KR20180023373A - System for collecting acid gas including acidic catalyst and method for collecting the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산성가스를 흡수한 흡수제가 재생탑으로 공급되기 전에 산성촉매 층을 통과하거나 또는 산성촉매 층을 포함하는 재생탑으로 산성가스를 흡수한 흡수제를 공급하여 상기 흡수제와 산성가스의 분리시 필요한 에너지를 감소시키고, 재생에너지 사용량 및 재생탑 크기를 감소시키는 효과가 있다.
The present invention relates to an acidic gas collection system including an acidic catalyst layer and an acidic gas collection method using the same. More particularly, the present invention relates to an acidic gas collection system comprising an acidic catalyst layer, Layer, the energy required for separating the absorbent from the acidic gas is reduced, and the amount of the regenerated energy and the size of the regenerator are reduced.
본 발명에서는 혼합가스 중 산성가스 포집을 위한 아민계, 아미노산염계, 무기염계 용액 또는 암모니아수 등을 단독 혹은 혼합한 흡수제를 사용하는 흡수 및 탈거 공정에 관한 것으로 보다 자세하게는 흡수탑에서 산성가스를 흡수하여 재생탑으로 이동하는 흡수제(리치아민)를 재생탑 하부에서 나오는 흡수제(린아민)와 열교환하여 승온(100~105℃)되고, 이 흡수제를 산성촉매 층을(알루미나, 제올라이트 등) 통과시켜 재생탑으로 공급하여 산성가스와 흡수제의 분리를 촉진하며, 재생탑 내부에 산성촉매 층을 구성하여 흡수제와 산성가스 분리를 촉진하여 저에너지로 산성가스를 과량 탈거할 수 있는 시스템 및 방법이다. 산성 촉매는 수소이온을 리치아민에 공급하여 흡수제와 산성가스의 분리를 촉진한다. The present invention relates to an absorption and desorption process using an absorbent that uses an amine, an amino acid salt, an inorganic salt solution, or an aqueous ammonia solution, alone or in combination, for trapping acid gas in a mixed gas. More specifically, (100 to 105 캜) by heat exchange with an absorbent (rich amine) that moves to the regeneration tower with an absorbent (lean amine) from the lower part of the regeneration tower. The absorbent is passed through the acid catalyst layer (alumina, zeolite, Thereby promoting the separation of the acid gas and the absorbent and promoting the separation of the absorbent and the acidic gas by constituting the acidic catalyst layer in the regeneration tower to thereby excessively remove the acidic gas with low energy. Acidic catalysts supply hydrogen ions to the rich amines to promote the separation of the absorbent and the acid gas.
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. 화력발전소 등 연소설비에서 발생하는 산성가스인 이산화탄소를 제거하기 위하여 사용되는 흡수제를 이용한 화학적 흡수방법은 높은 효율과 안정적인 기술로 가장 많이 연구되고 있다. 이산화탄소를 포집하기 위한 아민계 포집공정은 화학적 흡수기술의 일종으로 석유화학 공정 중 개질공정에서 적용된 바 있는 기술적 신뢰성이 확보된 기술이나 석유화학 공정가스가 아닌 연소 배가스에 적용하기 위해서는 공정의 개선이 필요한 분리기술이다.Recently, efforts to collect and store greenhouse gases, the causative substance of global warming, have been racing internationally. In particular, in order to reduce carbon dioxide, which is an acid gas in the greenhouse gas, many techniques such as a chemical absorption method, an adsorption method, a membrane separation method, and a deep sea cooling method have been developed. The chemical absorption method using the absorbent used for removing carbon dioxide, which is an acid gas generated in a combustion plant such as a thermal power plant, has been studied with high efficiency and stable technology. Amine-based capture process for trapping carbon dioxide is a kind of chemical absorption technology. It is a technology that has been technically reliable as applied in the reforming process during the petrochemical process. However, it needs to be improved in order to apply it to the combustion exhaust gas instead of the petrochemical process gas. Separation technology.
