 기상과 액상 사이의 온도차와 무관하게 수증기의 응축이 스트리퍼 내에서 발생하게 하여, 액상의 온도보다 높지 않거나 심지어 이보다 낮은 온도에서 스팀이 이 구역으로 도입되더라도, 증기/액체 접촉 구역의 스트리핑 섹션 내에 액상을 응축시키고 가열시킨다. 액상 내의 용질, 즉 수착제, 예컨대 다양성자성 카복실산 염의 저하제 효과로 인해, 액상의 증기 압력은 동일한 온도에서 또는 액상의 온도가 스팀의 온도보다 약간 높은 경우에도 스팀의 압력보다 약간 낮을 수 있다.
이 바람직한 조건을 만족시키기 위해, 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내의 로그 평균 온도차(Δt)는 약 1.5℃, 약 2℃, 약 3℃, 약 4℃ 또는 약 5℃ 이상 및 약 10℃, 약 8℃, 약 6℃ 또는 약 5℃ 이하이다. 예를 들어, 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내의 로그 평균 온도차(Δt)는 약 1.5℃ 내지 약 10℃ 또는 약 2℃ 내지 약 9℃ 또는 약 2.5℃ 내지 약 8℃이다.
전체 공정 에너지 및 물 균형에 따라, 응축물 스트리퍼(60)로부터의 스트리핑된 응축물의 용적은 흡착 리쿼 스트리퍼(30)에서의 스팀에 대한 요구량을 초과할 수 있다. 따라서, 스트리핑된 응축물은 (i) 스트리퍼 가스로부터 물을 응축하기 위한 냉각 유체로서 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기(50)에 지향되어, 적어도 부분적으로 흡착 리쿼 스트리퍼로의 도입을 위한 스팀으로 스트리핑된 응축물을 응축시키는 응축물 스트림과; (ii) 공정으로부터의 물의 제거를 위한 배출 물 스트림 사이에 유용하게 분할될 수 있다.
배출 물로서의 응축물 스트리퍼(60)로부터의 스트리핑된 응축물의 일부는 또한 임의로 이산화황-함유 소스 가스 또는 공정 공급 가스 스트림(10)을 컨디셔닝하도록 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 바대로, 증기-액체 분리기(52)로부터의 스트리핑된 응축물은 라인(70)을 통과하고, 공급 가스 흐름과 관련하여 이산화황 흡착기(11)의 상류의 포화장치(71)로 도입된다. 포화장치는 1단 접촉기(예를 들어, 일반적으로 불규칙 또는 규칙 충전물 또는 스프레이 칼럼을 포함하는 충전된 칼럼 또는 타워로 이루어짐)를 포함할 수 있고, 여기서 스트리핑된 응축물은 가스 스트림과 접촉하여, 이산화황 흡착기에 진입하는 공급 가스의 습도를 증가시킨다. 포화장치를 빠져나온 물 스트림은 공정으로부터 제거될 수 있다. 포화장치는 또한 증발 냉각에 의해 이산화황-함유 가스를 냉각시키고, 흡착기에 진입하기 전에 산 가스(예를 들어, 황산, 염산, 삼산화황)를 제거한다. 포화장치는 유리하게는 더 낮은 품질의 물을 사용하는 공급 가스 스트림의 습윤화를 허용하고, 이는 흡착기 내에서 가스를 습윤시키는 것(여기서, 사용된 물은 불순물의 축적(build-up)을 피하기 위해 탈이온화되거나 증류되어야 함)과 비교하여 점진적 비용 절약을 제공한다. 포화장치를 빠져나온 물 스트림이 이산화황으로 포화되더라도, 이 스트림의 용적은 적다. 더구나, 예를 들어, 이산화황이 황산 플랜트의 꼬리 가스로서 회수되는 경우, 포화장치를 빠져나온 이산화황이 가득한(laden) 물 스트림은 SO3 흡착기 내에서 희석 물로서 사용될 수 있다. 인터패스(interpass) 플랜트에서, 물은 유리하게는 인터패스 흡착기 내에서 희석을 위해 사용되고, 관여된 이산화황의 최소 순 흐름은 이산화황 회수 유닛을 통해 돌아오고 공정으로부터 손실되지 않는다.
도 1의 방법은 온도차를 제공하기 위해 1차 스트리퍼 가스 유출물을 압축하고, 이에 의해 1차 스트리퍼 가스로부터 수증기의 응축에 의해 재소환된 잠열은 흡착 리쿼 스트리퍼 내에서 흡착 리쿼의 스트리핑을 실행하도록 도입된 스팀의 생성을 위해 스트리핑된 응축물로 전달된다. 본 발명에 따라, 이 온도차를 생성시키고 스트리핑 조작을 추진시키는 다른 대안이 제공된다.
도 2는 흡착 리쿼 스트리퍼(30)와 냉각기/응축기(50)의 스팀 출구 사이의 흐름 동안 압축기(39)에 의해 스트리핑된 응축물로부터 생성된 스팀이 압축되는 도 1의 방법에 대한 대안을 예시한다. 이 도면은 기계적 압축기에 의한 스팀의 압축을 나타내지만, 스팀은 또한 필요 압축을 성취하기 위해 스팀-제트 이젝터의 목부(throat)를 통해 도입된다. 이 구역을 통한 위로의 가스상/기상의 통과 동안의 과도한 압력 하강을 피하도록, 스트리퍼(30)의 직경이 사이징되고 스트리퍼(30)의 증기/액체 접촉 구역(32) 내의 충전 또는 다른 질량 이동 촉진 구조가 설계된다. 냉각기/응축기(50)로의 1차 스트리퍼 가스 유출물(33)의 전달에 사용되는 라인 및 1차 스트리퍼 가스 출구(34)는 과도한 압력 하강을 피하도록 또한 사이징된다. 이 교환기의 스트리핑된 응축물 측에서의 압력보다 높은 냉각기/응축기(50)의 1차 스트리퍼 가스 측에서의 압력을 보존함으로써, 1차 스트리퍼 가스 유출물로부터 수증기가 응축하고 스트리퍼(30)에서 사용하기 위한 스팀이 응축물 측에서 생성되면서, 스트리핑된 응축물로 전달된 열에 의해 온도차가 확립된다. 냉각기/응축기(50)에서 생성된 스팀은 라인(57)을 통해 스트리퍼로 도입시키기 위해 스팀을 응축하는 압축기(39)의 흡인 측으로 도입된다.
스트리핑 가스로부터 수증기의 응축의 잠열을 회수하기 위해, 압축기(39)는 스팀의 압력을, 1차 스트리퍼 가스가 냉각기/응축기(50)에 도달할 때, 냉각기/응축기의 스트리퍼 가스 측에서의 압력이 냉각기/응축기의 스트리핑된 응축물 측에서의 스트리핑된 응축물로부터 생성된 스팀의 압력보다 높게 하는 수준으로 증가시킨다. 더 특히, 압축의 정도는, 냉각기/응축기의 1차 스트리퍼 가스 측에서 수증기가 응축하는 물 포화 압력이 냉각기/응축기의 스트리핑된 응축물 측에서 스팀이 생성되는 압력보다 높도록 충분하다.
