KR20160035790A - 탈거탑 리보일러의 응축수 에너지를 재활용한 이산화탄소 포집 장치 - Google Patents

탈거탑 리보일러의 응축수 에너지를 재활용한 이산화탄소 포집 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20160035790A
KR20160035790A KR1020140127545A KR20140127545A KR20160035790A KR 20160035790 A KR20160035790 A KR 20160035790A KR 1020140127545 A KR1020140127545 A KR 1020140127545A KR 20140127545 A KR20140127545 A KR 20140127545A KR 20160035790 A KR20160035790 A KR 20160035790A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon dioxide
steam
reboiler
gas
absorbent
Prior art date
Application number
KR1020140127545A
Other languages
English (en)
Inventor
심재구
장경룡
이인영
이지현
장세규
이동욱
곽노상
김태현
Original Assignee
한국전력공사
한국서부발전 주식회사
한국중부발전(주)
한국남부발전 주식회사
한국남동발전 주식회사
한국동서발전(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전력공사, 한국서부발전 주식회사, 한국중부발전(주), 한국남부발전 주식회사, 한국남동발전 주식회사, 한국동서발전(주) filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020140127545A priority Critical patent/KR20160035790A/ko
Publication of KR20160035790A publication Critical patent/KR20160035790A/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456Removing acid components
    • B01D53/1475Removing carbon dioxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/62Carbon oxides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/50Carbon oxides
    • B01D2257/504Carbon dioxide
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

본 발명은 혼합가스로부터 이산화탄소를 분리 회수하기 위한 장치에 관한 것으로, 흡수탑에 유입되는 배가스의 이산화탄소와 결합한 흡수제(리치아민)를 탈거탑으로 공급하여 리보일러에서 스팀을 통한 이산화탄소와 흡수제를 분리하는 공정에서 스팀 응축수의 에너지를 기계적 증기 재압축기를 통해 재활용하여 공정 효율을 향상 시키는 공정흐름을 제안한다. 주요 공정흐름은 리보일러에서 나오는 스팀 응축수(1~5 atm, 100~150 ℃)를 플래시 드럼을 통해 기체와 액체로 분리하여 기체만을 기계적 증기 재압축기로 바로 공급하고, 액체는 탈거탑 상부 가스(90~110 ℃)와 열교환하여 승온하고 플래시 드럼에서 분리된 기체와 혼합되어 최종적으로 스팀 응축수 전체를 기화하여 기계적 증기 재압축기를 통해 가압하여 리보일러 스팀으로 재공급함을 특징으로 한다. 이를 통해 기존에 탈거탑 상부 가스에 냉각을 위해 사용되는 냉각수 사용량을 현저히 감소시킬 수 있다. 그리고 스팀 응축수를 기계적 증기 재압축기를 통해 리보일러로 재공급함으로써 리보일러에서 사용하는 스팀 소모량을 획기적으로 줄일 수 있다.