종래의 화학적 흡수제를 이용한 산성가스의 흡수 및 탈거 공정에 대한 흐름도는 도 1과 같다. 냉각된 배가스(1)는 통상적으로 40~60℃의 온도에서 흡수제(2)와 접촉되며, 산성가스는 흡수제 내의 화학적 흡수제와 결합한 다음, 순환되는 세척용 물(3)을 이용하여 흡수제 또는 증기가 비말동반하는 것을 방지한 후, 흡수탑(9)에서 배출된다. 출구 가스에 산성가스 농도는 흡수제에서의 화학 반응으로 감소시킬 수 있지만, 낮은 출구 산성가스 농도를 유지하기 위해서는 흡수탑이 높아져야 한다. 화학적 결합에 의해 산성가스를 흡수한 흡수제(5)는 열교환기(10)를 거쳐 가열되어 재생탑(11)의 상부로 주입된다. 흡수제의 재생은 높은 온도(110-140℃) 및 대기압 정도의 압력에서 재생탑에서 수행된다. 재생 조건을 유지하기 위하여 열이 리보일러(12)로 공급되며 이 과정에서 열에너지가 소모된다. 공급되는 에너지는 흡수제에서 화학적으로 결합되어 있는 산성가스를 탈거시키고 탈거된 산성가스와 수증기의 혼합가스(6)는 응축기(13)에서 회수되어 재생탑(11)로 다시 공급된다. 산성가스가 탈거된 흡수제(2)는 열교환기(10)를 거쳐 흡수탑 수준의 온도로 낮추어 흡수탑으로 펌프에 의해 이송된다.The flow chart of the absorption and removal process of the acid gas using the conventional chemical absorbent is shown in Fig. The cooled flue gas 1 is contacted with the absorbent 2 at a temperature typically between 40 and 60 ° C and the acidic gas is combined with the chemical absorbent in the absorbent and then the absorbent or vapor And is discharged from the absorption tower 9 after preventing entrainment. The concentration of acid gas in the outlet gas can be reduced by a chemical reaction in the absorber, but the absorption tower must be elevated to maintain a low outlet acid gas concentration. The absorbent 5 absorbing the acid gas by chemical bonding is heated via the heat exchanger 10 and injected into the upper part of the
상기한 산성가스의 흡수 및 탈거공정에서 흡수제의 재생을 위해 많은 에너지가 소모되므로 재생에너지를 줄이기 위한 흡수제와 관련 공정의 개발이 절실히 요구되고 있다. 특히 탈거 공정의 장치 및 흐름을 최적화하여 가장 경제적인 산성가스, 대표적으로 연소 반응에서 필연적으로 발생하는 이산화탄소의 포집효율을 높이고자 하는 연구가 진행되고 있다.
Since much energy is consumed to regenerate the absorbent in the process of absorbing and removing the acid gas, there is an urgent need to develop an absorbent and a related process for reducing renewable energy. Particularly, researches are being carried out to improve the collection efficiency of the most economical acid gas, that is, inevitably carbon dioxide, which is inevitably generated in the combustion reaction, by optimizing the device and flow of the stripping process.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 흡수제의 재생을 위한 재생에너지를 줄일 수 있는 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide an acidic gas collection system including an acidic catalyst layer capable of reducing regeneration energy for regeneration of an absorbent.
또한, 본 발명은 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집방법을 제공하는 것을 다른 해결과제로 한다.
Another object of the present invention is to provide an acid gas capturing method comprising an acid catalyst layer.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, According to an aspect of the present invention,
배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 제1 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 흡수탑; 상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 열교환기; 상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 재생탑으로 공급하기 전에 통과시키는 산성촉매 층; 및 상기 산성촉매 층을 통과한 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 재생탑;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
An absorption tower for absorbing an acidic gas contained in an exhaust gas into an absorbent to produce a first acidic gas saturated absorbent; A heat exchanger for exchanging heat between the first acid gas saturated absorbent and the absorbent discharged from the lower portion of the regeneration tower to produce a second acid gas saturated absorbent that has been heated; An acidic catalyst layer through which the second acidic gas saturated absorbent passes before feeding to the regeneration tower; And a regeneration tower for separating the second acid gas saturated absorbent that has passed through the acidic catalyst layer into an acid gas and an absorbent. The present invention also provides an acidic gas collection system comprising an acid catalyst layer .
또한 본 발명은, 배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 제1 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 흡수탑; 상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 열교환기; 및 상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는, 산성촉매 층을 포함하는 재생탑;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템을 제공하는 것을 다른 해결과제로 한다.
The present invention also relates to an absorption tower for absorbing an acid gas contained in an exhaust gas in an absorbent to produce a first acid gas saturated absorbent; A heat exchanger for exchanging heat between the first acid gas saturated absorbent and the absorbent discharged from the lower portion of the regeneration tower to produce a second acid gas saturated absorbent that has been heated; And a regeneration tower comprising an acid catalyst layer separating the second acid gas saturated absorbent into an acid gas and an absorbent, characterized in that it comprises an acidic catalyst bed We will do it.