도 2의 공정에서 성취한 온도 및 압력 차이는 바람직하게는, 스트리퍼의 가스 출구로부터 냉각기/응축기의 가스 입구로의 흐름 동안 1차 스트리퍼 가스 유출물이 압축되는 도 1의 실시형태에서의, 냉각기/응축기(50)에서 우세한 것과 실질적으로 동일하다. 증기/액체 접촉 구역에서 우세한 절대 압력은 바람직하게는 또한 도 1 및 도 2에 각각 도시된 각각의 실시형태에 대해 동일한 범위에 있다. 두 경우에, 스트리퍼에서 대기보다 약간 높은 압력, 예를 들어 약 15 내지 약 18psia(약 100 내지 약 125㎪(절대))를 유지시키는 것이 바람직하다. 그러나, 도 2의 공정에서 스팀이 오직 압축되므로, 도 2의 공정에서의 흡착 리쿼 스트리핑 구역 내의 최적 압력은, 냉각기/응축기(50)의 스트리핑된 응축물 측에서의 비등하는 물 온도보다 높은 온도에서 수증기가 응축하는 수준으로 수증기의 분압이 되게 하면서, 1차 스트리퍼 가스의 이산화황 성분이 또한 압축되어야 하는 도 1의 공정에서의, 최적 압력보다 미미하게 낮을 수 있다.
도 2의 공정의 나머지는 도 1과 관련하여 상기 기재된 것과 실질적으로 동일한 방식으로 조작된다.
도 1 및 도 2의 공정은 필적하는 에너지 효율을 제공하지만, 도 2의 공정의 이점은 압축에 처리되는 스트림으로부터의 이산화황의 실질적인 부재이다. 이는 압축되는 유체가 도 1의 공정에서 압축된 유체보다 일반적으로 덜 부식성이고 따라서 압축기 또는 이젝터에 대한 구성의 재료의 유지 및 선택 둘 다의 절약을 제공한다는 것을 의미한다.
흡착 리쿼로부터 이산화황을 스트리핑하기 위한 유일한 에너지원으로서 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서 스트리핑된 응축물로부터 생성된 포화된 스팀에 대한 의존은 흡착기로 다시 순환되는 재생된 흡착 매질에서 및 궁극적으로 흡착기와 스트리퍼 사이의 수착제 매질 회로에서 물의 순 증가(accretion)를 발생시킬 수 있다. 사실, 생 스팀에만 의존하는 임의의 스트리퍼 조작은 이산화황의 기화의 열을 제공하도록 첨가되어야 하는 스팀의 증분 및 환경으로의 열의 손실로부터 생기는 증분으로 인해 이 효과를 반드시 갖는다. 따라서, 이 회로에서의 물 균형의 제어는 물 분획의 제거(조작의 이 체계에서 그 외 이득일 수 있음)를 위한 약간의 측정을 요한다. 이 목적에 다양한 옵션이 이용 가능하다. 예를 들어, 리보일러(37)에서 외인성 소스로부터 공급된 에너지는 1차 스트리퍼 가스의 온도를 미미하게 증가시킬 수 있어서, 이것은 약간 더 높은 수증기 로드(load)를 운반하고, 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기는 물 균형을 유지시키기 위해 수증기의 충분한 증분을 제거하기 위해 미미하게 더 높은 Δt 및 미미하게 더 높은 배기 가스 온도에서 조작될 수 있다. 이는 도 1의 실시형태에서의 1차 스트리퍼 가스의 미미하게 더 높은 압축 또는 도 2의 실시형태에서의 스트리핑 스팀의 미미하게 더 높은 압축을 요할 수 있다. 대안적으로, 재생된 흡착 리쿼 중 일부 또는 전부는 상호교환기(40) 및/또는 트림 냉각기(42)를 우회하여, 균형을 유지시키기 위해 배출 가스의 수증기 함량을 증분으로 증가시키는 미미하게 더 높은 온도에서 흡착기가 조작되게 할 수 있다.
도 1의 공정의 통상적인 조작에서, 흡착기/스트리퍼 회로의 매 번의 턴오버(turnover) 동안 약 2%의 물 용적 이득을 경험한다. 석탄 또는 다른 황-함유 탄소 연료의 황 함량을 반영하는 수준에서 이산화황을 포함하는 연도 가스가 27℃에서 흡착기로 전달되는 실시형태에서, 40℃에서 재생된 흡착 매질을 인터체인지(40) 및 트림 냉각기(42) 주위로 우회시키고 흡착 매질을 흡착기에 공급함으로써 균형을 성취할 수 있다. 35℃에서 흡착기를 떠난 배출 가스는 흡착 리쿼 스트리퍼 내에서 흡착 리쿼로부터 이산화황을 기화시키는 데 필요한 스팀의 증분으로부터 생기는 이득이 균형을 이루게 하기에 충분한 수증기를 운반한다.
농후 가스 스트림으로부터의 이산화황 회수
본 발명의 공정은 접촉 황산 플랜트의 꼬리 가스로부터의 이산화황의 회수 및 비교적 묽은 이산화황-함유 유출물을 생성하는 다른 조작에 적합하다. 그러나, 이것은 비교적 농후한 이산화황 가스 스트림을 생성하는 조작을 포함하는 이산화황 회수를 요하는 다른 방법 조작에도 적용될 수 있다. 공급 가스로부터 이산화황을 흡착하기 위한 반응이 통상적으로 발열이므로, 상당한 반응 열이 흡착기에서 생성되고, 여기서 이산화황 함량이 10용적%, 15용적%, 20용적%, 25용적%, 30용적%, 40용적% 많거나 훨씬 더 많을 수 있는 가스 스트림을 포함하는, 예를 들어 약 2 내지 약 4용적%의 또는 더 많은 이산화황을 포함하는 농후 가스로부터 이산화황을 회수하기 위한 공정이 이용된다. 예를 들어, 이산화황 농도는 적어도 약 4용적% 또는 적어도 약 5용적% 또는 적어도 약 10용적% 또는 적어도 약 15용적% 또는 적어도 약 20용적% 또는 적어도 약 30용적%일 수 있다.
본 발명의 공정은 이러한 농후 이산화황-함유 가스 스트림으로부터 이산화황을 회수하기 위해 쾌 용이하게 적용될 수 있다. 그러나, 가스 스트림의 이산화황 함량이 높은 경우, 발열 흡착 반응에서 생성된 현열은 흡착 리쿼의 온도를 급격히, 몇몇 경우에는 순환 흡착 매질의 흡착 효율 및/또는 흡착 역량을 심각하게 손상시킬 수 있는 수준으로 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 유입 공급 가스의 이산화황 농도가 2.9용적%에 도달하는, 수착제로서 테트라글라임을 사용하는 흡착 시스템에서, 흡착 리쿼의 온도는 흡착기 내에서 달리 적절한 L/G 비에서 17℃의 통상적으로 바람직한 온도를 30℃의 온도로 증가시킬 수 있다. 유입 가스의 이산화황 함량이 43몰%인 경우, 온도는 통상적으로 17℃로부터 49℃로 증가할 수 있다. 테트라글라임 흡착 시스템의 경우, 이러한 온도 상승은 이산화황의 흡착에 대한 흡착 매질의 역량을 심각하게 손상시킬 수 있다.