Description

탈거탑 리보일러의 응축수 에너지를 재활용한 이산화탄소 포집 장치{Carbon dioxide capture device using stripper steam condensing water of reboiler for recovery tower}
본 발명의 일 실시예는 탈거탑 리보일러의 응축수 에너지를 재활용한 이산화탄소 포집 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예는 혼합가스(배가스) 중 이산화탄소 포집을 위한 아민계, 아미노산염계, 무기염계 용액 또는 암모니아수 등을 단독 혹은 혼합한 흡수제를 사용하는 흡수 및 탈거 공정에 관한 것으로, 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 탈거탑으로 공급하여 리보일러에서 스팀을 통한 이산화탄소와 흡수제를 분리하는 공정에서, 리보일러에서 나오는 스팀 응축수(1~5 atm, 100~150 ℃)를 플래시 드럼(Flash drum)을 통해 기체와 액체로 분리하여, 기체만을 기계적 증기 재압축기(MVR;Mechanical Vapor Recompressor)로 바로 공급하고, 액체는 탈거탑 상부 가스(90~110 ℃)와 열교환하여 승온하며, 플래시 드럼에서 분리된 기체와 혼합하여 최종적으로 스팀 응축수 전체를 기화하여 기계적 증기 재압축기를 통해 가압하여 리보일러 스팀으로 재공급하는 이산화탄소 포집 장치에 관한 것이다.
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.
화력 발전소 등 연소 설비에서 발생하는 산성가스인 이산화탄소를 제거하기 위하여 사용되는 흡수제를 이용한 화학적 흡수 방법은 높은 효율과 안정적인 기술로 가장 많이 연구되고 있다. 이산화탄소를 포집하기 위한 아민계 포집 공정은 화학적 흡수 기술의 일종으로 석유 화학 공정 중 개질 공정에서 적용된 바 있는 기술적 신뢰성이 확보된 기술이나 석유 화학 공정 가스가 아닌 연소 배가스에 적용하기 위해서는 공정의 개선이 필요한 분리 기술이다.
화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소 흡수 및 탈거 공정에 대한 흐름도는 도 1과 같다. 냉각된 배가스(1')는 통상적으로 40~60 ℃의 온도에서 흡수제(2')와 접촉되며, 이산화탄소는 흡수제 내의 화학적 흡수제와 결합한 다음, 흡수탑(8')으로부터 배출된다. 출구 가스의 이산화탄소의 농도는 흡수제에서의 화학적 반응으로 감소시킬 수 있지만, 낮은 출구 이산화탄소 농도를 유지하기 위해서는 흡수탑이 높아져야 한다. 화학적 결합에 의해 이산화탄소를 흡수한 흡수제(4')는 열교환기(9')를 거쳐 가열되어 탈거탑(10')의 상부로 주입된다. 흡수제의 재생은 높은 온도(110-150 ℃) 및 대기압 정도의 압력에서 탈거탑에서 수행된다. 재생 조건을 유지하기 위하여 열이 리보일러(11')로 공급되며 이 과정에서 열에너지가 소모된다. 공급되는 에너지는 흡수제에서 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시키고 탈거된 이산화탄소와 수증기의 혼합가스(5')는 응축되어 리플럭스 드럼(Refux drum)(6')에서 회수되어 탈거탑(10')로 다시 공급된다. 이산화탄소가 탈거된 흡수제(2')는 열교환기(9')를 거쳐 흡수탑 수준의 온도로 낮추어 흡수탑으로 펌프에 의해 이송된다.
상기한 이산화탄소 흡수 및 탈거 공정에서 흡수제의 재생을 위해 많은 에너지가 소모되므로 재생 에너지를 줄이기 위한 흡수제와 관련 공정의 개발이 절실히 요구되고 있다. 특히 탈거 공정의 장치 및 흐름을 최적화하여 가장 경제적인 이산화탄소 흡수 효율을 얻고 자 하는 연구가 많은 연구자에 의해 연구되고 있다.
본 발명의 일 실시예는 탈거탑 리보일러의 응축수 에너지를 재활용한 이산화탄소 포집 장치를 제공한다.
이산화탄소 흡수 및 탈거 공정에서 흡수제의 재생을 위한 많은 에너지가 소모되므로 재생 에너지를 줄이기 위한 공정의 개발이 요구되고 있다. 그러나 상기 종래의 기술은 탈거탑 리보일러에서 사용하는 스팀의 응축수를 대기 방류 또는 복수기로 단순 공급하여 효율 저하 및 회수 가능한 에너지의 낭비를 초래하여 흡수제 재생을 위한 에너지를 많이 소비하고 있다. 또한 탈거탑 상부에서 나오는 90~110 ℃의 기체(CO2, H2O)를 냉각하여 CO2만을 생산하기 위해 과량의 냉각수가 사용되고 있다.
본 발명에서는 이산화탄소와 결합한 흡수제(리치아민)를 탈거탑으로 공급하여 리보일러에서 스팀을 통한 이산화탄소와 흡수제를 분리하는 공정에서 스팀 응축수의 에너지를 기계적 증기 재압축기를 통해 재활용하여 공정 효율을 향상 시키는 공정 흐름을 제안한다. 주요 공정 흐름은 리보일러에서 나오는 스팀 응축수(1~5 atm, 100~150 ℃)를 플래시 드럼을 통해 기체와 액체로 분리하여 기체만을 기계적 증기 재압축기로 바로 공급하고, 액체는 탈거탑 상부 가스(90~110 ℃)와 열교환하여 승온하고 플래시 드럼에서 분리된 기체와 혼합하어 최종적으로 스팀 응축수 전체를 기화하여 기계적 증기 재압축기를 통해 가압하여 리보일러 스팀으로 재공급한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 흡수액을 이용하여 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑과, 상기 흡수액으로부터 이산화탄소를 탈거하는 탈거탑으로 이루어진 이산화탄소 포집 장치에 있어서, 상기 흡수제로부터 이산화탄소를 탈거하기 위해 상기 탈거탑에 스팀을 제공하는 리보일러; 상기 리보일러로부터 배출된 스팀 응축수를 기체와 액체로 분리하는 플래시 드럼; 및 상기 플래시 드럼으로부터 배출된 기체를 스팀으로 재가압하여 상기 리보일러에 공급하는 기계적 증기 재압축기를 포함한다.