또한 본 발명은 흡수탑으로 공급된 배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 제1 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제1단계; 상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제2단계; 상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 재생탑으로 공급하기 전에 산성촉매 층을 통과시키는 제3단계; 및 상기 산성촉매 층을 통과한 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집방법을 제공하는 것을 또다른 해결과제로 한다.
The present invention also provides a method for producing an absorbent article, comprising: a first step of absorbing an acidic gas contained in an exhaust gas supplied to an absorption tower into an absorbent to produce a first acidic gas saturated absorbent; A second step of heat-exchanging the first acid gas saturated absorbent and the absorbent discharged from the lower portion of the regeneration tower to generate a second saturated acid gas saturated absorbent; A third step of passing the acidic catalyst layer before supplying the second acidic gas saturated absorbent to the regeneration tower; And a fourth step of separating the second acid gas saturated absorbent that has passed through the acid catalyst layer into an acid gas and an absorbent, The problem is solved.
또한 본 발명은, 흡수탑으로 공급된 배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 제1 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제1단계; 상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제2단계; 및 산성촉매 층을 포함하는 재생탑에서 상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집방법을 제공하는 것을 또다른 해결과제로 한다.
The present invention also provides a method for producing an acid gas absorbing material, comprising: a first step of absorbing an acidic gas contained in an exhaust gas supplied to an absorption tower into an absorbent to produce a first acidic gas saturated absorbent; A second step of heat-exchanging the first acid gas saturated absorbent and the absorbent discharged from the lower portion of the regeneration tower to generate a second saturated acid gas saturated absorbent; And a third step of separating the second acid gas saturated absorbent into an acid gas and an absorbent in a regeneration column comprising an acid catalyst layer and an acidic catalyst layer, It is another challenge.
본 발명의 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법은 흡수제와 산성가스의 분리 시 필요한 에너지를 최소화할 수 있으며, 종래의 흡수제와 산성가스 분리회수 시스템 및 방법보다 재생에너지 사용량과 재생탑 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다. The acid gas capturing system including the acid catalyst layer of the present invention and the acid gas capturing method using the same can minimize the energy required for separating the absorbent and the acid gas, It has the effect of reducing usage and regeneration tower size.
또한, 본 발명의 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법은 가스 분리회수 공정 운전 시, 가장 많은 비중을 차지하는 재생에너지 비용을 줄이고 재생탑의 높이를 작게 설계할 수 있어서 초기 투자비를 줄일 수 있는 경제적인 효과가 있다.
Further, the acidic gas collection system including the acidic catalyst layer of the present invention and the acidic gas collection method using the same can reduce the cost of the renewable energy, which occupies the largest portion in the gas separation and recovery process operation, There is an economical effect to reduce the initial investment cost.
도 1은 종래 기술에 따른 혼합가스 중 이산화탄소 흡수 및 탈거 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수 및 탈거 공정도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수 및 탈거 공정도이다. 1 is a carbon dioxide absorption and removal process in a mixed gas according to the prior art.
2 is a process diagram of carbon dioxide absorption and removal according to an embodiment of the present invention.
3 is a process diagram of carbon dioxide absorption and removal according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은 흡수제와 산성가스의 분리 시 필요한 에너지를 최소화하는 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법에 관한 것이다.The present invention relates to an acidic gas collection system including an acid catalyst layer that minimizes energy required for separating an absorbent and an acidic gas, and a method for collecting an acidic gas using the same.
구체적으로 본 발명의 일 측면에 따르면 본 발명은, More specifically, according to one aspect of the present invention,
배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 제1 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 흡수탑; 상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 열교환기; 상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 재생탑으로 공급하기 전에 통과시키는 산성촉매 층; 및 상기 산성촉매 층을 통과한 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 재생탑;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템을 제공한다. An absorption tower for absorbing an acidic gas contained in an exhaust gas into an absorbent to produce a first acidic gas saturated absorbent; A heat exchanger for exchanging heat between the first acid gas saturated absorbent and the absorbent discharged from the lower portion of the regeneration tower to produce a second acid gas saturated absorbent that has been heated; An acidic catalyst layer through which the second acidic gas saturated absorbent passes before feeding to the regeneration tower; And a regeneration tower for separating the second acid gas saturated absorbent that has passed through the acid catalyst layer into an acid gas and an absorbent.
또한, 본 발명은 배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 제1 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 흡수탑; 상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 열교환기; 및 상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는, 산성촉매 층을 포함하는 재생탑;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템을 제공하는 것을 특징으로 한다. The present invention also relates to an absorption tower for absorbing acidic gas contained in an exhaust gas into an absorbent to produce a first acid gas saturated absorbent; A heat exchanger for exchanging heat between the first acid gas saturated absorbent and the absorbent discharged from the lower portion of the regeneration tower to produce a second acid gas saturated absorbent that has been heated; And a regeneration tower comprising an acid catalyst layer separating the second acid gas saturated absorbent into an acid gas and an absorbent, characterized by providing an acidic gas collection system comprising an acidic catalyst layer do.
또한, 본 발명은 흡수탑으로 공급된 배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 제1 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제1단계; 상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제2단계; 상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 재생탑으로 공급하기 전에 산성촉매 층을 통과시키는 제3단계; 및 상기 산성촉매 층을 통과한 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집방법을 제공하는 것을 특징으로 한다. The present invention also provides a method for producing an absorbent article, comprising: a first step of absorbing an acidic gas contained in an exhaust gas supplied to an absorption tower into an absorbent to produce a first acidic gas saturated absorbent; A second step of heat-exchanging the first acid gas saturated absorbent and the absorbent discharged from the lower portion of the regeneration tower to generate a second saturated acid gas saturated absorbent; A third step of passing the acidic catalyst layer before supplying the second acidic gas saturated absorbent to the regeneration tower; And a fourth step of separating the second acid gas saturated absorbent that has passed through the acid catalyst layer into an acid gas and an absorbent, characterized by providing an acidic gas collecting method comprising the acid catalyst layer do.
또한, 본 발명은 흡수탑으로 공급된 배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 제1 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제1단계; 상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제2단계; 및 산성촉매 층을 포함하는 재생탑에서 상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.The present invention also provides a method for producing an absorbent article, comprising: a first step of absorbing an acidic gas contained in an exhaust gas supplied to an absorption tower into an absorbent to produce a first acidic gas saturated absorbent; A second step of heat-exchanging the first acid gas saturated absorbent and the absorbent discharged from the lower portion of the regeneration tower to generate a second saturated acid gas saturated absorbent; And a third step of separating the second acid gas saturated absorbent into an acid gas and an absorbent in a regeneration column comprising an acid catalyst layer and an acidic catalyst layer, .
상기 제1 산성가스 포화 흡수제는 아민계, 아미노산염, 무기염계 용액 및 암모니아수로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 MEA(monoethanolamine), DEA(diethanolamine), MDEA(methyl diethanolamine), TEA(triethanolamine)를 포함한 알킬계, 아세틸계 혹은 피퍼라진계열의 아민용액 또는 그 혼합용액으로 이루어진 흡수제를 사용할 수 있다. The first acid gas saturated absorbent is characterized in that it is at least one selected from the group consisting of an amine series, an amino acid salt, an inorganic salt series solution and an aqueous ammonia. Preferably, an absorbent made of an alkyl-based, acetyl-based, or piperazine-based amine solution containing MEA (monoethanolamine), DEA (diethanolamine), MDEA (methyl diethanolamine) or TEA (triethanolamine) or a mixed solution thereof may be used.
상기 제1 산성가스 포화 흡수제는 이산화탄소가 포화된 리치아민인 것을 특징으로 한다. The first acidic gas saturated absorbent is characterized in that the carbon dioxide is a saturated, rich amine.
상기 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제는 린아민인 것을 특징으로 한다. And the absorbent discharged from the lower part of the regeneration tower is lean amine.
상기 열교환기는 상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 탈거탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 95℃ 내지 110℃로 승온되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 100 내지 105℃로 승온될 수 있다. The heat exchanger is characterized in that the first acid gas saturated absorbent is heat-exchanged with the absorbent discharged from the lower part of the stripping tower, and the temperature is raised to 95 ° C to 110 ° C. Lt; RTI ID = 0.0 > 105 C, < / RTI >
상기 산성가스는 이산화탄소, 황화수소, 이산화황, 이산화질소 및 황화카보닐로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다.The acid gas is characterized in that it is at least one selected from the group consisting of carbon dioxide, hydrogen sulfide, sulfur dioxide, nitrogen dioxide and carbonylsulfide.
상기 산성촉매는 알루미나, 실리카알루미나 및 제올라이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 상기 산성촉매는 알루미나일 수 있다.
The acidic catalyst is characterized in that it is at least one selected from the group consisting of alumina, silica alumina and zeolite. Preferably, the acidic catalyst may be alumina.
본 발명에서는 흡수탑에서 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 재생탑 하부에서 나오는 흡수제(린아민)와 열교환하여 승온(100~105℃)되고, 상기 흡수제를 산성촉매 층으로 통과시킨 후, 재생탑으로 공급하여 산성가스와 흡수제의 분리를 촉진하거나 또는 재생탑 내부에 산성촉매 층을 구성하여 흡수제와 산성가스 분리를 촉진하여 저에너지로 산성가스를 과량 탈거할 수 있게 하였다. 본 발명에 사용된 흡수제는 아민계, 아미노산염, 무기염류 용액, 암모니아수 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 산성가스를 포함하고 있는 화학공정가스 및 연소 배가스는 흡수탑에 의해 발생되는 압력강하를 극복하기 위하여 팬을 이용하여 배가스 냉각기로 보내지고 냉각된 배가스는 통상적으로 40 내지 60℃의 온도에서 흡수제와 접촉한다. 배가스 중 산성가스는 흡수제와 접촉되어 흡수되며 산성가스를 빼앗긴 배가스는 흡수제 증기가 비말하는 것을 방지하기 위한 세정장치를 거친 후 흡수탑에서 배출된다. 흡수액(리치아민)의 0 내지 50%(리치아민 지류)가 재생탑 하부에서 나오는 흡수제(린아민)와 열교환하여 승온(100~105℃)되고, 상기 승온된 흡수제를 산성촉매 층에 통과시켜 재생탑 상부에서 산성가스와 흡수제의 분리를 촉진하거나, 또는 재생탑 전체를 산성촉매로 구성하여 산성가스와 흡수제의 분리가 용이하게 일어날 수 있다. 이와 같이 본 발명은 저에너지로 산성가스를 과량 탈거할 수 있으며, 흡수제와 산성가스의 탈거가 알루미나, 제올라이트 등 표면에 산성을 띠는 촉매에 의해 촉진되어 보편적인 아민 흡수제의 산성가스 분리회수 시스템 보다 재생에너지 사용량 및 재생탑 크기를 획기적으로 줄일 수 있다. 또한 산성촉매 도입을 통해 리보일러에서 사용하는 스팀의 약 20% 이상을 감소시킬 수 있고, 상기와 같이 사용 스팀량이 감소하게 되면 린-리치 열교환기를 통과하는 리치아민 온도가 100℃이하로 감소하여 배관 해머링 현상도 방지 가능한 것을 특징으로 한다.
In the present invention, the absorbent that absorbs carbon dioxide in the absorption tower is heated (100 to 105 ° C) by heat exchange with an absorbent (lean amine) coming from the lower part of the regeneration tower, the absorbent is passed through the acidic catalyst layer, The separation of the acid gas and the absorbent is accelerated or the acid catalyst layer is formed in the regeneration tower to promote the separation of the absorbent and the acid gas so that the acid gas can be excessively removed with low energy. The absorbent used in the present invention can be used alone or in admixture with an amine type, amino acid salt, inorganic salt solution, aqueous ammonia, and the like. Chemical process gases containing acid gases and combustion exhaust gases are sent to the exhaust gas cooler using a fan to overcome the pressure drop caused by the absorber and the cooled exhaust gases are typically contacted with the absorbent at a temperature of 40 to 60 ° C do. The acid gas in the flue gas is absorbed in contact with the absorbent, and the flue gas that has absorbed the acid gas is discharged from the absorption tower after passing through a washing device to prevent the absorber vapor from spitting. 0 to 50% (rich amine tributary) of the absorption liquid (rich amine) is heat-exchanged with the absorbent (lean amine) exiting from the bottom of the regeneration tower to increase the temperature (100 to 105 ° C) The separation of the acid gas and the absorbent may be facilitated by promoting the separation of the acid gas and the absorbent at the upper portion of the column or by constituting the entire regenerator as an acidic catalyst. As described above, the present invention can remove excess acid gas with low energy, and the removal of the absorbent and the acid gas is promoted by a catalyst having an acidity on the surface of alumina, zeolite and the like and is regenerated by the acid gas separation and recovery system of a common amine absorbent Energy consumption and regeneration tower size can be dramatically reduced. Also, by introducing the acidic catalyst, about 20% or more of the steam used in the reboiler can be reduced. When the amount of steam to be used is decreased as described above, the rich amine temperature passing through the lean- And a hamming phenomenon can be prevented.
이하, 비교예 및 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to comparative examples and examples. However, the following examples should not be construed as limiting the scope of the present invention, and should be construed to facilitate understanding of the present invention.
[실시예][Example]
실시예 1Example 1
30wt%의 모노에탄올아민을 흡수제로 이용하여 15 vol%의 이산화탄소를 포함하고 있는 40℃로 조절된 연소배가스를 2.0m3 유량으로 흡수탑 하부에 투입하였다. 흡수제의 순환량은 100ml/min, 흡수탑에 투입되는 흡수제의 온도는 40 ℃로 하였다. 흡수탑에서 흡수제와 이산화탄소의 발열반응에 의해 승온된 흡수제의 30%(리치아민 지류)가 재생탑 하부에서 배출되는 린아민과 1차 열교환하여 승온(100~105℃)되며, 상기 승온된 흡수제를 알루미나 산성촉매 층을 통과시켜 재생탑 상부에서 이산화탄소와 흡수제의 분리를 촉진하는 시스템을 설치하였다. 실시예 1의 산성가스 포집시스템을 도 2에 나타내었다.Using a 30 wt% monoethanolamine as a sorbent, a flue gas containing 15 vol% of carbon dioxide and controlled at 40 ° C was fed into the absorber at a flow rate of 2.0 m 3 . The circulation amount of the absorbent was 100 ml / min, and the temperature of the absorbent put into the absorption tower was 40 캜. 30% (rich amine tributary) of the absorbent heated by the exothermic reaction between the absorbent and the carbon dioxide in the absorption tower is subjected to the first heat exchange with the lean amine discharged from the bottom of the regeneration tower to increase the temperature (100 to 105 ° C) A system for promoting the separation of carbon dioxide and the absorbent at the upper part of the regeneration tower was provided through the alumina acid catalyst layer. The acid gas collection system of Example 1 is shown in Fig.
실시예 2Example 2
30wt%의 모노에탄올아민을 흡수제로 이용하여 15 vol%의 이산화탄소를 포함하고 있는 40℃로 조절된 연소배가스를 2.0m3 유량으로 흡수탑 하부에 투입하였다. 흡수제의 순환량은 100ml/min, 흡수탑에 투입되는 흡수제의 온도는 40 ℃로 하였다. 흡수탑에서 흡수제와 이산화탄소의 발열반응에 의해 승온된 흡수제의 30%(리치아민 지류)가 재생탑 하부에서 배출되는 린아민과 1차 열교환하여 승온(100~105℃)되며, 상기 승온된 흡수제를 알루미나 산성촉매 층으로 구성된 재생탑으로 통과시켜 상기 재생탑 상부에서 이산화탄소와 흡수제의 분리를 촉진하는 시스템을 설치하였다. 실시예 2의 산성가스 포집시스템을 도 3에 나타내었다. Using a 30 wt% monoethanolamine as a sorbent, a flue gas containing 15 vol% of carbon dioxide and controlled at 40 ° C was fed into the absorber at a flow rate of 2.0 m 3 . The circulation amount of the absorbent was 100 ml / min, and the temperature of the absorbent put into the absorption tower was 40 캜. 30% (rich amine tributary) of the absorbent heated by the exothermic reaction between the absorbent and the carbon dioxide in the absorption tower is subjected to the first heat exchange with the lean amine discharged from the bottom of the regeneration tower to increase the temperature (100 to 105 ° C) A system for promoting the separation of carbon dioxide and the absorbent at the upper portion of the regeneration tower was provided by passing it through a regeneration tower composed of an alumina acid catalyst layer. The acid gas collection system of Example 2 is shown in Fig.
비교예 1Comparative Example 1
상기 실시예 2에서 흡수탑에서 배출된 흡수액을 재생탑에서 배출된 고온의 흡수액으로만 열교환하고 재생탑과 리보일러 순으로 흡수제가 통과하며, 재생탑의 높이가 실시예 2의 재생탑 높이의 1.2배인 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 설치하였다. (일반적인 상용공정과 동일)
The absorption liquid discharged from the absorption tower in Example 2 was heat-exchanged only with the high-temperature absorption liquid discharged from the recovery tower, the absorption agent passed through the recovery tower and the reboiler in this order, and the height of the recovery tower was 1.2 Except for the fact that it is a double-layered structure. (Same as general commercial process)
[평가 및 결과][Evaluation and Results]
실험예 1: 리보일러 열사용량Experimental Example 1: Reboiler thermal capacity
상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에 따른 리보일러 열사용량을 표 1로 나타내었다. 흡수탑으로 들어오기 전과 흡수탑을 거친 배가스의 이산화탄소 농도를 가스 분석기를 이용하여 측정하고, 이산화탄소 제거율이 90%일 때의 이산화탄소 포집량(ton)당 리보일러 열사용량을 계산하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.Table 1 shows the reboiler thermal capacities according to Examples 1, 2 and Comparative Example 1. The carbon dioxide concentration of the exhaust gas before entering the absorption tower and the exhaust gas passing through the absorption tower was measured using a gas analyzer. The calorific value of the reboiler per ton of carbon dioxide captured at 90% of the carbon dioxide removal rate was calculated, Respectively.
2. 알루미나 산성촉매 리치아민 배관에 20cm 충진 사용(100g)1. Using alumina acid catalyst
2. Alumina acid catalyst Rich amine piping was filled with 20 cm (100 g)
2. 알루미나 산성촉매로 재생탑 구성(800g)1. Using alumina acid catalyst
2. Preparation of regenerator with alumina acid catalyst (800g)
표 1을 참고하면, 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 리보일러 열사용량은 각각 3.38, 3.05, 3.85 GJ/ton-CO2으로 나타났다. 상기 실시예 1 및 실시예 2의 경우, 비교예 1에 비하여 동일한 이산화탄소의 제거효율(90%)에서 동일한 이산화탄소를 포집하는데 리보일러의 열사용량이 더 적게 사용됨을 확인할 수 있었다. 이와 같은 결과를 볼 때 동일한 이산화탄소 제거율을 기준으로 본 발명의 산성가스 포집시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법을 적용할 경우, 리보일러에 사용되는 스팀사용량을 획기적으로 감소시킬 수 있고, 재생탑으로 공급되는 리치아민 총량의 감소로 재생탑 높이도 줄일 수 있어서, 초기 투자비 또한 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
Referring to Table 1, the reboiler thermal capacities of Examples 1, 2 and Comparative Example 1 were 3.38, 3.05 and 3.85 GJ / ton-CO 2 , respectively. In the case of Examples 1 and 2, it was confirmed that the reboiler has lower thermodynamic capacity to collect the same carbon dioxide at the same carbon dioxide removal efficiency (90%) as in Comparative Example 1. When the acid gas collection system of the present invention and the acid gas collection method using the same are applied based on the same carbon dioxide removal rate as described above, the amount of steam used in the reboiler can be drastically reduced, It is possible to reduce the initial investment cost since the height of the regeneration tower can be reduced by reducing the total amount of rich amines.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
1.
배가스
2.
재생된 흡수제(린아민)
3.
세척수
4.
이산화탄소가 제거된 배가스
5.
이산화탄소가 포화된 흡수제(리치아민 본류)
6.
이산화탄소와 수증기 혼합가스
7.
이산화탄소
8.
응축수
9.
흡수탑
10.
린-리치아민 열교환기
11.
재생탑
12.
리보일러
13.
응축기
14.
린아민 냉각기
15.
산성촉매
16.
촉매 유실방지용 지지체1. Flue gas
2. Regenerated absorbent (lean amine)
3. Wash water
4. Carbon dioxide removed flue gas
5. Carbon dioxide saturated absorbent (rich amine base)
6. Carbon dioxide and water vapor mixture
7. Carbon dioxide
8. Condensate
9. Absorption tower
10. Lin-rich amine heat exchanger
11. Recycled towers
12. Reboiler
13. Condenser
14. Linamine cooler
15. Acid catalyst
16. Catalyst loss prevention support
Claims (11)
상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 열교환기;
상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 재생탑으로 공급하기 전에 통과시키는 산성촉매 층; 및
상기 산성촉매 층을 통과한 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 재생탑;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템.An absorption tower for absorbing an acidic gas contained in an exhaust gas into an absorbent to produce a first acidic gas saturated absorbent;
A heat exchanger for exchanging heat between the first acid gas saturated absorbent and the absorbent discharged from the lower portion of the regeneration tower to produce a second acid gas saturated absorbent that has been heated;
An acidic catalyst layer through which the second acidic gas saturated absorbent passes before feeding to the regeneration tower; And
And a regeneration tower for separating the second acid gas saturated absorbent that has passed through the acid catalyst layer into an acid gas and an absorbent.
상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 열교환기; 및
상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는, 산성촉매 층을 포함하는 재생탑;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템.An absorption tower for absorbing an acidic gas contained in an exhaust gas into an absorbent to produce a first acidic gas saturated absorbent;
A heat exchanger for exchanging heat between the first acid gas saturated absorbent and the absorbent discharged from the lower portion of the regeneration tower to produce a second acid gas saturated absorbent that has been heated; And
And an acid catalyst layer separating the second acid gas saturated absorbent into an acid gas and an absorbent.
상기 제1 산성가스 포화 흡수제는 아민계, 아미노산염, 무기염계 용액 및 암모니아수로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the first acidic gas saturated absorbent is at least one selected from the group consisting of an amine type, an amino acid salt, an inorganic salt type solution and an aqueous ammonia solution.
상기 제1 산성가스 포화 흡수제는 이산화탄소가 포화된 리치아민인 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the first acid gas saturated absorbent is a rich amine in which carbon dioxide is saturated.
상기 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제는 린아민인 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템.3. The method according to claim 1 or 2,
Characterized in that the absorbent discharged from the bottom of the regeneration tower is lean amine.
상기 열교환기는 상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 탈거탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 95℃ 내지 110℃로 승온시키는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the heat exchanger exchanges heat between the first acid gas saturated absorbent and the absorbent discharged from the lower part of the stripping tower to raise the temperature to 95 to 110 占 폚.
상기 산성가스는 이산화탄소, 황화수소, 이산화황, 이산화질소 및 황화카보닐로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the acidic gas is at least one selected from the group consisting of carbon dioxide, hydrogen sulfide, sulfur dioxide, nitrogen dioxide, and carbonyl sulfide.
상기 산성촉매는 알루미나, 실리카알루미나 및 제올라이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the acidic catalyst is at least one selected from the group consisting of alumina, silica alumina and zeolite.
상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제2단계;
상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 재생탑으로 공급하기 전에 산성촉매 층을 통과시키는 제3단계; 및
상기 산성촉매 층을 통과한 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집방법.A first step of absorbing the acidic gas contained in the exhaust gas supplied to the absorption tower into the absorbent to produce a first acidic gas saturated absorbent;
A second step of heat-exchanging the first acid gas saturated absorbent and the absorbent discharged from the lower portion of the regeneration tower to generate a second saturated acid gas saturated absorbent;
A third step of passing the acidic catalyst layer before supplying the second acidic gas saturated absorbent to the regeneration tower; And
And separating the second acid gas saturated absorbent having passed through the acid catalyst layer into an acid gas and an absorbent.
상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제2단계; 및
산성촉매 층을 포함하는 재생탑에서 상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집방법.A first step of absorbing the acidic gas contained in the exhaust gas supplied to the absorption tower into the absorbent to produce a first acidic gas saturated absorbent;
A second step of heat-exchanging the first acid gas saturated absorbent and the absorbent discharged from the lower portion of the regeneration tower to generate a second saturated acid gas saturated absorbent; And
And separating the second acid gas saturated absorbent into an acid gas and an absorbent in a regeneration tower containing an acidic catalyst layer.
상기 산성촉매는 알루미나, 실리카알루미나 및 제올라이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집방법.11. The method according to claim 9 or 10,
Wherein the acidic catalyst is at least one selected from the group consisting of alumina, silica alumina and zeolite.
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|---|---|---|---|---|
| CN109432984A (en) * | 2018-12-06 | 2019-03-08 | 叶丽清 | A kind of machining waste gas collection device |
| KR20210078986A (en) * | 2019-12-19 | 2021-06-29 | 주식회사 포스코 | Apparatus and method for purifying flue gas comprising acid gas |
| KR20220039284A (en) * | 2020-09-22 | 2022-03-29 | 한국전력공사 | Acid gas capture system by poros metal structure catalyst |
| CN116808784A (en) * | 2023-08-10 | 2023-09-29 | 达高工业技术研究院(广州)有限公司 | Carbon dioxide scavenger, preparation method thereof and carbon dioxide capturing method |
-
2016
- 2016-08-25 KR KR1020160108563A patent/KR20180023373A/en unknown
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