도 3 및 도 4는 2종의 공지된 이산화황 흡착 용매의 평형 흡착 역량에 대한 온도의 부작용을 예시한 것이다. 도 3에 예시된 바대로, 가스 내의 4몰%의 SO2에서 수착제로서 100중량%의 테트라글라임(100S)을 사용하여, 20℃ 내지 30℃의 좁은 범위에서도 온도가 상승하면서 흡착 매질의 수착 역량은 상당히 감소한다. 흡착 역량은 심지어 더 높은 온도에서 계속해서 감소하지만, 감소는 덜 급격하다. 도 4에 예시된 것처럼, 공급 가스가 30몰%의 SO2를 포함하는 경우, 온도가 증가하면서 순수한 테트라글라임(100S)의 흡착 역량은 더 균일하게 감소한다. 또한 도 3 및 도 4에 도시된 바대로, 다른 테트라글라임 수착제, 즉 955_5 W(95중량%의 테트라글라임 및 5중량%의 물)를 사용하여 흡착 역량의 필적하는 감소가 발생한다. 따라서, 2용적% 초과의 이산화황을 포함하는 농후 가스의 경우, 흡착기를 통과한 액상에서의 온도 상승 정도를 감소시키기 위해(이산화황-농후 흡착 리쿼에서 비교적 더 낮은 이산화황 농도를 발생시킴) 흡착 매질 흐름 증가가 일반적으로 필요하다.
흡착 매질 및 흡착 리쿼의 흐름 증가는 2가지 중요한 방식으로 흡착 리쿼 스트리퍼에 부담을 준다. 이는 흡착 리쿼로부터 이산화황을 스트리핑하기 위한 적절한 온도로 상기 리쿼를 가열하기 위한 에너지 요구량을 증가시켜, 공정의 에너지 효율을 감소시킨다. 그러나, 이는 또한 스트리핑 칼럼에 걸쳐 질량 흐름을 증가시켜, 증기/액체 접촉 구역을 플로딩(flooding)하지 않고 액체 흐름을 수용하는 데 필요한 전체 칼럼의 직경을 증가시킨다. 더 높은 액상 흐름 속도는 또한 흡착 칼럼의 직경 증가를 역시 지시한다.
이산화황 흡착 방법의 추가의 바람직한 특징에 따르면, 흡착(즉, 가스/액체 접촉) 구역을 통한 흡착 매질의 통과에서 이 흡착 매질의 온도 상승을 감소시키도록 흡착기의 기부에 냉각이 제공되고, 흡착기 및 스트리퍼 둘 다가 비교적 낮은 L/G 비에서 조작되게 한다. 흡착 매질에서의 온도 상승을 제어하는 것은, 특히 흡착 구역의 탑저 부분에서, 흡착 매질의 평형 역량을 보존하고, 따라서 흡착 구역 내의 기상으로부터 액상으로의 이산화황의 질량 이동에 대한 추진력 및 액상 내의 이산화황과 수착제와의 반응에 대한 추진력을 보존한다. 비교적 더 낮은 액상 온도는 또한 액상 내의 이산화황 부가물로의 전환 정도를 조력하고, 여기서 이산화황과 수착제 사이의 반응은 발열 평형 반응이다. 바람직하게는, 흡착 리쿼는 흡착기 내의 가스 액체/접촉 구역으로부터 인출되고, 외부 열 교환기를 통해 순환되고, 흡착 구역으로 반송된다. 더 특히, 순환 흡착 리쿼는 냉각된 순환 흡착 리쿼가 가스/액체 접촉 구역으로 반송되는 영역 아래에서 이격된 영역에서 이 구역으로부터 제거되어, 이산화황의 흡착의 벌크가 바람직하게는 발생하고 흡착 열의 벌크가 생성되는 냉각된 흡착 리쿼가 반송되는 영역 아래의 흡착 구역 내의 섹션을 획정한다.
예를 들어, 도 5에 예시된 바대로, 뜨거운 이산화황-농후 흡착 리쿼(17)의 일부는 액체 출구(18)로부터 인출되거나 흡착기(11) 내의 수직 가스/액체 접촉 구역(13)의 하부 근처의 영역(13.1)으로부터 인출되고, 외부 열 교환기(80)를 통해 순환되고, 이 외부 열 교환기에서 흡착 열은 냉각 유체로의 전달에 의해 제거된다. 냉각된 흡착 리쿼는 뜨거운 흡착 리쿼가 인출되는 영역 위에서 이격되지만, 가스/액체 접촉 구역의 상부 아래에서 이격된 가스/액체 접촉 구역의 영역(13.2)에서 흡착기로 반송된다. 더 바람직하게는, 냉각된 순환 흡착 리쿼가 반송되는 영역(13.2)은 가스/액체 접촉 구역의 탑저 부분에서 반송된다.
이산화황 흡착기(11)와 외부 열 교환기(80) 사이의 흡착 리쿼의 순환은 영역(13.1)과 영역(13.2) 사이에 해당하는 흡착 구역의 순환 섹션에서 흡착 리쿼의 불가피한 역혼합 및 질량 흐름 증가를 발생시키고, 이는 이 구역의 이 섹션에서 이산화황의 제거를 위한 질량 이동 이득을 미미하게 상쇄할 수 있다. 바람직하게는, 따라서, 반송 영역(13.2)은 가스/액체 접촉 구역의 상부 아래에서 적어도 하나의 수송 유닛의 높이로 이격되어, 흡착 구역의 상부 아래에서 적어도 하나의 수송 유닛을 포함하는 이 구역의 정류 섹션을 획정한다. 바람직하게는, 정류 섹션은 적어도 2개의 수송 유닛을 포함한다. 반송 영역(13.2)이 인출 영역(13.1) 위에서 적어도 하나의 수송 유닛, 더 바람직하게는 적어도 2개의 수송 유닛의 높이로 이격되는 것이 또한 바람직하다. 반송 영역(13.2)과 인출 영역(13.1) 사이의 흡착 구역의 순환 섹션 및 반송 영역(13.2)과 흡착 구역의 상부 사이의 정류 섹션 둘 다에서 적절한 질량 이동 역량을 수용하기 위해, 흡착 구역은 전체로서 바람직하게는 적어도 3개, 더 바람직하게는 적어도 4개의 수송 유닛을 포함한다. 가스 및 액체 스트림 둘 다가 정류 섹션 내의 실질적인 플러그 흐름이므로, 질량 이동을 위한 최대 추진력이 이 섹션에 제공되어, 배출 가스 중의 이산화황 농도를 배출 기준을 만족시키는 수준으로 감소시킨다. 순환 액체 반송 영역(13.2)에 대한 위치의 적절한 선택은 영역(여기서, 이 영역으로부터 위로 흐르는 가스 내의 이산화황 수준은 수성 흡착 매질의 흡착 역량에 심각하게 부정적 효과를 갖는 정류 섹션에서의 흡착/반응 열을 생성하기에 충분히 높지 않음)의 선택 또는 정류 섹션에서의 질량 이동 추진력에 기초한다.