상기 플래시 드럼으로부터 배출된 액체를 탈거탑 상부 가스와 열교환하여 온도를 높여 기체로 만드는 열교환기를 더 포함한다. 상기 열교환기를 통과한 기체는 상기 기계적 증기 재압축기에 제공된다.
상기 리보일러에서 배출된 스팀 응축수는 압력이 1~5 atm이고, 온도가 100~150 ℃이다. 상기 탈거탑 상부 가스의 온도는 90~110 ℃이다. 상기 플래시 드럽은 운전 압력이 1 atm보다 작다.
상기 흡수제는 아민계, 아미노산염, 무기염계 용액 및 암모니아수로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 또는 그 혼합물일 수 있다.
이와 같이 하여, 기존에 탈거탑 상부 가스에 냉각을 위해 사용되는 냉각수 사용량을 현저히 감소시킬 수 있다. 그리고 스팀 응축수를 기계적 증기 재압축기를 통해 리보일러로 재공급함으로써, 리보일러에서 사용하는 스팀 소모량을 획기적으로 줄일 수 있다. 예를 들면 10 MW급(200 ton CO2/day) 이산화탄소 포집 장치에 사용되는 탈거탑 상부 가스 냉각에 사용되는 냉각수 사용량을 415.7 ton/hr에서 69.5 ton/hr로 줄일 수 있고 스팀 응축수를 재증기화하여 리보일러에 재공급함으로써 전체 스팀사용량(14.26 ton/hr)의 65 %(약 9.35 ton/hr)를 줄일 수 있다.
본 발명은 혼합가스로부터 이산화탄소를 분리 회수하기 위한 공정에 관한 것으로, 흡수탑에 유입되는 배가스의 이산화탄소와 결합한 흡수제(리치아민)를 탈거탑으로 공급하여 리보일러에서 스팀을 통한 이산화탄소와 흡수제를 분리하는 공정에서 스팀 응축수의 에너지를 기계적 증기 재압축기를 통해 재활용하여 공정 효율을 향상시키는 공정 흐름을 제안한다. 본 발명을 통해 보편적인 아민 흡수제의 이산화탄소 분리 회수 시스템보다 재생 에너지 사용량 및 탈염수 사용량을 획기적으로 줄일 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 이산화탄소 포집 장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈거탑 리보일러의 응축수 에너지를 재활용한 이산화탄소 포집 장치를 도시한 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 탈거탑 리보일러의 응축수 에너지를 재활용한 이산화탄소 포집 장치가 도시되어 있다.
본 발명에 따른 이산화탄소 포집 장치 및 그 구동 방법은 흡수탑(8)에서 흡수제와 혼합가스(배가스)(1)를 접촉하여 이산화탄소를 포집하고 탈거탑(10)으로 공급하여 리보일러(11)에 스팀을 통한 이산화탄소와 흡수제를 분리하는 공정에서, 리보일러(11)에서 나오는 스팀 응축수(1~5 atm, 100~150 ℃)를 플래시 드럼(12)을 통해 기체와 액체로 분리하여, 기체만을 기계적 증기 재압축기(13)로 바로 공급하고, 액체(14)는 열교환기(16)를 이용하여 탈거탑 상부가스(5)와 열교환하여 승온하고 플래시 드럼(12)에서 분리된 기체(15)와 혼합하여 최종적으로 스팀 응축수 전체를 기화하여 기계적 증기 재압축기(13)을 통해 가압하여 리보일러 스팀으로 재공급한다.
도면중 미설명 부호 2는 탈거탑(10)으로부터 배출되는 이산화탄소가 탈거된 즉, 재생된 흡수제(린아민)를 의미하고, 미설명 부호 3은 흡수탑으로부터 배출되는 이산화탄소가 제거된 배가스를 의미한다.
또한, 미설명 부호 4는 흡수탑(8)으로부터 배출되는 이산환탄소가 포화된 흡수제(리치아민)를 의미하고, 6은 흡수제로부터 제거되어 리플럭스 드럼으로부터 배출되는 이산화탄소를 의미한다.
또한, 미설명 부호 7은 리플럭스 드럼에서 배출되는 응축수를 의미하고, 미설명 보호 9는 린-리치아민 열교환기이다.
또한, 본 발명은 혼합가스로부터 이산화탄소를 분리 회수하기 위한 공정에 관한 것으로, 흡수탑(8)에 유입되는 배가스(1)의 이산화탄소와 결합한 흡수제(4)를 탈거탑(10)으로 공급하여 리보일러(11)에서 스팀을 통한 이산화탄소와 흡수제를 분리하는 공정에서 스팀 응축수의 에너지를 기계적 증기 재압축기(13)를 통해 재활용하여 공정 효율을 향상시키는 공정 흐름을 제안한다. 주요 공정 흐름은 리보일러(11)에서 나오는 스팀 응축수(1~5 atm, 100~150 ℃)를 플래시 드럼(12)을 통해 기체와 액체로 분리하여 기체(15)만을 기계적 증기 재압축기(13)로 바로 공급하고, 액체(14)는 탈거탑(10)의 상부 가스(5)(90~110℃)와 열교환기(16)로 열교환하여 승온하고 플래시 드럼(12)에서 분리된 기체(15)와 혼합하여 최종적으로 스팀 응축수 전체를 기화하여 기계적 증기 재압축기(13)를 통해 가압하여 리보일러(11)의 스팀으로 재공급함을 특징으로 한다.
이를 통해 기존에 탈거탑의 상부 가스에서 이산화탄소와 물을 분리하기 위해 필요한 냉각수 사용량을 현저히 감소시킬 수 있다. 그리고 스팀 응축수를 기계적 증기 재압축기를 통해 리보일러로 재공급함으로써 리보일러에서 사용하는 스팀 소모량을 획기적으로 줄일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로 제공되는 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
30 wt% 흡수제를 이용하여 이산화탄소인 15 vol%의 이산화탄소를 포함하고 있는 40 ℃로 조절된 연소 배가스를 34,000 m3유량으로 흡수탑(8)의 하부에 투입하였다. 흡수제의 순환량은 136 ton/hr, 흡수탑에 투입되는 흡수제의 온도는 40 ℃로 하였다. 흡수탑에 유입되는 배가스의 이산화탄소와 결합한 흡수제(4)를 탈거탑(10)으로 공급하여 리보일러(11)에서 스팀을 통한 이산화탄소와 흡수제를 분리하는 공정에서 리보일러에서 나오는 스팀 응축수(1~5 atm, 100~150 ℃)를 플래시 드럼(12)(0.5 atm 이하)을 통해 기체와 액체를 분리하여 기체만을 기계적 증기 재압축기(13)로 바로 가압하여 리보일러 스팀으로 재공급하였다.
흡수탑으로 들어오기 전과 흡수탑을 거친 배가스의 이산화탄소 농도를 가스 분석기를 이용하여 측정하여 이산화탄소 제거율이 90 %일 때의 이산화탄소 포집량(ton)당 리보일러 열사용량을 계산하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 2>
상기 실시예 1에서 리보일러에서 나오는 스팀 응축수(1~5 atm, 100~150 ℃)를 플래시 드럼(0.5 atm 이하)을 통해 기체와 액체로 분리하여 기체만을 기계적 증기 재압축기(13)로 바로 공급하고, 액체는 탈거탑 상부 가스(90~110 ℃)와 열교환하여 승온하고 플래시 드럼에서 분리된 기체와 혼합하여 최종적으로 스팀 응축수 전체를 기화하여 기계적 증기 재압축기(13)를 통해 가압하여 리보일러 스팀으로 재공급하였다. 흡수탑으로 들어오기 전과 흡수탑을 거친 배가스의 이산화탄소 농도를 가스 분석기를 이용하여 측정하여 이산화탄소 제거율이 90 %일 때의 이산화탄소 포집량(ton)당 리보일러 열사용량을 계산하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
<비교예 1>
상기 실시예 1에서 스팀 응축수를 재활용하는 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 얻은 이산화탄소 제거율이 90 % 일때의 이산화탄소 포집량 (ton)당 리보일러 열사용량은 표 1과 같다.(일반적인 상용공정과 동일)
실시예/비교예 리보일러 스팀 응축수의 플래시 드럼을 통한 기-액 분리 후 기체만 재활용 리보일러 스팀응축수의 플래시 드럼을 통한 기-액 분리후 액체 재활용 탈거탑 상부 냉각수 순환량(ton/hr) 리보일러 열사용량(GJ/ton-CO2)
실시예 1* 스팀 응축수 기체 재활용 스팀 응축수 액체 재활용 없음 415.7 3.31
실시예 2* 스팀 응축수 기체 재활용 스팀 응축수 액체 재활용 69.5 1.35
비교예 1 스팀 응축수 기제 재활용 없음 스팀 응축수 액체 재활용 없음 415.7 3.85
* 기계적 증기 재압축기 사용으로 전기 사용량 0.4 GJ/ton-CO2 증가
실시예 1의 경우, 비교예 1에 비하여 동일한 이산화탄소의 제거 효율(90 %)에서 동일한 이산화탄소를 포집하는데 탈염수(demi. water) 및 리보일러의 열사용량이 적게 사용됨을 확인 할 수 있었다.
이와 같은 결과를 볼 때 동일한 이산화탄소 제거율을 기준으로 본 발명에서 개발한 흡수 및 탈거 공정을 적용할 경우 냉각수 및 탈거탑에서의 부하를 줄일 수 있어, 탈거탑의 용량을 획기적으로 줄이거나 사용되는 스팀 사용량을 획기적으로 감소시킬 수 있다.
특히, 본 발명을 적용할 경우(실시예 2)와 적용하지 않을 경우(비교예 1)의 경우, 2.5 GJ/ton-CO2의 소비 에너지 차이가 발생하게 된다. 기계적 증기 재압축기의 사용으로 전기 사용량 0.4 GJ/ton-CO2 증가를 고려하여도 2.1 GJ/ton-CO2의 에너지 소비량을 감소시킬 수 있다.
500 MW 석탄 화력 발전소를 기준으로 이산화탄소를 처리할 때, 하루 약 10,000 ton의 이산화탄소가 발생하고 90 % 처리시 하루 약 20,000 GJ의 에너지 소비를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명을 도입하여 10 MW 석탄 화력 발전소를 기준으로 이산화탄소를 처리할 때 냉각수 사용량과 스팀 사용량 감소분을 공정 모사 프로그램을 이용하여 시뮬레이션한 결과는 아래와 같다.
스팀 가격: 50,000 원/ton
전력: 80 원/kwh
이산화탄소 포집 장치의 기계적 증기 재압축기의 경제적 평가는 아래와 같다.
스팀
Ton/hr 비용, 108
9.35 37.4
전력
kw 비용, 108
1,269 8.12
편차(절감 비용)
비용, 108
29.28
이산화탄소 포집 장치의 기계적 증기 재압축기의 동작 비용은 기존의 기계적 증기 재압축기가 없는 이산화탄소 포집 장치에 비교하여 2,928,000,000 원/년 절감된다.
또한, 탈거탑 상부 가스의 냉각을 위한 냉각수 소비량은 기계적 증기 재압축기의 설치로 인해 415.7 ton/hr로부터 69.5 ton/hr로 감소된다: [(415.7-69.5)*5/36.7=47 kw(펌프)+3 kw(냉각타워 팬)= 50 kw 절감
또한, 본 발명에서는 이산화탄소 탈거 장치의 전체적인 온도가 감소하기 때문에, 탈거 장치에서 증발되는 물의 량이 감소함으로써, 탈거 장치의 전체에서 사용되는 물이 25 ton/hr 절감되었다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 탈거탑 리보일러의 응축수 에너지를 재활용한 이산화탄소 포집 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
1; 혼합가스(배가스) 2; 재생된 흡수제(린아민)
3; 이산화탄소가 제거된 배가스
4; 이산환탄소가 포화된 흡수제(리치아민)
5; 탈거탑 상부 가스(이산화탄소와 수증기 혼합가스)
6; 이산화탄소
7; 응축수 8; 흡수탑
9; 린-리치아민 열교환기 10; 탈거탑
11; 리보일러 12; 스팀 응축수 플래시 드럼
13; 스팀 생산용 기계적 증기 재압축기
14; 스팀 응축수 플래시 드럼에서 분리된 액체
15; 스팀 응축수 플래시 드럼에서 분리된 기체
16; 열교환기