바람직하게는, 수착제가 테트라글라임인 경우, 냉각된 순환 흡착 리쿼가 가스/액체 접촉 구역으로 반송되는 영역(13.2)은 약 40℃ 이하, 더 바람직하게는 약 30℃ 이하, 가장 통상적으로 약 15℃ 내지 약 25℃의 온도에서 유지된다. 테트라글라임 시스템에서, 뜨거운 순환 흡착 리쿼가 가스/액체 접촉 구역으로부터 제거되는 영역(13.1)의 온도는 바람직하게는 약 45℃ 이하, 더 바람직하게는 35℃ 이하, 가장 통상적으로 약 15℃ 내지 약 30℃의 온도에서 유지된다. 당해 분야의 당업자는 상이한, 몇몇 경우에 실질적으로 상이한, 온도 범위가 다른 수착제에 대해 최적이라는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 수착제가 말산나트륨인 경우, 냉각된 순환 흡착 리쿼가 가스/액체 접촉 구역으로 반송된 영역(13.2)은 약 45℃ 이하, 더 바람직하게는 약 45℃ 이하, 가장 통상적으로 약 20℃ 내지 약 40℃의 온도에서 유지된다. 이 경우에, 뜨거운 순환 흡착 리쿼가 가스/액체 접촉 구역으로부터 제거되는 영역(13.1)의 온도는 바람직하게는 약 50℃ 이하, 더 바람직하게는 40℃ 이하, 가장 통상적으로 약 25℃ 내지 약 35℃의 온도에서 유지된다. 각각의 경우에, 영역(13.1)과 영역(13.2) 사이의 순환 속도는 이 온도 구속 및 흡착 공정의 유닛 에너지 생성에 의해 좌우된다.
편리하게는, 뜨거운 이산화황-농후 흡착 리쿼(17)의 전방 흐름 분획은 외부 열 교환기(80)의 상류의 순환 흡착 리쿼 스트림으로부터 인출되고 흡착 리쿼 스트리퍼(30)로 지향된다.
순환 흡착 리쿼 반송 영역(13.2)의 위치는 이산화황 흡착 구역에 대한 흡착 프로필에 기초하여 선택될 수 있다. 상이한 흡착 매질을 사용한 통상적인 프로필은 도 6에 예시되어 있다.
가스/액체 접촉 구역 내에서 공급 가스와 흡착 매질과의 접촉 시 흡착이 즉각적이고 실질적으로 정량적인 경우, 단일 흡착 리쿼 냉각 회로는 흡착 효율을 보존하고 흡착 리쿼의 용적측정 흐름을 흡착 리쿼 스트리퍼에서의 효과적인 에너지 이용과 일치하는 수준으로 제어하기에 대개는 충분하다. 그러나, 흡착 리쿼 스트리퍼의 효과적인 조작의 목적상 또한 바람직한 것처럼, 이산화황에 대한 수착제의 친화도가 더 제한되는 경우, 흡착 구역을 통한 이산화황 농도 구배, 즉 가스 스트림(및 액체 스트림) 중의 이산화황의 농도가 흡착 구역에 대한 가스 입구 위의 거리에 따라 감소하는 속도는 오직 보통일 수 있다. 이러한 상황에서, 흡착기 및 스트리퍼의 조작 시 더 높은 효율이 흡착(즉, 가스/액체 접촉) 구역 내의 가스 흐름 경로를 따라 수직으로 이격된 2개 이상의 냉각 루프에 의해 실현될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 예시된 바대로, 2개의 이러한 냉각 루프가 도시되어 있다. 제2 냉각 루프에서, 흡착기(11)의 뜨거운 이산화황-농후 흡착 리쿼 디캔팅 가스/액체 접촉 구역(13)의 제2 부분은 냉각된 순환 흡착 리쿼가 제1 냉각 루프 내의 가스/액체 접촉 구역으로 반송되는 영역(13.2) 위의 영역(13.3)으로부터 인출되고, 냉각 유체로의 전달에 의해 흡착 열이 제거되는 외부 열 교환기(81)를 통해 순환된다. 냉각된 흡착 리쿼는 뜨거운 흡착 리쿼가 인출되는 영역(13.3) 위에서 이격되지만, 가스/액체 접촉 구역의 상부 아래에 이격되는 가스/액체 접촉 구역의 영역(13.4) 내의 흡착기로 반송된다.
도 7은 이산화황이 수착제에 대한 오직 보통의 친화도를 가져, 이산화황 구배가 비교적 얕은 흡착기/스트리퍼 시스템의 조작을 예시한다. 도 7은, 각각의 경우에 상부, 즉 흡착 구역의 가스 출구로부터의 수송 유닛의 거리로 표시되는 이 구역에서의 위치의 함수로서의, 흡착 구역 내의 가스 스트림 중의 이산화황 농도 및 흡착 리쿼의 온도를 작도한 것이고, 시스템에 대한 상이한 곡선은 각각 냉각 루프를 갖지 않고, 1개의 냉각 루프를 갖고, 2개의 냉각 루프를 갖고, 3개의 냉각 루프를 갖는다. 1개, 2개 또는 3개의 냉각 루프의 효과에 대한 데이터는 하기 표 1에 또한 기재되어 있다.
Figure pct00001
도 7에 도시되고 표 1에 기재된 데이터는 흡착기가 15개의 단(실질적으로 수송 유닛에 해당)을 포함하는 이산화황 흡착 시스템으로부터의 데이터이다. 순환 흡착 리쿼가 냉각되는 각각의 경우에, 인출 영역이 단(15)이고 반송 영역이 단(13)인 적어도 하나의 루프가 존재하고, 즉 반송 영역은 흡착 구역의 하부로부터 실질적으로 2개의 수송 유닛의 높이로 이격되고 이 구역의 상부로부터 12개의 유닛의 높이로 이격된다. 제2 루프가 첨가될 때, 인출 영역은 단(10)이고 반송 영역은 단(8)이고, 제3 루프가 사용될 때, 인출 영역은 단(5)이고 반송 영역은 단(3)이다.
이 도면 및 표는 공정의 전체 에너지 효율에 기여하는 데 있어서의 하나 이상의 냉각 루프의 가치를 그래프상으로 예시한다. 표 1에 기재된 바대로, 1개의 냉각 루프는 냉각이 없는 조작과 비교하여 흡착 리쿼 스트리퍼에서의 스팀 사용량을 약 15% 감소시킨다. 2개의 냉각 루프를 갖는 조작은 냉각이 없는 조작과 비교하여 스팀 소모를 24% 감소시키고; 3개의 루프를 갖는 조작은 냉각이 없는 조작과 비교하여 스팀 소모를 25% 감소시킨다. 냉각 없이, 온도는 31℃의 최대에 도달한다. 최대 온도가 각각 1개, 2개 또는 3개의 냉각 회로의 도입으로 27℃, 22.5 및 19℃로 하강한다.
도 7 및 표 1에 조작이 반영된 시스템과 비교함으로써, 오직 단일 냉각 루프가 수착제로서 다양성자성 산, 예컨대, 말산나트륨을 사용하는 이산화황 흡착 공정에서 통상적으로 정당화된다.
도 5에 예시된 바와 같은 공정의 나머지는 도 1 또는 도 2를 참조하여 실질적으로 상기 기재된 방식으로 조작된다. 그러나, 본 발명에 따른 흡착기(11) 내에서 흡착 매질에서의 온도 상승을 제어하는 것이 스트리핑된 응축물로부터 생성된 1차 스트리퍼 가스 유출물 또는 스팀을 압축함으로써 스트리핑 스팀을 생성하기 위한 에너지원을 제공하는 것으로 독립적으로 실행될 수 있는 것으로 이해되어야 한다(즉, 상기 공정은 흡착 리쿼 스트리핑 칼럼(30)에 대한 에너지원으로서 전적으로 리보일러(37)에 따라 달라질 수 있다).
본 발명의 부재 또는 이의 바람직한 실시형태(들)를 도입할 때, 관사 "일", "하나" 및 "이"는 하나 이상의 부재가 존재하는 것을 의미하는 것으로 의도된다. 용어 "포함하는", "함유" 및 "갖는"은 포괄적인 것으로 의도되고 기재된 부재 이외의 추가의 부재가 존재할 수 있다는 것을 의미한다.
상기의 견지에서, 본 발명의 몇몇 목적이 성취되고 다른 유리한 결과가 얻어진다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 상기 조성 및 방법에 다양한 변화가 이루어질 수 있으므로, 상기 설명에 포함된 모든 사항은 예시이며 제한 의미가 아닌 것으로 해석되어야 하는 것으로 의도된다.

Claims (64)

  1. 오염물질-함유 소스 가스(source gas)로부터 오염물질 가스를 선택적으로 제거하고 회수하는 방법으로서,
    오염물질 가스 흡착기 내에서 상기 소스 가스를 포함하는 공급 가스 스트림을 상기 오염물질 가스에 대한 수착제(sorbent)를 포함하는 수성 흡착 매질과 접촉시킴으로써, 상기 공급 가스 스트림으로부터 상기 흡착 매질로 오염물질 가스를 흡착시켜 오염물질 가스가 제거된 배출 가스 및 오염물질-농후 흡착 리쿼(liquor)를 생성하는 단계;
    흡착 리쿼 스트리퍼(absorption liquor stripper) 내에서 상기 오염물질-농후 흡착 리쿼를 스트리핑 스팀과 접촉시켜 상기 오염물질-농후 흡착 리쿼로부터 상기 오염물질을 탈착시킴으로써 재생된 오염물질 흡착 매질과 수증기 및 오염물질 가스를 포함하는 1차 스트리퍼 가스 유출물(primary stripper gas effluent)을 생성하는 단계;
    상기 흡착 리쿼 스트리퍼의 액체 출구로부터 재생된 흡착 매질을 인출하고 상기 흡착 리쿼 스트리퍼의 증기 출구로부터 1차 스트리퍼 가스 유출물을 인출하는 단계;
    상기 1차 스트리퍼 가스 유출물을 압축하는 단계;
    1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서 상기 압축된 1차 스트리퍼 가스 유출물로부터 냉각 매질로의 간접 열 전달에 의해 상기 압축된 1차 스트리퍼 가스 유출물로부터 물을 응축하여 오염물질-함유 응축물을 생성하는 단계;
    응축물 스트리퍼 내에서 상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기를 빠져나온 오염물질-함유 응축물을 스팀과 접촉시켜 스트리핑된 응축물과 수증기 및 오염물질 가스를 포함하는 응축물 스트리퍼 가스 유출물을 생성하는 단계;
    상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서 상기 압축된 1차 스트리퍼 가스 유출물로부터 열이 전달된 상기 냉각 매질이 상기 스트리핑된 응축물의 적어도 일부를 포함함으로써, 상기 흡착 리쿼 스트리퍼의 액체 출구에서 상기 흡착 리쿼 스트리퍼 내의 압력을 초과하는 압력에서 상기 스트리핑된 응축물로부터 스팀을 생성하는 단계; 및
    상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서 스트리핑된 응축물로부터 생성된 스팀을, 오염물질-농후 흡착 리쿼와 접촉시켜 해당 오염물질-농후 흡착 리쿼로부터 오염물질을 탈착시키기 위한 스트리핑 스팀으로서 상기 흡착 리쿼 스트리퍼로 도입하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흡착 리쿼 스트리퍼는 수직 증기/액체 접촉 구역을 포함하는 칼럼을 포함하고, 상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기에서 생성된 스팀은 상기 증기/액체 구역의 하부에서 도입되며, 오염물질-농후 흡착 리쿼는 상기 증기/액체 구역의 상부에서 도입되는 것인 방법.
  3. 제2항에 있어서, 1차 스트리퍼 가스 유출물은 상기 증기/액체 접촉 구역의 상부에서 상기 흡착 리쿼 스트리퍼의 증기 출구로부터 인출되고, 재생된 오염물질 흡착 매질은 상기 증기/액체 접촉 구역의 하부에서 상기 흡착 리쿼 스트리퍼의 액체 출구로부터 인출되는 것인 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서 스트리핑된 응축물로부터 생성된 스팀은 상기 흡착 리쿼 스트리퍼의 증기/액체 접촉 구역의 하부로 도입되고, 상기 스팀의 적어도 일부는 액상을 가열하도록 상기 증기/액체 접촉 구역 내에서 응축하여, 액상에서의 평형 오염물질 농도를 감소시키고 기상으로의 오염물질의 수송을 위한 추진력을 증대시키는 것인 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 리보일러를 통해 상기 흡착 리쿼 스트리퍼로부터 인출된 재생된 흡착 매질의 일부를 순환시키는 단계를 더 포함하고, 상기 리보일러에서 상기 재생된 흡착 매질은 외인성 소스로부터의 스팀에 의해 가열되는 것인 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기로부터 상기 흡착 리쿼 스트리퍼로 도입된 스팀의 온도는, 상기 증기/액체 접촉 구역의 하부에서 또는 상기 흡착 리쿼 스트리퍼의 액체 출구에서 상기 흡착 리쿼 스트리퍼 내의 상기 액상의 온도보다 약 5℃ 내지 약 10℃ 이하로 높은 것인 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기로부터 상기 흡착 리쿼 스트리퍼로 도입된 스팀의 온도는, 상기 증기/액체 접촉 구역의 하부에서 또는 상기 흡착 리쿼 스트리퍼의 액체 출구에서 상기 흡착 리쿼 스트리퍼 내의 상기 액상의 온도와 같거나 이보다 낮은 것인 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기로부터 상기 흡착 리쿼 스트리퍼로 도입된 스팀의 온도는, 상기 흡착 리쿼 스트리퍼의 액체 출구에서의 상기 흡착 리쿼 스트리퍼 내의 액상의 온도로부터 또는 상기 증기/액체 접촉 구역의 하부에서의 액상의 온도로부터 약 ±10℃ 이하로 변하는 것인 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내의 로그 평균 온도차(Δt)는 약 10℃, 약 8℃, 약 6℃ 또는 약 5℃ 이하인 것인 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내의 로그 평균 온도차(Δt)는 약 1.5℃, 약 2℃, 약 3℃, 약 4℃ 또는 약 5℃ 이상인 것인 방법.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내의 로그 평균 온도차(Δt)는 약 1.5℃ 내지 약 10℃ 또는 약 2℃ 내지 약 9℃ 또는 약 2.5℃ 내지 약 8℃인 것인 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡착 리쿼 스트리퍼를 빠져나온 1차 스트리퍼 가스 유출물의 압력은 약 40 및 약 170㎪(절대)인 것인 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡착 리쿼 스트리퍼로부터의 1차 스트리퍼 가스 유출물의 압축은 해당 가스 유출물의 압력을 약 30 내지 약 65㎪ 증가시키는 것인 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡착 리쿼 스트리퍼로부터의 1차 스트리퍼 가스 유출물은 스팀-제트 이젝터(steam-jet ejector)를 통과함으로써 압축되고, 상기 압축된 1차 스트리퍼 가스는 상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기로 도입되는 것인 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 최종 스트리퍼 가스는 해당 최종 스트리퍼 가스 내에 포함된 수증기의 응축을 위해 트림 응축기(trim condenser)를 통과하고, 상기 최종 스트리퍼 가스는 상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기로부터의 배기 가스와 스트림 조합 응축물 스트리퍼 가스 유출물을 포함하는 것인 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 트림 응축기로부터의 응축물은 상기 응축물 스트리퍼로 반송되는 것인 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 응축물 스트리퍼로부터의 스트리핑된 응축물은 분할되어 (ⅰ) 상기 1차 스트리퍼 가스 유출물로부터 물을 응축하고 상기 흡착 리쿼 스트리퍼로 도입하기 위한 스팀을 생성하기 위한 냉각 매질로서 상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기로 지향되는 응축물 스트림; 및 (ⅱ) 상기 방법으로부터의 물의 제거를 위한 배출 물 스트림을 제공하는 것인 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 배출 물 스트림의 적어도 일부는 공급 가스 흐름과 관련하여 상기 오염물질 가스 흡착기의 상류에서의 포화장치 내의 상기 공급 가스 스트림 또는 상기 오염물질-함유 소스 가스와 접촉하여, 상기 오염물질 가스 흡착기에 진입하는 공급 가스 스트림의 습도를 증가시키는 것인 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 포화장치를 빠져나온 물 스트림은 상기 방법으로부터 제거되는 것인 방법.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 재생된 수성 흡착 매질은 상기 공급 가스 스트림의 추가의 흐름으로부터의 오염물질의 추가의 흡착을 위해 상기 오염물질 가스 흡착기로 재순환되는 것인 방법.
  21. 제20항에 있어서, 재순환된 재생된 수성 흡착 매질은 상기 흡착 리쿼 스트리퍼로부터 상기 오염물질 가스 흡착기로의 재순환 과정에서 흡착 리쿼 상호교환기를 통과하고, 오염물질-농후 흡착 리쿼는 상기 오염물질 가스 흡착기로부터 상기 흡착 리쿼 스트리퍼로의 수송 과정에서 상기 상호교환기를 통과하며, 상기 상호교환기 내에서 재생된 흡착 매질로부터 오염물질-농후 흡착 리쿼로 열이 전달되는 것인 방법.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 오염물질 가스가 제거된 배출 가스는 상기 오염물질 가스 흡착기를 빠져나오고 오염물질 가스 트림 냉각기를 통과하여, 최종 스트리퍼 가스 유출물로부터 상기 배출 가스로 열이 전달되고, 상기 최종 스트리퍼 가스 유출물은 상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기로부터의 배기 가스 및 스트림 조합 응축물 스트리퍼 가스 유출물을 포함하는 것인 방법.
  23. 제16항에 종속하는 제22항에 있어서, 상기 오염물질 가스 트림 냉각기는 상기 최종 스트리퍼 가스 유출물의 흐름과 관련하여 상기 트림 응축기의 상류에 있는 것인 방법.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 오염물질 가스-농후 흡착 리쿼는 상기 오염물질 가스 흡착기와 외부 열 교환기 사이에서 순환되어, 흡착 열이 냉각 유체로의 전달에 의해 제거되는 것인 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 오염물질 가스 흡착기는 수직 향류 가스/액체 접촉 구역을 포함하는 칼럼을 포함하고, 상기 공급 가스 스트림은 상기 가스/액체 접촉 구역의 하부에서 도입되며, 상기 오염물질 가스 흡착 매질은 상기 가스/액체 접촉 구역의 상부에서 도입되고, 상기 배출 가스는 상기 가스/액체 접촉 구역의 상부로부터 제거되며, 오염물질-농후 흡착 리쿼는 상기 가스/액체 접촉 구역의 하부로부터 제거되는 것인 방법.
  26. 제25항에 있어서, 뜨거운 순환 흡착 리쿼는 상기 냉각된 순환 흡착 리쿼가 상기 가스/액체 접촉 구역으로 반송되는 영역 아래에서 이격된 영역에서 상기 가스/액체 접촉 구역으로부터 제거되는 것인 방법.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 가스/액체 접촉 구역은 복수의 수송 유닛을 포함하고, 상기 냉각된 순환 흡착 리쿼는 상기 가스/액체 접촉 구역의 상부 아래에서 적어도 하나의 수송 유닛의 높이로 이격된 영역에서 상기 가스/액체 접촉 구역으로 반송되는 것인 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 냉각된 순환 흡착 리쿼는 상기 가스/액체 접촉 구역의 상부 아래에서 적어도 2개의 수송 유닛 또는 상기 가스/액체 접촉 구역의 상부 아래에서 적어도 3개의 수송 유닛의 높이로 이격된 영역에서 상기 가스/액체 접촉 구역으로 반송되는 것인 방법.
  29. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 뜨거운 순환 흡착 리쿼는 상기 냉각된 순환 흡착 리쿼가 상기 가스/액체 접촉 구역으로 반송되는 영역 아래에서 적어도 하나의 수송 유닛의 높이로 이격된 영역에서 상기 가스/액체 접촉 구역으로부터 제거되는 것인 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 뜨거운 순환 흡착 리쿼는 상기 냉각된 순환 흡착 리쿼가 상기 가스/액체 접촉 구역으로 반송되는 영역 아래에서 적어도 2개의 수송 유닛의 높이로 이격된 영역에서 상기 가스/액체 접촉 구역으로부터 제거되는 것인 방법.
  31. 제29항 또는 제30항에 있어서, 상기 뜨거운 순환 흡착 리쿼는 상기 가스/액체 접촉 구역의 하부로부터 실질적으로 제거되는 것인 방법.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오염물질 가스는 SO2, CO2, NOx, H2S, HCl 및 암모니아로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  33. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오염물질 가스는 산 가스를 포함하는 것인 방법.
  34. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오염물질 가스는 이산화황을 포함하는 것인 방법.
  35. 제24항 또는 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 가스 스트림의 오염물질 가스 함량은 적어도 약 4용적% 또는 적어도 약 5용적% 또는 적어도 약 10용적% 또는 적어도 약 15용적% 또는 적어도 약 20용적% 또는 적어도 약 30용적%인 것인 방법.
  36. 제35항에 있어서, 상기 냉각된 순환 흡착 리쿼는 약 40℃ 이하의 온도에서 상기 가스/액체 접촉 구역으로 반송되는 것인 방법.
  37. 제35항 또는 제36에 있어서, 상기 뜨거운 순환 흡착 리쿼는 약 50℃ 이하의 온도에서 상기 가스/액체 접촉 구역으로부터 제거되는 것인 방법.
  38. 제37항에 있어서, 뜨거운 순환 흡착 리쿼는 약 25℃ 내지 약 35℃의 온도에서 상기 가스/액체 접촉 구역으로부터 제거되는 것인 방법.
  39. 제24항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 오염물질-농후 흡착 리쿼의 전방 흐름 분획은 상기 외부 열 교환기의 상류에서 상기 오염물질 가스 흡착기로부터 인출되고, 상기 전방 흐름 분획은 상기 흡착 리쿼 스트리퍼로 도입되는 것인 방법.
  40. 오염물질-함유 소스 가스로부터 오염물질 가스를 선택적으로 제거하고 회수하는 방법으로서,
    오염물질 흡착기 내에서 상기 소스 가스를 포함하는 공급 가스 스트림을 상기 오염물질 가스에 대한 수착제를 포함하는 수성 흡착 매질과 접촉시킴으로써, 상기 공급 가스 스트림으로부터 상기 흡착 매질로 오염물질을 흡착시켜 오염물질이 제거된 배출 가스 및 오염물질-농후 흡착 리쿼를 생성하는 단계;
    흡착 리쿼 스트리퍼 내에서 상기 오염물질-농후 흡착 리쿼를 스트리핑 스팀과 접촉시켜 상기 오염물질-농후 흡착 리쿼로부터 상기 오염물질을 탈착시킴으로써 재생된 오염물질 흡착 매질과 수증기 및 오염물질 가스를 포함하는 1차 스트리퍼 가스 유출물을 생성하는 단계;
    상기 흡착 리쿼 스트리퍼의 액체 출구로부터 재생된 흡착 매질을 인출하고 상기 흡착 리쿼 스트리퍼의 증기 출구로부터 1차 스트리퍼 가스 유출물을 인출하는 단계;
    1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서 상기 1차 스트리퍼 가스 유출물로부터 냉각 매질로의 간접 열 전달에 의해 상기 1차 스트리퍼 가스 유출물로부터 물을 응축하여 오염물질-함유 응축물을 생성하는 단계;
    응축물 스트리퍼 내에서 상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기를 빠져나온 오염물질-함유 응축물을 스팀과 접촉시켜 스트리핑된 응축물과 수증기 및 오염물질 가스를 포함하는 응축물 스트리퍼 가스 유출물을 생성하는 단계;
    상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서 상기 1차 스트리퍼 가스 유출물로부터 열이 전달된 상기 냉각 매질이 상기 스트리핑된 응축물의 적어도 일부를 포함함으로써, 상기 스트리핑된 응축물로부터 스팀을 생성하는 단계;
    상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서 스트리핑된 응축물로부터 생성된 스팀을 상기 흡착 리쿼 스트리퍼의 액체 출구에서 상기 흡착 리쿼 스트리퍼 내의 압력을 초과하는 압력에서 압축하는 단계; 및
    상기 압축된 스팀을, 오염물질-농후 흡착 리쿼와 접촉시켜 해당 오염물질-농후 흡착 리쿼로부터 오염물질을 탈착시키기 위한 스트리핑 스팀으로서 상기 흡착 리쿼 스트리퍼로 도입하는 단계를 포함하는 방법.
  41. 오염물질-함유 소스 가스로부터 오염물질 가스를 선택적으로 제거하고 회수하는 방법으로서,
    오염물질 흡착기 내에서 상기 소스 가스를 포함하는 공급 가스 스트림을 상기 오염물질 가스에 대한 수착제를 포함하는 수성 흡착 매질과 접촉시킴으로써, 상기 공급 가스 스트림으로부터 상기 흡착 매질로 오염물질을 흡착시켜 오염물질이 제거된 배출 가스 및 오염물질-농후 흡착 리쿼를 생성하는 단계;
    흡착 리쿼 스트리퍼 내에서 상기 오염물질-농후 흡착 리쿼를 스트리핑 스팀과 접촉시켜 상기 오염물질-농후 흡착 리쿼로부터 상기 오염물질을 탈착시킴으로써 재생된 오염물질 흡착 매질과 수증기 및 오염물질 가스를 포함하는 1차 스트리퍼 가스 유출물을 생성하는 단계;
    상기 흡착 리쿼 스트리퍼의 액체 출구로부터 재생된 흡착 매질을 인출하고 상기 흡착 리쿼 스트리퍼의 증기 출구로부터 1차 스트리퍼 가스 유출물을 인출하는 단계;
    1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서 상기 1차 스트리퍼 가스 유출물로부터 냉각 매질로의 간접 열 전달에 의해 상기 1차 스트리퍼 가스 유출물로부터 물을 응축하여 오염물질-함유 응축물을 생성하는 단계;
    응축물 스트리퍼 내에서 상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기를 빠져나온 오염물질-함유 응축물을 스팀과 접촉시켜 스트리핑된 응축물과 수증기 및 오염물질 가스를 포함하는 응축물 스트리퍼 가스 유출물을 생성하는 단계;
    상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서 상기 1차 스트리퍼 가스 유출물로부터 열이 전달된 상기 냉각 매질이 상기 스트리핑된 응축물의 적어도 일부를 포함함으로써, 상기 스트리핑된 응축물로부터 스팀을 생성하는 단계; 및
    상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서 스트리핑된 응축물로부터 생성된 스팀을, 오염물질-농후 흡착 리쿼와 접촉시켜 해당 오염물질-농후 흡착 리쿼로부터 오염물질을 탈착시키기 위한 스트리핑 스팀으로서 상기 흡착 리쿼 스트리퍼로 도입하는 단계를 포함하는 방법.
  42. 제41항에 있어서, 스팀이, 상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서, 상기 가스 냉각기/응축기 내에서 1차 스트리퍼 가스로부터 수증기가 응축하는 온도에서 물 포화 압력보다 낮은 압력에서 생성되는 것인 방법.
  43. 제41항 또는 제42항에 있어서, 스팀이, 상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서, 상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서의 1차 스트리퍼 가스의 압력보다 낮은 압력에서 생성되는 것인 방법.
  44. 제41항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1차 스트리퍼 가스는 상기 흡착기의 가스 출구와 상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기의 가스 입구 사이의 흐름 동안 압축되는 것인 방법.
  45. 제41항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기/응축기 내에서 생성된 스팀은 상기 1차 스트리퍼 가스 냉각기의 스팀 출구와 상기 흡착 리쿼 스트리퍼의 스팀 입구 사이의 흐름 동안 압축되는 것인 방법.
  46. 오염물질-함유 소스 가스로부터 오염물질 가스를 제거하는 방법으로서,
    오염물질 가스 흡착기 내에서 상기 소스 가스를 포함하는 공급 가스 스트림을 상기 오염물질 가스에 대한 수착제를 포함하는 수성 흡착 매질과 접촉시킴으로써, 상기 공급 가스 스트림으로부터 상기 흡착 매질로 오염물질 가스를 흡착시켜 오염물질 가스가 제거된 배출 가스 및 오염물질-농후 흡착 리쿼를 생성하는 단계; 및
    상기 흡착기와 열 교환기 사이에서 상기 오염물질 가스-농후 흡착 리쿼의 적어도 일부를 순환시키고, 상기 열 교환기에서 흡착 열은 냉각 유체로의 전달에 의해 제거되는 단계를 포함하는 방법.
  47. 제46항에 있어서, 상기 흡착 리쿼는 상기 흡착기와 외부 열 교환기 사이에서 순환되고, 상기 외부 열 교환기에서 흡착 열은 냉각 매질로의 전달에 의해 제거되는 것인 방법.
  48. 제46항 또는 제47항에 있어서, 상기 오염물질 가스 흡착기는 수직 향류 가스/액체 접촉 구역을 포함하는 칼럼을 포함하고, 상기 공급 가스 스트림은 상기 가스/액체 접촉 구역의 하부에서 도입되며, 상기 오염물질 가스 흡착 매질은 상기 가스/액체 접촉 구역의 상부에서 도입되고, 상기 배출 가스는 상기 가스/액체 접촉 구역의 상부로부터 제거되며, 오염물질-농후 흡착 리쿼는 상기 가스/액체 접촉 구역의 하부로부터 제거되는 것인 방법.
  49. 제48항에 있어서, 뜨거운 순환 흡착 리쿼는 상기 냉각된 순환 흡착 리쿼가 상기 가스/액체 접촉 구역으로 반송되는 영역 아래에서 이격된 영역에서 상기 가스/액체 접촉 구역으로부터 제거되는 것인 방법.
  50. 제48항 또는 제49항에 있어서, 상기 가스/액체 접촉 구역은 복수의 수송 유닛을 포함하고, 상기 냉각된 순환 흡착 리쿼는 상기 가스/액체 접촉 구역의 상부 아래에서 적어도 하나의 수송 유닛의 높이로 이격된 영역에서 상기 가스/액체 접촉 구역으로 반송되는 것인 방법.
  51. 제50항에 있어서, 상기 냉각된 순환 흡착 리쿼는 상기 가스/액체 접촉 구역의 상부 아래에서 적어도 2개의 수송 유닛 또는 상기 가스/액체 접촉 구역의 상부 아래에서 적어도 3개의 수송 유닛의 높이로 이격된 영역에서 상기 가스/액체 접촉 구역으로 반송되는 것인 방법.
  52. 제50항 또는 제51항에 있어서, 상기 뜨거운 순환 흡착 리쿼는 상기 냉각된 순환 흡착 리쿼가 상기 가스/액체 접촉 구역으로 반송되는 영역 아래에서 적어도 하나의 수송 유닛의 높이로 이격된 영역에서 상기 가스/액체 접촉 구역으로부터 제거되는 것인 방법.
  53. 제52항에 있어서, 상기 뜨거운 순환 흡착 리쿼는 상기 냉각된 순환 흡착 리쿼가 상기 가스/액체 접촉 구역으로 반송되는 영역 아래에서 적어도 2개의 수송 유닛의 높이로 이격된 영역에서 상기 가스/액체 접촉 구역으로부터 제거되는 것인 방법.
  54. 제53항에 있어서, 상기 뜨거운 순환 흡착 리쿼는 상기 냉각된 순환 흡착 리쿼가 상기 가스/액체 접촉 구역으로 반송되는 영역 아래에서 적어도 3개의 수송 유닛의 높이로 이격된 영역에서 상기 가스/액체 접촉 구역으로부터 제거되는 것인 방법.
  55. 제52항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 뜨거운 순환 흡착 리쿼는 상기 가스/액체 접촉 구역의 하부로부터 실질적으로 제거되는 것인 방법.
  56. 제46항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오염물질 가스는 SO2, CO2, NOx, H2S, HCl 및 암모니아로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  57. 제46항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오염물질 가스는 산 가스를 포함하는 것인 방법.
  58. 제46항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오염물질 가스는 이산화황을 포함하는 것인 방법.
  59. 제46항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 가스 스트림의 오염물질 가스 함량은 적어도 약 4용적% 또는 적어도 약 5용적% 또는 적어도 약 10용적% 또는 적어도 약 15용적% 또는 적어도 약 20용적% 또는 적어도 약 30용적%인 것인 방법.
  60. 제49항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각된 순환 흡착 리쿼는 약 40℃ 이하의 온도에서 상기 가스/액체 접촉 구역으로 반송되는 것인 방법.
  61. 제49항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 뜨거운 순환 흡착 리쿼는 약 50℃ 이하의 온도에서 상기 가스/액체 접촉 구역으로부터 제거되는 것인 방법.
  62. 제49항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서, 뜨거운 순환 흡착 리쿼는 약 25℃ 내지 약 35℃의 온도에서 상기 가스/액체 접촉 구역으로부터 제거되는 것인 방법.
  63. 제46항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서,
    흡착 리쿼 스트리퍼 내에서 상기 오염물질-농후 흡착 리쿼를 스트리핑 스팀과 접촉시켜 상기 오염물질-농후 흡착 리쿼로부터 상기 오염물질을 탈착시킴으로써 재생된 오염물질 흡착 매질과 수증기 및 오염물질 가스를 포함하는 1차 스트리퍼 가스 유출물을 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  64. 제63항에 있어서, 오염물질-농후 흡착 리쿼의 전방 흐름 분획은 상기 외부 열 교환기의 상류에서 상기 오염물질 가스 흡착기로부터 인출되고, 상기 전방 흐름 분획은 상기 흡착 리쿼 스트리퍼로 도입되는 것인 방법.
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