Claims (7)

  1. 흡수액을 이용하여 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑과, 상기 흡수액으로부터 이산화탄소를 탈거하는 탈거탑으로 이루어진 이산화탄소 포집 장치에 있어서,
    상기 흡수제로부터 이산화탄소를 탈거하기 위해 상기 탈거탑에 스팀을 제공하는 리보일러;
    상기 리보일러로부터 배출된 스팀 응축수를 기체와 액체로 분리하는 플래시 드럼; 및
    상기 플래시 드럼으로부터 배출된 기체를 스팀으로 재가압하여 상기 리보일러에 공급하는 기계적 증기 재압축기를 포함함을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플래시 드럼으로부터 배출된 액체를 탈거탑 상부 가스와 열교환하여 온도를 높여 기체로 만드는 열교환기를 더 포함함을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열교환기를 통과한 기체는 상기 기계적 증기 재압축기에 제공됨을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 리보일러에서 배출된 스팀 응축수는 압력이 1~5 atm이고, 온도가 100~150 ℃인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 탈거탑 상부 가스의 온도는 90~110 ℃인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 플래시 드럽은 운전 압력이 1 atm보다 작은 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 흡수제는 아민계, 아미노산염, 무기염계 용액 및 암모니아수로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 또는 그 혼합물인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
KR1020140127545A 2014-09-24 2014-09-24 탈거탑 리보일러의 응축수 에너지를 재활용한 이산화탄소 포집 장치 KR20160035790A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140127545A KR20160035790A (ko) 2014-09-24 2014-09-24 탈거탑 리보일러의 응축수 에너지를 재활용한 이산화탄소 포집 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140127545A KR20160035790A (ko) 2014-09-24 2014-09-24 탈거탑 리보일러의 응축수 에너지를 재활용한 이산화탄소 포집 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160035790A true KR20160035790A (ko) 2016-04-01

Family

ID=55799149

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140127545A KR20160035790A (ko) 2014-09-24 2014-09-24 탈거탑 리보일러의 응축수 에너지를 재활용한 이산화탄소 포집 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20160035790A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108654127A (zh) * 2018-05-07 2018-10-16 中国平煤神马集团尼龙科技有限公司 一种蒸汽冷凝液回收系统
US11617981B1 (en) * 2022-01-03 2023-04-04 Saudi Arabian Oil Company Method for capturing CO2 with assisted vapor compression

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108654127A (zh) * 2018-05-07 2018-10-16 中国平煤神马集团尼龙科技有限公司 一种蒸汽冷凝液回收系统
US11617981B1 (en) * 2022-01-03 2023-04-04 Saudi Arabian Oil Company Method for capturing CO2 with assisted vapor compression

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9155990B2 (en) Method and plant for amine emission control
AU2013317025B2 (en) Desulfurization device and method for using condensate water generated thereby
US9400106B2 (en) CO2 recovery system and recovery method for moisture containing CO2 gas
WO2013039041A1 (ja) Co2回収装置およびco2回収方法
AU2014206161B2 (en) An ammonia stripper for a carbon capture system for reduction of energy consumption
JP2001025627A (ja) 複合アミンブレンドを使用する二酸化炭素の回収
AU2012309539B2 (en) CO2 recovery device and CO2 recovery method
US9399188B2 (en) Apparatus for removing carbon dioxide in combustion exhaust gas
CN107743416B (zh) 酸性气体收集系统和使用此的酸性气体收集方法
KR101726162B1 (ko) 산성가스 포집을 위한 탈거장치의 에너지원 재사용 방법
KR20140042393A (ko) 산성가스 처리장치 및 방법
KR20180023373A (ko) 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법
KR20150004562A (ko) 이산화탄소 포집 장치
KR102091882B1 (ko) 탈거공정 개선을 통한 산성가스 포집시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법
US20130206010A1 (en) Co2 recovery system
KR20140042997A (ko) 스팀응축수에 포함된 증기의 재순환을 통한 이산화탄소 포집공정 및 시스템
KR101951047B1 (ko) 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치
KR20160035790A (ko) 탈거탑 리보일러의 응축수 에너지를 재활용한 이산화탄소 포집 장치
KR101630054B1 (ko) 산성가스 포집 시스템 및 그 포집 방법
KR20180024464A (ko) 탈염수를 이용한 산성가스 포집방법
KR20230001891A (ko) 산성가스 포집 시스템 및 산성가스 포집 방법
KR20160036302A (ko) 이산화탄소 포집 장치

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination