KR20190082288A - 산화제 및 수성 스트림과의 접촉에 의한 프로세스 스트림으로부터의 불순물의 제거 - Google Patents

산화제 및 수성 스트림과의 접촉에 의한 프로세스 스트림으로부터의 불순물의 제거 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동력 생산 프로세스에서 형성되는 연소 생성물 스트림과 같은 프로세스 스트림 내의 하나 또는 그 이상의 종들의 향상된 제거를 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 상기 시스템들 및 방법들은 특히 상기 프로세스 스트림을 고도 산화제 및 물과 접촉시키는 과정을 포함할 수 있다.

Description

산화제 및 수성 스트림과의 접촉에 의한 프로세스 스트림으로부터의 불순물의 제거
본 발명은 동력 생산 사이클에서 동작 유체와 같은 프로세스 스트림으로부터 원하지 않는 가스들의 제거를 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.
화석 연료들의 연소는 주로 CO2 및 H2O의 형성을 가져온다. 상기 연료 또는 산화제 공급들이 황 및/또는 질소 화합물들을 함유하는 연소에 사용되는 경우, 황산화물들("SOx") 및 질소산화물들("NOx")과 같은 불순물들이 주로 부산물들 CO2 및 H2O를 동시에 형성할 것이다. SOx 및 NOx를 형성하는 잠재성 이외에도, 화석 연료들의 이상적이지 않은 연소는 또한 일산화탄소(CO)를 발생시킬 뿐만 아니라 부분 산화도 없이 연소기를 통한 연소되지 않은 탄화수소들의 슬립(slippage)이 허용될 것이다. 또한, NH3, H2S 및 COS와 같은 다른 가연성 가스들이 배출 스트림 내에 존재할 수 있다. 예를 들면, 이러한 가스들이 투입 연료 스트림 내에 이미 존재할 때, 이러한 가스들의 적어도 일부는 슬립의 결과로서 배출 내에 남을 수 있다. 마찬가지로, 이러한 가스들은 상기 연소기 주위에 우회로 제공되는 외부 유동 스트림이 존재할 때에 외부 스트림 내에 존재할 수 있다. 특정한 경우들에서, 연소 시스템에 공급되는 연료 가스들은 Hg 및 다른 미량의 금속들과 미세한 미립자 물질과 같은 오염 물질들도 함유할 수 있다. 다양한 방출 제어 요구 사항들이 주어지면, 이들 그룹의 물질들은 연도 가스가 환경으로 방출되기 전에 제거되어야 한다.
종래의 NOx의 연소 후 제거는 종종 선택적 촉매 반응(SCR)을 통해 수행된다. 이러한 프로세스에서, 연료 가스는 촉매 층으로 통과되며, 여기서 상기 NOx는 상승된 온도(예를 들어, 약 350℃ 내지 약 450℃)에서 NH4와 접촉하게 된다. 이러한 상호작용은 N2 및 H2O의 형성을 가져온다.
동력 발생 설비들에서 SOx 제거는 연도 가스 탈황(FGD)을 통해 수행된다. 알칼리 슬러리는 연도 가스와 접촉하게 놓여 연도 가스 내의 SOx 화합물들과 상기 슬러리 내의 알칼리 화합물들의 반응을 통해 고체 입자들의 침전이 가능하게 된다. 석고(CaSO4·2H2O)는 이러한 상호작용의 통상적인 생성물이다. FGD 프로세스들은 흔히 큰 세척 칼럼 내에서 주위 압력 부근 및 낮은 온도(예를 들어, 약 100℃ 이하)에서 일어난다.
수소 처리로 알려진 연소전의 황 제거의 선택적인 수단들도 SOx 방출을 조절하는 데 이용될 수 있다. 이러한 프로세스에서, 기체/액체 연료들은 공급 원료 내의 H2S를 제거하기 위해 주위 온도 또는 상승된 온도(예를 들어, 약 300℃ 내지 약 400℃) 및 상승된 압력(예를 들어, 약 30bar 또는 그 이상)에서 촉매층을 통과한다. 상기 H2S는 이후에 몇몇 방법들 중의 하나를 통해 원소 황 또는 황산으로 전환되어야 한다.
CO 방출을 조절하기 위해, 촉매 산화제들이 적용될 수 있다. 연도 가스는 상승된 온도(예를 들어, 약 260℃ 내지 약 500℃)에서 촉매 층 상부를 지나가며, 여기서 CO가 촉매 표면을 환원시켜 CO2로 전환된다. 동력 시스템들에 사용되는 대부분의 현대 연소 시스템들이 CO 형성을 최소화하고, 이에 따라 제거가 자주 적용되지 않도록 설계되는 점에 유의해야 한다.
폐기 가스들(예를 들어, H2S 및 COS)의 제거를 위한 다른 종래의 수단들은 가연성 부분들의 불꽃(또는 연소)을 포함한다. 이는 초기에는 간단한 프로세스가 될 수 있지만, 규제 기준에 다양한 조절된 오염 물질들을 제거하기 위해 세척 유닛들(예를 들어, FGD)을 제공하는 것과 같은 요구 사항들에 추가될 수 있다. 상기 가연성 가스들을 포함하는 스트림이 "폐기" 스트림으로 간주되지 않을 경우, 촉매 산화가 요구될 수 있다. 그러나 이는 탄화수소들을 많이 포함하는 프로세스 유체를 예열하기 위한 요구 사항뿐만 아니라 촉매를 제공하고, 상기 프로세스 스트림에 추가적으로 산소를 주입하기 위해 증가되는 비용으로 인하여 원하지 않는 작업과 비용 증가의 원인으로 이해되고 있다.
Hg, 미량의 금속들 및 미립자 물질과 같은 오염 물질들은 통상적으로 백(bag) 여과 및 전기 집전(ESP)의 결합을 이용하여 배출 가스들로부터 제거된다. 이들 프로세스들은 목표로 하는 미세한 입자 크기들과 양이온 및 음이온 화합물들의 이끌림을 위해 상기 ESP 플레이트들을 대전시키도록 요구되는 전지 에너지의 기능으로 인하여 상기 백 여과 내에서 발생되는 압력 강하에 기인하는 많은 에너지 손실을 가져온다.
가압 반-밀폐 루프 재순환 동력 사이클에서, NOx 및 SOx 조절을 위해 종래의 SCR 또는 FGD 기술을 이용하는 것은 적절하지 않을 수 있다. 현재의 장비는 주위 압력 동작 부근에 대해 설계되며, 대체로 크게 다른 프로세스 가스 조성들에 대해 설계된다. 또한, 상승된 배출 가스 압력은 알칼리 슬러리가 FGD를 위해 적용될 때에 크기 조정 및 막힘의 가능성을 증가시킨다. 이는 세척이 개방 칼럼(충전되는 것보다 크기가 큰) 내에서 일어나야 하는 것을 의미한다. SCR에 대하여, 현장의 NH3 취급에 대한 필요를 제거하는 것이 바람직하다. 더욱이, N2 및 H2O로의 NOx의 환원은 재순환하는 동작 유체의 오염의 추가적인 오염에 기여한다.
에어 프로덕트(Air Product)에 의해 제시된 "연실(lead chamber)" 개념과 같은 기술들은 가압 직접 연소 동력 사이클에서의 사용을 위해 보다 유망하지만, 이들도 상당한 단점들을 가진다. NOx 및 SOx가 과잉의 O2 및 액상 H2O의 존재에서 최종 산성 종들을 산화시킬 수 있지만, 최적의 NOx 대 SOx 비율이 완전히 조절될 수 없으며, 업스트림 프로세스의 성능에 크게 의존한다. 이는 이들 종들이 연료 유래의 불순물들인 사실에 기인한다. 최소 양의 NO2가 거의 전체의 SO3 제거를 구현하기 위해 요구될 경우, 상기 세척 칼럼 내에서의 효과적인 체류 시간이 충분한 NO를 NO2로 전환시키기 위해(뿐만 아니라 상기 NO2가 용해되도록 하기 위해) 충분하게 길어야 한다. 이는 간단한 열전달 요구 사항들에 반대되도록 요구되는 질량 전달을 만족시키기 위해 보존 칼럼이 지나친 크기 증가를 가져온다. 체류 시간을 증가시키는 대안은 상기 NO2 농도를 증가시키는 것이다. 재순환 시스템에서, 이러한 문제점을 극복하기 위한 독창적인 접근 방식이 존재한다. 이는 그 농도가 상기 재순환하는 동작 유체 내에서 향상될 수 있도록 상기 칼럼의 외부에서 NO2(또는 외부 소스를 이용한 NO2의 직접적인 첨가)의 슬립을 허용하여 실현될 수 있다. 그러나 정확하게 크기가 조절되고 제어되지 않을 경우에 이는 부식의 위험을 증가시키며, 전체적인 플랜트 방출의 원인이 된다. 또한, "연실" 상호작용들을 통해 생성된 산성 용액은 액상 용액 내로의 Hg 및 다른 미량의 금속들의 용해를 가능하게 한다. 이러한 현상은 산성 용액으로부터의 중금속들의 제거가 특별한 처리를 요구하게 되는 문제를 야기할 수 있다.
엔바이로 앰비언트(Enviro Ambient)는 NOx 및 SOx를 산들로 산화시키기 위해 오존 및 과산화수소를 적용하는 제거 메커니즘을 고안하였다. 앞서 언급한 몇몇 문제점들이 회피되지만, 이러한 특정 시스템은 상승된 압력에서 과잉의 산소 및 액상의 물의 존재 내에서 빠르게 일어나는 천연의 NOx 및 SOx 촉매 상호작용을 용이하게 활용하지 못할 수 있다. 투여되는 비용이 각 종들을 독립적으로 산화시키기 위한 다중의 스테이지들에 대한 필요성에 의해 증가된다. 결과는 NOx 및 SOx를 제거하기 위해 필요한 고도 산화제들의 전체 양이 바람직한 경우보다 훨씬 커지는 점이다.
일산화탄소는 종종 특히 낮은 CO 형성을 목표로 하는 현대의 연소 설계들로 주어지는 동력 시스템 내의 제거를 위해서 고려되지 않는다. 그러나 CO2가 풍부한 동작 유체 내에서, CO로의 CO2의 해리는 실현 가능하며, 연소 이후의 형성을 위해 다른 경로를 제공한다. 또한, 상기 연소 프로세스의 산소 농도가 적절하게 제어되지 않을 경우, 산소 희박 환경은 연소되지 않은 탄화수소들과 함께 CO의 형성을 강하게 촉진시킬 수 있다. 이는 방출을 방지하고, 금속 탄화를 회피하도록 처리되어야 한다. 산화 촉매의 주입은 CO2로의 CO의 산화를 촉진시키는 데 효과적일 수 있지만, 이는 통상적으로 주위 온도 부근에서 매우 긴 체류 시간에서만 일어난다. 전술한 관점에서, 해당 기술 분야에서 연도 가스와 같은 가스 상태의 스트림 내의 다양한 오염 물질들의 제거를 위해 적합한 다른 시스템들 및 방법들에 대한 필요성이 남아 있다.
본 발명은, 다양한 측면들에서, 다양한 프로세스 유체들의 정제에 유용한 시스템들 및 방법들과 관련된다. 특히, 본 발명은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 연도 가스들과 같은 가스들을 포함하는 가압된 연소 생성물들의 정제와 관련될 수 있다. 예를 들면, 상기 시스템들 및 방법들은 특히 SOx, NOx, 탄화수소들, CO 및 다른 가연성 가스들과 같은 가스들의 제거에 유용할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 시스템들 및 방법들은 액체들, 고체들, 또는 수은, 미량의 금속들 및 미립자들과 같은 반고체들의 제거에 유용할 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 시스템들 및 방법들은 폭넓게 다양한 방출들의 제거를 위해 효과적일 수 있으며, 이에 따라 방출 규정들을 만족시키거나 및/또는 정제되는 프로세스 유체 내의 다양한 물질들의 존재와 연관된 부식의 증가되는 속도를 회피하기에 유리하다. 본 발명의 정제 실시예들은 천연 가스 연소 사이클들, 합성 가스(예를 들어, 석탄으로부터의) 연소 사이클들, 동작 유체(working fluid)로서 CO2를 사용하는 반-밀폐 동력 생산 사이클들, 그리고 다른 가압된 연소 시스템들에 적용될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 실시예들에 있어서, 상승된 압력에서 재순환하는(또는 재순환하지 않는) 동작 유체의 처리를 요구하는 임의의 시스템에 본 발명에서 개시되는 시스템들 및 방법들이 수행될 수 있다.
본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들에 있어서, 가압된 터빈 배출은 전열식 열교환기(recuperative heat exchanger)로 들어가며, 여기서 냉각된다. 상기 가압된 터빈 배출은, 예를 들면, NOx, SOx, CO, O2, CO2, H2O, 연소되지 않은 탄화수소들, H2 및 다른 가연성의 비-탄화수소 가스들뿐만 아니라 Hg, 다른 미량의 금속들, 그리고 다른 미립자들 중의 임의의 하나 또는 그 이상을 함유할 수 있다. 한 가지 구성에서, 흐름은 물의 이슬점 아래로 냉각될 수 있으며, 상기 배출 내에 응축물이 형성된다. 액체의 형성 이전에, 상기 배출은 흡수제나 입상 활성화 탄소(GAC)와 같은 흡착제를 통해 기체상으로 여과되며, 여기서 Hg의 일부, 미량의 금속들(예를 들어, 바나듐 및/또는 비소) 및 미립자들이 포집된다. 이러한 액상들이 형성되는 실시예들에 있어서, 상기 액상은 상기 스트림이 직접 접촉식 냉각기(예를 들어, 세척기(scrubber), 혼합기(mixer), 주입기(injector) 또는 온도 조절을 위해 가스들을 수성 물질과 접촉시키기 위해 구성되는 이들과 유사한 구성 요소)가 될 수 있는 산화 반응 유닛으로 들어가기 전에 제거될 수 있다. 기상은 물의 재순환하는 스트림에 의해 주위 온도 부근까지 서서히 냉각되며, 이는 결국 냉각 타워와 같은 외부 냉각 장치에 의해 냉각된다. 상기 가스가 냉각됨에 따라, SOx 및 NOx는 촉매 상호작용 및 자유롭게 이용 가능한 산소 및 액체 물의 존재를 통해 산들로 전환된다. 상기 산들은 응축되는 터빈 배출 물 내로 석출되고, 상기 세척기의 바닥으로 하강하며, 이에 따라 이들은 상기 세척기의 액체 질량 균형의 일부로서 제거된다. 상기 기상의 가스는 잔류하는 SOx 및 NOx 함량과 무시될 정도로 CO2로 산화되었던 CO도 포함하여 상방으로 계속 이동한다.
상기 직접 접촉식 냉각기가 상기 가스를 설계 온도(as opposed for mass transfer)로 냉각시키도록 간단하게 크기가 조절되면, 상기 칼럼 내의 가스의 체류 시간이 모든 액상의 산들로의 SOx 및 NOx의 완전한 전환뿐만 아니라 CO2로의 CO의 완전한 전환이 가능해 지도록 충분히 길 필요는 없다. 센서(상기 직접 접촉식 냉각기의 업스트림(upstream)이나 다운스트림(downstream)인)는 상기 칼럼에서 정해진 슬립(slippage)으로 상기 시스템의 재순환 유체 내에서 증가되는 점을 나타낸다. 상기 종들의 하나 또는 그 이상에 대한 농도 한계가 만족되며, 상기 직접 접촉식 냉각기의 업스트림에서 및/또는 내부로 고도 산화제(advanced oxidant)의 주입이 개시된다. 상기 산화제는 벤츄리 인젝터(venturi injector)와 같은 혼합 장치를 통해 액상이나 기체상인 독립적인 스트림으로서 재순환하는 물 분사의 일부로 주입될 수 있다. 고도 산화제를 제공하는 것 이외에도, 상기 주입은 또한 상기 세척기의 주요 냉각 메커니즘에 대한 보충으로서 냉각된 물을 첨가하는 데 사용될 수 있다. 오존(O3), 과산화물(peroxide)(H2O2) 및/또는 다른 고도 산화제의 주입은 NO2로의 NO의 산화, SO3로의 SO2의 산화 및 CO2로의 CO의 산화를 촉진시키며, 이에 따라 산화 및 용해를 통한 전체 불순물 제거를 위하여 상기 세척기 내에서 요구되는 전체 체류 시간을 감소시킨다. 상기 배출 스트림 내의 다른 오염 물질들은 마찬가지로 이러한 지점에서 산화를 겪는다. 예를 들면, 연소되지 않은 탄화수소들은 CO2 및 H2O로 산화될 것이며, 다른 가연성 가스들은 CO2, SO2, NO2 및/또는 H2O를 형성하도록 산화될 것이다. 바람직한 실시예들에 있어서, 상기 고도 산화제는 물이 존재할 때에 산 침전을 실질적으로 방지하기 위하여 상기 직접 접촉식 냉각기에 또는 그로부터 바로 업스트림에서 주입된다. 그러나 다양한 실시예들에서, 상기 고도 산화제는 터빈 배출로부터 다운스트림인 하나 또는 그 이상의 지점들에서 상기 직접 접촉식 냉각기 내로의 진입까지 주입될 수 있다. 이는 특히 CO에 대해 보다 높은 산화 속도를 구현하는 데 유리할 수 있다. 상기 고도 산화제는 유리하게 상기 배출 스트림 내에 존재하는 임의의 연소되지 않은 연료들 및 다른 산화 가능한 화합물들의 산화를 촉진시킨다.
선택적으로, 상기 프로세스 스트림은 상기 시스템 내의 하나 또는 그 이상의 스트림들에 의해 가열될 수 있다. 예를 들면, 상기 터빈 배출 스트림으로부터 또는 세정된 산화 후의 배기 스트림으로부터의 열이 활용될 수 있다. 이는 특히 높은 CO 농도를 갖는 프로세스 스트림을 상기 스트림이 산화 촉매 층(catalytic bed)으로 통과되기 전에 바람직한 온도까지 가열하기 위해 유리할 수 있다. 촉매 층 반응기의 유출 스트림은 이후에 배출되기 전에 유입 스트림에 대해 냉각될 수 있다.
상기 산화제는 불순물 농도들을 이들의 최대의 허용 가능한 재순환 유동 한계들 아래로 감소시키도록 충분한 비율로 계속적으로 첨가된다. 산화제의 주입은 불순물 제거를 위해 필요한 전체 체류 시간을 감소시킬 뿐만 아니라, 존재할 수 있는 반응물들이 부족한 것으로 주어질 경우에 전체 불순물 제거를 방해할 수 있는 과잉의 O2 및 NO 내의 임의의 균형을 유지한다.
고압 시스템으로서, 상기 NOx/SOx 촉매 산화는 잔류하는 NOx 및 SOx와 임의의 CO를 제거하기 위한 연마 단계로 기능하는 고도 산화제 주입으로서 대부분의 산성 가스 제거의 주요 수단으로 이용된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 산화 반응 칼럼은 화학적 상호작용들을 위한 추가 체류 시간 없이 필요한 제거 속도를 제공하도록 조절되는 상기 고도 산화제 흐름으로 상기 재순환된 유동 가스의 냉각을 위해 크기가 조절된다. 이러한 접근 방식의 의도는 자본 경비를 한정하고, 보충 산화제들의 주입이 요구되는 경우에만 증가되는 동작 비용을 유도하는 것이다.
하나 또는 그 이상의 실시예들에 있어서, 본 발명은 프로세스 스트림 내의 하나 또는 그 이상의 종들의 산화를 위한 시스템을 제공할 수 있다. 예를 들면, 상기 시스템은, 상기 하나 또는 그 이상의 종들을 포함하는 상기 프로세스 스트림의 통과를 위해 구성되는 프로세스 스트림 라인; 상기 프로세스 스트림을 수용하도록 구성되는 산화 반응 유닛; 상기 산화 반응 유닛에 대한 물의 통과를 위해 구성되는 물 투입 라인; 상기 프로세스 스트림 라인, 상기 물 라인 및 상기 산화 반응 유닛의 하나 또는 그 이상에 대한 고도 산화제의 통과를 위해 구성되는 고도 산화제 라인; 상기 산화 반응 유닛으로부터 물의 제거를 위해 구성되는 물 유출 라인; 그리고 상기 산화 반응 유닛으로부터 생성물의 제거를 위해 구성되는 생성물 라인을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 시스템은 임의의 순서와 숫자로 결합될 수 있는 다음 사항들의 하나 또는 그 이상과 관련하여 정의될 수 있다.
상기 프로세스 라인 내의 상기 하나 또는 그 이상의 종들은 산성 가스, 일산화탄소 및 탄화수소의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
상기 프로세스 라인 내의 상기 하나 또는 그 이상의 종들은 NOx, SOx, CO, 탄화수소, H2, COS 및 H2S의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
상기 산화 반응 유닛은 충전 세척 칼럼(packed scrubbing column) 또는 물 분리기가 될 수 있다.
상기 산화 반응 유닛은 대향하는 구성으로 상기 물 및 상기 프로세스 스트림을 수용하도록 구성될 수 있다.
상기 고도 산화제는 반응성 산소 종들을 인-시튜(in situ)로 제공하기에 적합한 O2 외의 물질을 포함할 수 있다.
상기 고도 산화제는 히드록실 라디칼(hydroxyl radical) 또는 퍼히드록실 라디칼(perhydroxyl radical)의 인-시튜 형성을 위해 적합한 물질을 포함할 수 있다.
상기 고도 산화제는 표준 수소 전극(Normal Hydrogen Electrode: NHE)에 대해 0.96볼트 이상 큰 환원 전위를 갖는 물질을 포함할 수 있다.
상기 고도 산화제는 과산화물(peroxide)들, 초산화물(superoxide)들, 오존(ozone), 할로-산화물(halo-oxide)들 및 이들의 결합들로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
상기 고도 산화제는 XzOy의 화학식을 가지는 할로-산화물 화합물이 될 수 있으며, 여기서 X는 Cl, Br, 또는 I이고: X가 Cl인 경우, z는 1이고, y는 1, 2, 3, 또는 4이며; X가 Br인 경우, z는 1이고, y는 1, 2, 3, 또는 4이며; X가 I인 경우, z는 1이고, y는 3이다.
상기 시스템은 상기 산화 반응 유닛으로부터 업스트림에 필터 유닛을 포함할 수 있다.
상기 시스템은 상기 생성물 라인과 함께 배치되고, 상기 생성물 라인 내의 상기 하나 또는 그 이상의 종들의 농도를 측정하도록 구성되는 분석기를 포함할 수 있다.
상기 시스템은 상기 분석기와 함께 배치되고, 상기 고도 산화제 라인을 통한 상기 고도 산화제의 통과를 조절하도록 구성되는 제어기를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 본 발명은 동력 생산을 위한 시스템을 제공할 수 있다. 예를 들면, 상기 시스템은, 탄화수소 연료, 산화제 및 압축된 CO2를 포함하는 스트림를 수용하기 위해 구성되고, 연소 프로세스 스트림의 산출을 위해 구성되는 연소기; 동력을 생성하고, 터빈 배출 프로세스 스트림을 산출하기 위해 상기 연소 프로세스 스트림을 팽창시키도록 구성되는 터빈; 상기 터빈 배출 프로세스 스트림을 냉각시키고, 냉각된 프로세스 스트림을 산출하도록 구성되는 열교환기; 그리고 재순환 스트림을 수용하도록 구성되는 압축기를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 동력 생산을 위한 시스템은 여기에 달리 설명되는 프로세스 스트림 내의 하나 또는 그 이상의 종들의 산화를 위한 시스템과 결합되어, 상기 산화 반응 유닛이 상기 열교환기로부터 업스트림이고, 상기 압축기로부터 다운스트림에 위치한다.
일부 실시예들에 있어서, 본 발명은 프로세스 스트림 내의 하나 또는 그 이상의 종들을 산화시키기 위한 방법을 제공할 수 있다. 예를 들면, 상기 방법은, 상기 하나 또는 그 이상의 종들을 포함하는 상기 프로세스 스트림을 제공하는 단계; 상기 하나 또는 그 이상의 종들을 포함하는 상기 프로세스 스트림이 수성 스트림과 혼합되도록 상기 하나 또는 그 이상의 종들을 포함하는 상기 프로세스 스트림을 산화 반응 유닛으로 통과시키는 단계; 상기 하나 또는 그 이상의 종들을 포함하는 상기 프로세스 스트림을 상기 산화 반응 유닛 내부 및 상기 산화 반응 유닛으로부터의 업스트림의 하나 또는 모두에서 고도 산화제와 접촉시키는 단계; 상기 산화 반응 유닛으로부터 물을 인출하는 단계; 그리고 상기 산화 반응 유닛으로부터 생성물 스트림을 인출하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 하나 또는 그 이상의 종들의 적어도 일부는 상기 고도 산화제에 의해 산화된다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 방법은 임의의 순서와 숫자로 결합될 수 있는 다음 사항들의 하나 또는 그 이상과 관련하여 정의될 수 있다.
상기 프로세스 라인 내의 하나 또는 그 이상의 종들은 산성 가스, 일산화탄소 및 탄화수소의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
상기 프로세스 라인 내의 상기 하나 또는 그 이상의 종들은 NOx, SOx, CO, 탄화수소, H2, COS 및 H2S의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
상기 산화 반응 유닛은 충전 세척 칼럼 또는 물 분리기가 될 수 있다.
상기 산화 반응 유닛은 상기 산화 반응 유닛은 대향하는 구성으로 상기 물 및 상기 프로세스 스트림을 수용하도록 구성될 수 있다.
상기 고도 산화제는 반응성 산소 종들을 인-시튜로 제공하기에 적합한 O2 외의 물질을 포함할 수 있다.
상기 고도 산화제는 히드록실 라디칼 또는 퍼히드록실 라디칼의 인-시튜 형성을 위해 적합한 물질을 포함할 수 있다.
상기 고도 산화제는 표준 수소 전극(NHE)에 대해 0.96볼트 이상 큰 환원 전위를 갖는 물질을 포함할 수 있다.
상기 고도 산화제는 과산화물들, 초산화물들, 오존, 할로-산화물들 및 이들의 결합들로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
상기 고도 산화제는 XzOy의 화학식을 가지는 할로-산화물 화합물이며, 여기서 X는 Cl, Br, 또는 I이고: X가 Cl인 경우, z는 1이고, y는 1, 2, 3, 또는 4이며; X가 Br인 경우, z는 1이고, y는 1, 2, 3, 또는 4이며; X가 I인 경우, z는 1이고, y는 3이다.
상기 방법은 상기 산화 반응 유닛으로부터 인출되는 상기 물의 적어도 일부를 물 소스로 재순환시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 생성물 스트림 내의 상기 하나 또는 그 이상의 종들의 농도를 측정하기 위해 상기 재순환 스트림을 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 생성물 스트림 내에서 측정된 상기 하나 또는 그 이상의 종들의 농도에 기초하여 상기 프로세스 스트림에 접촉하는 상기 고도 산화제의 농도를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 본 발명은 특히 동력 생산을 위한 방법을 제공할 수 있으며, 예를 들면, 상기 방법은, 하나 또는 그 이상의 종들을 포함하는 연소 프로세스 스트림을 형성하도록 압축된 CO2의 존재에서 산화제로 연료를 연소시키는 단계; 동력을 생성하고, 터빈 배출 프로세스 스트림을 산출하도록 상기 연소 프로세스 스트림을 터빈 내에서 팽창시키는 단계; 그리고 냉각된 프로세스 스트림을 생성하도록 상기 터빈 배출 프로세스 스트림을 전열식 열교환기 내에서 냉각시키는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 동력 생산을 위한 방법은 여기에 달리 설명되는 프로세스 스트림 내의 하나 또는 그 이상의 종들을 산화시키기 위한 방법과 결합되어, 상기 산화 반응 유닛을 통과한 상기 하나 또는 그 이상의 종들을 포함하는 프로세스 스트림이 상기 전열식 열교환기로부터 제공되는 상기 냉각된 프로세스 스트림을 포함한다. 이러한 방법은 임의의 순서와 숫자로 결합될 수 있는 다음 사항들의 하나 또는 그 이상과 관련하여 더 정의될 수 있다.
상기 방법은 미립자, 수은, 바나듐 및 비소의 하나 또는 그 이상을 제거하기 위해 상기 터빈 배출 스트림 및 상기 전열식 열교환기로부터의 상기 냉각된 프로세스 스트림의 하나 또는 모두를 여과하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 CO2를 포함하는 스트림을 상기 연소기에 대한 투입을 위해 적합한 압력까지 압축시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 CO2를 포함하는 압축된 스트림이 상기 터빈 배출 프로세스 스트림에 대해 가열되도록 상기 CO2를 포함하는 압축된 스트림을 상기 전열식 열교환기로 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 연소 생성물 스트림이 하나 또는 그 이상의 종들의 제거를 위해 처리되는 동력 생산의 흐름도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 프로세스 스트림이 하나 또는 그 이상의 종들의 제거를 위해 처리되는 시스템의 흐름도이며,
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 동력 생산 및 하나 또는 그 이상의 종들의 제거를 위해 프로세스 스트림의 처리를 위한 방법의 흐름도이다.
이하에서 본 발명의 일부 측면들을 본 발명의 모든 구현예들은 아니지만 일부 구현예들이 도시되는 첨부된 도면들을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 실제로, 본 발명의 다양한 구현예들은 많은 다른 형태들로 나타날 수 있으며, 여기에 설시되는 구현예들에 한정되는 것으로 이해되지는 않아야 할 것이다. 오히려, 이들 이들 구현예들은 본 발명이 철저하고 완전해지며, 해당 기술 분야의 숙련자에게 본 발명의 범주를 완전히 전달하기 위해 제공된다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 바에 있어서, "일", "한", "하나" 등의 단수 표현은 본문에 명백하게 다르게 기재되지 않는 한 복수의 대상들을 포함한다.
하나 또는 그 이상의 실시예들에 있어서, 본 발명은 프로세스 스트림으로부터 하나 또는 그 이상의 종들의 제거를 위한 방법들과 시스템들을 제공한다. 여기에 사용되는 바에 있어서, "종들(species)"이라는 용어는 프로세스 스트림 내에 존재할 수 있고, 이들로부터 제거가 바람직할 수 있는 임의의 불순물, 대기 유해 물질, 오염원, 또는 폐기 물질을 포괄할 수 있다. 상기 제거를 위한 종들은 특히 산성 가스들, 일산화탄소, 연소되지 않은 탄화수소들 또는 다른 연소되지 않은 연료들, 다른 가연성 물질들, 금속들 그리고 다른 미립자들을 포함할 수 있다. 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 제거를 위해 적합한 종들의 제한적이지 않은 예들은 NOx, SOx, CO, 탄화수소들(예를 들어, 메탄), H2, COS, H2S, NH3, 수은, 바나듐, 비소 및 그을음(soot)을 포함한다.
본 발명의 시스템들 및 방법들은 특히 동력 발생 사이클 내에서 프로세스 스트림으로부터 하나 또는 그 이상의 종들의 제거에 사용되기에 적합하다. 보다 상세하게는, 상기 동력 발생 사이클은 고압의 재순환 동작 유체(working fluid)(예를 들어, CO2 순환 유체 또는 다른 순환 유체)를 갖는 사이클이 될 수 있다. 본 발명이 적용될 수 있는 예시적인 동력 생산 시스템들 및 방법들은 그 개시 사항들이 여기에 참조로 포함되는 Allam 등에게 허여된 미국 특허 제8,596,075호, Allam 등에게 허여된 미국 특허 제8,776,532호, Palmer 등에게 허여된 미국 특허 제8,869,889호, Allam 등에게 허여된 미국 특허 제8,959,887호, Palmer 등에게 허여된 미국 특허 제8,986,002호, Palmer 등에게 허여된 미국 특허 제9,410,481호, Allam 등에게 허여된 미국 특허 제9,523,312호, Allam 등에게 허여된 미국 특허 제9,546,814호, 그리고 Palmer 등의 미국 특허출원 공개 제2013/0118145호에 기재되어 있다. 이와 같이, 본 발명에 개시되는 시스템들 및 방법들은 상기 참조 문헌들에 기재된 구성 요소들 및/또는 동작 조건들의 임의의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 그 이상의 동력 생산 실시예들에 있어서, 재순환 동작 유체는 여기에 달리 설명되는 바와 같이 H2O, CO2 및 하나 또는 그 이상의 다른 종들로 구성되는 고압이고 고온인 유체 스트림(stream)을 발생시키기 위해 연료 및 산화제와 함께 연소기 내로 도입되며, 상기 유체 스트림은 팽창 터빈을 구동시키고, 터빈 배출을 형성도록 구성된다. 연소 생성물들과 순환하는 동작 유체의 이러한 혼합물은 특히 NOx, SOx, CO 등과 같은 산성 가스들 및 연소되지 않은 연료(예를 들어, 메탄)를 포함할 수 있다. 비록 연소 프로세스에서의 이용을 위해 특히 적합하지만, 본 발명이 하나 또는 그 이상의 불순물들, 특히 하나 또는 그 이상의 산성 가스들을 포함하는 임의의 프로세스 스트림의 처리와 관련되는 점이 이해될 것이다. 이와 같이, "프로세스 스트림(process stream)"이라는 용어는 상기 스트림이 여기에 상세하게 설명되는 방법들 및 시스템들을 통해 제거 대상이 되는 산성 가스(또는 여기에 달리 설명되는 바와 같은 다른 종들)를 포함하도록 프로세스에서 생성되는 임의의 스트림을 의미하는 것으로 의도된다. 따라서, 여기에 사용되는 바와 같은 프로세스 스트림은 동력 생산 프로세스로부터의 연소기 배출 스트림 또는 터빈 배출 스트림이 될 수 있다. 비록 본 발명에서 연소 프로세스와 관련하여 방법들과 시스템들이 더 설명될 수 있지만, 이러한 설명은 예시적인 것이고, 예시적인 실시예와 관련되는 본 발명의 전체적인 설명을 제공하도록 의도된 것이며, 프로세스 스트림들 arising from 다른 프로세스들로부터 야기되는 프로세스 스트림들에 대한 개시되는 방법들과 시스템들의 적용의 배제하거나 거부하도록 의도되는 것은 아니다.
하나 또는 그 이상의 실시예들에 있어서, 하나 또는 그 이상의 종들의 제거를 위한 프로세스 스트림은, 바람직하게는 가압된다. 예를 들면, 상기 프로세스 스트림은 약 1.5bar 또는 그 이상, 약 2bar 또는 그 이상, 약 5bar 또는 그 이상, 약 10bar 또는 그 이상, 약 20bar 또는 그 이상, 혹은 약 50bar 또는 그 이상의 압력(예를 들어, 현대의 공학 기기들에 부합되는 압력까지, 예를 들면 300bar, 400bar, 또는 500bar까지의 압력)에 있을 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 상기 프로세스 스트림은 약 1.5bar 내지 약 500bar, 약 2bar 내지 약 400bar, 약 5bar 내지 약 300bar, 또는 약 10bar 내지 약 100bar의 압력에 있을 수 있다. 다양한 반응들이 압력에 의존적인 속도들로 진행될 수 있는 것으로 이해되기 때문에, 하나 또는 그 이상의 종들의 제거를 위한 산화를 구현하는 능력은 본 발명에 따라 특히 증가된 압력에서 동작하는 동안에 유리할 수 있다. 예를 들면, 증가된 압력에서 동작시키는 것은 반응 활성이 압력의 세제곱의 함수인 경우에 반응을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 특히 증가된 압력에서 동작하는 능력으로 인해 반응 화학에서 비선형적인 개량들을 제공하기에 유리할 수 있다.
상기 하나 또는 그 이상의 종들의 제거 이전에 상기 프로세스 스트림은 바람직하게는 회수 또는 다른 수단들을 통하여 실질적으로 주위 이상의 온도로 냉각된다. 동력 생산 사이클과 관련된 실시예들에 있어서, 상기 프로세스 스트림이 냉각을 겪은 후에 상기 프로세스 스트림의 적어도 일부는 유입된 연료 및 산화제와의 질량 균형을 유지하기 위해 배출되어야 하며, 나머지는 상기 시스템 내로 다시 재순환될 것이다. 이에 따라 재순환 및/또는 배출이 일어나기 전에 상기 동작 유체로부터 연소 유래의 물과 주로 SOx 및 NOx인 산성 가스와 대기 유해 물질뿐만 아니라 일산화탄소 및 임의의 연소되지 않은 탄화수소들을 제거하는 것이 바람직하다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 프로세스 스트림을 고도 산화제(advanced oxidant)의 도입 전에 냉각시키는 것이 유리할 수 있다. 예를 들면, 상기 고도 산화제가가 도입되는 프로세스 스트림은 약 500℃ 이하, 약 400℃ 이하, 약 300℃ 이하, 약 200℃ 이하, 또는 약 100℃ 이하의 온도에서(예를 들어, 최소는 대략 주위 온도)에 있을 수 있다. 그러나 산화 반응들이 다양한 온도들에서 수행되는 것이 가능하다. 따라서 다양한 실시예들에서, 상기 고도 산화제는 약 1000℃ 내지 약 50℃; 약 1000℃ 내지 약 100℃; 약 1000℃ 내지 약 200℃; 약 500℃ 내지 약 30℃; 약 400℃ 내지 약 50℃; 약 300℃ 내지 약 100℃; 약 200℃ 내지 약 30℃; 약 150℃ 내지 약 20℃; 약 150℃ 내지 약 30℃; 약 100℃ 내지 약 20℃; 약 90℃ 내지 약 30℃; 약 70℃ 내지 약 35℃ 등의 임의의 온도 범위에서 스트림에 도입될 수 있다.
본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들에 있어서, 상기 프로세스 스트림을 선택적으로 냉각한 후, 상기 프로세스 스트림은 산화 반응 유닛으로 통과된다. 상기 산화 반응 유닛은 상기 프로세스 스트림의 직접 접촉 냉각을 위해 구성되는 임의의 장치가 될 수 있다. 이는 이에 따라 온도 조절을 위해 가스들을 수성 물질과 접촉시키기 위하여 구성되는 세척기(scrubber), 혼합기(mixer), 주입기(injector) 또는 이와 유사한 장치가 될 수 있다. 특히, 냉각된 물의 하나 또는 다중의 스트림들(선택적으로 고도 산화제를 함유하는)은 하나 또는 다중의 지점들에서 상기 산화 반응 유닛 내로 주입된다. 상기 산화 반응 유닛은 우선적으로 다음의 기능들: 1) 주위 온도 부근까지의 상기 프로세스 스트림의 냉각; 2) 상기 프로세스 스트림으로부터의 물의 분리; 및 3) 상기 프로세스 스트림으로부터의 원하지 않는 종들(예를 들어, SOx, NOx, CO 및 연소되지 않은 탄화수소들)의 제거에 기여하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 본 발명의 시스템들 및 방법들은 하나 또는 그 이상의 여과 유닛들을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 여과 유닛은 입상 활성탄(GAC)과 같은 흡착제를 포함하며, 이러한 여과 유닛은 여기에 설명되는 바와 같은 상기 시스템 내의 하나 또는 그 이상의 관련 지점들에 배치될 수 있으며, 여기서 중금속들(예를 들어, 수은, 바나듐, 비소 등)이 고도 산화제의 도입 이전에 기체상 내에서 포집될 수 있다. 상기 여과 유닛은 상기 프로세스 스트림이 물의 이슬점까지 냉각되는 지점의 업스트립(upstream) 또는 다운스트림(downstream)에 위치할 수 있지만, 상기 여과 유닛은 바람직하게는 상기 고도 산화제가 임의의 활성 여과 구성 요소들의 비활성화를 방지하기 위해 주입될 수 있는 임의의 지점의 업스트립에 위치한다.
여기서 "가스" 및 "증기"라는 용어들이 상호교환 가능한 점이 이해될 것이다. 비록 "가스"라는 용어가 실온에서 모든 물질들이 기상인 점을 의미하고, "증기"라는 용어가 실온에서 기상 및 액상의 혼합물을 포함하는 2상의 물질을 의미하는 점은 통상적으로 유지되지만, 본 발명의 목적에서, "가스"라는 용어의 사용이 임의의 액상 물질의 존재를 배제하는 것으로 여겨지지 않아야 하며, "증기"라는 용어의 사용이 적어도 일부 액상 물질의 존재를 배제하는 것으로 여겨지지 않아야 한다. 따라서 "가스" 및 "증기"라는 용어들의 사용에서, 특별히 다르게 나타내지 않는 한은 물질의 일부가 액상이 될 수 있거나, 되지 않을 수 있는 점이 이해될 것이다.
상기 산화 반응 유닛으로 들어가기 이전에, 임의의 SO2 및 NO(연소로부터 유래되는 바와 같은)의 일부는 기상 NO/O2/SO2 반응 메커니즘들을 통해 SO3 및 NO2로 전환될 것이다. 상기 프로세스 스트림이 상기 산화 반응 유닛으로 들어가고, 물 세척(산화제 없이)의 존재에서 계속하여 냉각되면서, SO3 및 NO2가 액상의 물속에 용해될 것이다. 상기 프로세스 스트림이 상기 산화 반응 유닛을 통해 이동함에 따라 이러한 SO2 및 NO는 기체상으로 계속 산화될 것이다. 임의의 기체상의 물은 계속 냉각되면서 응축될 것이다. 이는 액상으로 H2SO4 및 HNO3의 형성 및 제거를 보다 용이하게 할 것이다. 이전에 제거되지 않았던 임의의 SOx/NOx/CO 및 탄화수소들은 상기 산화 반응 유닛 내에서 고도 산화제들에 의해 제거될 것이다. 본 발명의 시스템들 및 방법들은 상기 고도 산화제들의 소모를 감소시키도록 고유의 시스템 조건들 및 NOx/SOx/O2/H2O 반응 메커니즘들을 이용할 수 있으며, 이에 따라 상기 제거 시스템의 동작 비용을 감소시킬 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시예들에 있어서, 고도 산화제는 상기 프로세스 스트림 내의 하나 또는 그 이상의 위치들 및 하나 또는 그 이상의 온도 레벨들에서 제공될 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 고도 산화제는 상기 산화 반응 유닛 내로 직접 제공될 수 있다. 선택적으로나 추가적으로, 동일하거나 다른 고도 산화제가 상기 산화 반응 유닛으로부터 업스트림에 제공될 수 있으며, 여기서 상기 프로세스 스트림은 보다 높은 온도에 있을 수 있다. 이는 NOx, SOx 및 CO 중의 임의의 것의 선택적인 제거를 가능하게 할 수 있다. 이와 같이, "산화 반응 유닛(oxidation reaction unit)"이라는 용어의 사용이 상기 시스템 내의 산화 반응(들)의 위치를 한정하는 것으로 간주되지 않아야 하는 점이 이해될 것이다. 산화는 바람직하게는 상기 산화 반응 유닛 내에서 일어날 수 있지만, 상기 산화 반응(들)의 적어도 일부는 상기 고도 산화제(들)의 주입의 위치에 따라 상기 산화 반응 유닛으로부터 업스트림에서 일어날 수 있는 점이 이해될 것이다. 따라서, 상기 산화 반응 유닛은, 일부 실시예들에서, 상기 산화 반응 생성물들의 하나 또는 그 이상의 제거를 위한 분리 장치로서 주로 동작할 수 있다.
상기 프로세스 스트림이 동력 생산 사이클로부터의 배출 스트림인 실시예들에 있어서, 상기 동력 시스템은 바람직하게는 과잉의 산소로 높은 압력에서 동작된다. 터빈을 나가는 상기 프로세스 스트림은 0.1몰% 이상의 산소 농도로 10bar 이상의 압력에 있게 된다. 상기 터빈을 나가는 연소 가스는 열교환기 내로 직접 향해지며, 여기서 상기 산화 반응 유닛으로 제공되기 전에 실질적으로 주위 이상의 온도로 냉각된다. 연소 유래의 물 응축은 열교환기의 하부 단부에서 일어난다. 이러한 영역에서, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 SO2 및 NO의 일부는 상기 기상 NO/O2/SO2 반응 메커니즘을 통해 SO3 및 NO2로 전환된다. 이후에, SO3 및 NO2는 상기 열교환기 내에서 H2SO4 및 HNO3을 형성하도록 상기 연소 유래의 응축된 물속에 용해된다. 상기 반응 메커니즘은 다음의 반응들에 의해 나타내어질 수 있다:
반응 1 : NO＋½O2→NO2
반응 2 : 2NO2→N2O4
반응 3 : 2NO2＋H2O→HNO2＋HNO3
반응 4 : 3HNO2→HNO3＋2NO＋H2O
반응 5 : NO2＋SO2→NO＋SO3
반응 6 : NO＋SO3→H2SO4
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 처리되는 프로세스 스트림 내의 O2(연소 프로세스로부터 과잉으로 존재하거나, 상기 프로세스 스트림에 첨가되는)의 존재는 첨가되어야 하는 고도 산화제들의 양을 감소시키는 데 유리할 수 있다. 이에 따라 O2가 첨가되는 산화제일 수 있는 점-즉, O2 이외에 고도 산화제가 첨가될 수 있는 점 및 O2 대 상기 연소 생성물 스트림에 첨가되는 고도 산화제의 비율이 변화될 수 있는 점이 이해될 것이다. 이와 같이, 본 발명은 고도 산화제로서 프로세스 스트림 내의 O2의 존재 및/또는 첨가를 명백하게 배제할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 본 발명에 따라 첨가되는 상기 고도 산화제의 일부로서 간주되지 않고, O2는 프로세스 스트림 내에 0.1몰%, 0.2몰%, 0.5몰%, 1몰%, 또는 2몰%까지의 양으로 존재할 수 있다. 바람직하게는, 상기 프로세스 스트림은 O2를 포함하지 않거나, 약 0.01몰% 내지 약 2몰%, 약 0.05몰% 내지 약 1.5몰%, 또는 약 0.1몰% 내지 약 1몰%의 농도로 O2를 포함한다.
비록 과잉의 산소를 이용하는 고압 시스템이 일부 실시예들에서 바람직할 수 있지만(상술한 바와 같이), 본 발명은 또한 과잉의 산소가 존재하지 않는 시스템들을 포함하여 저압 시스템들을 포괄한다. "저압" 시스템은, 일부 실시예들에서, 2bar 이하의 압력에서의 배출로 동작하는 시스템으로 정의될 수 있다. 이러한 저압 시스템들이 NOx, SOx 및/또는 CO의 최적의 제거를 구현하기 위해 보다 많은 고도 산화제들의 투입을 요구할 수 있는 점이 이해될 것이다.
다양한 고도 산화제들이 본 발명에 따른 사용을 위해 적합할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, "고도 산화제(advanced oxidant)"라는 용어는 통상적으로 고도 산화 프로세스들에서 허용될 수 있는 것으로 인지되는 임의의 물질을 포괄할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, "고도 산화제"라는 용어는 반응성 산소 종들을 인-시튜(in-situ)로 제공하는 O2 외의 임의의 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, "고도 산화제"라는 용어는 히드록실 라디칼(hydroxyl radical)의 인-시튜 형성을 위해 구성된 임의의 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, "고도 산화제"라는 용어는 가스(들), 액체(들), 수성 염(들), 또는 용해된 고체(들)(즉, 서스펜션을 형성하는 용해된 고체(들)), 혹은 용해된 가스(들)의 형태로 임의의 분자들, 화합물들, 또는 이들의 결합을 포함할 수 있으며, 이의 환원 전위는 표준 수소 전극(Normal Hydrogen Electrode: NHE)에 대해 0.96V(볼트) 이상으로 크다. 상기 환원 전위는, 예를 들면, 3극 전위 가변기(potentiostat) 또는 유사한 장치를 이용하여 직접 측정될 수 있다. 특정한 실시예들에 있어서, "고도 산화제"라는 용어는 여기에 명백하게 예시되는 물질들의 하나 또는 임의의 결합을 포함할 수 있다.
예들로서, 본 발명에 따른 사용을 위해 적합한 고도 산화제들은 과산화물(peroxide), 초산화물(superoxide), 오존(ozone), 또는 할로-산화물(halo-oxide)의 하나 또는 그 결합을 포함할 수 있다. 할로-산화물은 XzOy의 화학식을 가지는 화합물이 될 수 있으며, 여기서 X는 Cl, Br, 또는 I이고; X가 Cl인 경우, z는 1이고, y는 1, 2, 3, 또는 4이며; X가 Br인 경우, z는 1이고, y는 1, 2, 3, 또는 4이며; X가 I인 경우, z는 1이고, y는 3이다. 예시적인 할로-산화물들에 대한 적합한 반대 이온들은 알칼리 금속들 또는 알칼리 토금속들을 포함한다. 특정한 예들로서, 반응 7 내지 반응 9는 각기 요오드산 염(iodate)(IO3 -)과 SO2, NO 및 CO 사이의 반응들을 나타낸다.
반응 7: 2IO3 - (aq)+5SO2 -2 (g)+4H2O(l)→I2(l/g)+5SO4 -2 (aq)+8H+ (aq)
반응 8: 2IO3 - (aq)+5NO- (g)+4H2O→I2(l/g)+5NO3 - (aq)+8H+ (aq)
반응 9: 2IO3 - (aq)+6CO(g)→I2(l/g)+6CO2(g)
상기 고도 산화제는 원하는 레벨의 산화를 구현하기 위해 전체 시스템 내의 하나 또는 그 이상의 위치들에서 상기 프로세스 스트림에 첨가될 수 있다. 상기 프로세스 스트림에 첨가되는 고도 산화제의 양은 제거되는 존재하는 종들의 유형, 제거되는 상기 하나 또는 그 이상의 종들의 농도, 그리고 동작 조건들의 압력에 기초할 수 있는 반응 속도론을 기초로 하여 변화될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 실시예들에 있어서, 첨가되는 고도 산화제의 농도는 상기 프로세스 스트림(상기 고도 산화제를 포함하는)의 전체 조성에 기초하여 약 0.1몰% 내지 약 20몰%의 범위 내에 있을 수 있다.
본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들에 있어서, 기상, 액상 또는 고상으로의 하나 또는 그 이상의 고도 산화제(들)가 상기 산화 반응 유닛 내에 주입될 수 있다. 상기 고도 산화제는 수성 용액 속에 제공될 수 있으며, 특히 상기 산화 반응 유닛 내로 들어가는 물 스트림에 주입될 수 있다. 바람직하게는, 상기 고도 산화제는 상기 산화 반응 유닛의 상부 섹션으로 들어간다. 하나 또는 그 이상의 가스 상태의 고도 산화제(들)는 선택적으로나 추가적으로 유입되는 프로세스 스트림의 주입에 대향되어 상기 산화 반응 유닛의 하부에 주입될 수 있다. 상기 대향되는 구성은 상기 프로세스 스트림 및 고도 산화제(들)의 혼합을 향상시키는 난류를 생성할 수 있다. 상기 고도 산화제들의 유량은 상기 산화 반응 유닛의 출구에 존재하는 제거를 위해 상기 하나 또는 그 이상의 종들의 농도에 기초하여 조정될 수 있다. 이와 같이, 상기 시스템은 특히 하나 또는 그 이상의 기제, 액체 및/또는 질량 검출기(mass detector)들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 검출기는 기체 크로마토그램(GC), 질량 분석기(MS), GC/MS, 고성능 액체 크로마토그램(HPLC), 또는 이와 유사한 것들의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 이러한 검출기는 여기서는 분석기(analyzer)로 달리 언급될 수 있다.
상기 고도 산화제들은 상기 산화 반응 유닛 내로의 주입 전에 히드록실(OH·) 및 퍼히드록실 라디칼(perhydroxyl radical)들(·HO2)과 같은 높은 반응성의 중간 생성물들을 발생시키도록 선택적으로 분해될 수 있다. 이는 제거 효율을 향상시키고, 상기 고도 산화제들의 소모를 감소시키는 데 효과적이 될 수 있다. H2O2 촉매 산화, 오존의 존재에서 촉매로의 산화, 또는 이들 방법들의 둘 또는 그 이상의 결합들과 같은 다양한 방식들로 구현될 수 있다.
예시한 실시예에 있어서, H2O2 분해를 위한 촉매 층(catalyst bed)이 H2O2를 물과 혼합하기 전에 선택적으로 설치된다. H2O2의 분해는 철, 은, 구리, 망간 및 니켈과 같은 실질적으로 순수한 금속들, 또는 다양한 철(III) 산화물들과 같은 다른 산화물들에 의해 촉진될 수 있다. H2O2의 분해는 SOx/NOx/CO 산화 속도를 향상시키는 히드록실 및 퍼히드록실 라디칼들의 높은 반응성의 중간 생성물들의 형성을 가져온다. 다른 고도 산화제들도 반응성 중간 생성물을 형성하는 분해를 위해 유사하게 처리될 수 있다. 금속의 표면상의 H2O2의 분해는 다음에 제공되는 반응들에 따라 진행될 수 있다.
반응 10: H2O2＋M＋→HO·2＋H＋＋M
반응 11: H2O2＋M→M＋＋OH·＋OH－
OH 라디칼을 통한 SOx/NOx/CO의 산화는 다음에 나타내는 반응들에 따라 진행될 수 있다.
반응 12: CO＋OH·→CO2＋H·
반응 13: NO＋OH·→HNO2
반응 14: NO＋OH·→NO2＋H·
반응 15: SO2＋OH·→HSO3
하나 또는 그 이상의 실시예들에 있어서, 본 발명은 특히 CO 산화를 위해 구성될 수 있다. 예를 들면, 보충 촉매 층이 상기 산화 반응 유닛의 업스트림에 설치될 수 있다. 오존(기체상으로 들어간 물 주입으로부터 과잉의)과 함께 상기 CO2/프로세스 스트림은 상기 보충 촉매 층을 통해 흐르며, 상기 CO를 CO2로 산화시킨다. 제한적이지 않은 예들로서, 상기 촉매는 팔라듐이나 백금과 같은 백금족 금속(PGM), 또는 CO3O4와 같은 코발트의 합금이나 산화물, 혹은 Fe-Co 혼합 산화물이 될 수 있다. 상기 보충 촉매 층의 추가는 특히 다음의 조건들 하에서 CO2로의 CO의 산화를 선택적으로 수행하기에 유용할 수 있다: 1) 상당히 낮은 온도; 2) 보다 낮은 농도의 산화제; 및 3) 유사한 반응 부피들로 해석되는 보다 짧은 체류 시간.
본 발명의 하나의 구현예로서, 동력 생산 사이클이 도 1에 예시된다. 도시된 바와 같이, 동력 생산 사이클(100)은 연소기(105)를 포함하며, 여기서 탄소질 연료 공급(107) 및 산화제 공급(109)이 발전기(117)로 동력을 생성하기 위해 터빈(115) 내에서 팽창되는 고압이고 고온인 연소 생성물 스트림(111)을 형성하도록 재순환 CO2 스트림(151)의 존재에서 연소된다. 고압의 상기 터빈(120)으로부터의 배출 스트림(119)(즉, 여기에 설명되는 바와 같은 프로세스 스트림)은 통상적으로 물, CO2 및 NOx, SOx와 CO 같은 제거를 위해 하나 또는 그 이상의 종들을 함량을 함유할 수 있는 냉각된 터빈 배출 스트림(121)을 생성하도록 전열식 열교환기(recuperative heat exchanger)(120) 냉각된다. 선택적으로, 필터 유닛(155)이 상기 터빈(119) 및 상기 열교환기(120) 사이에 위치할 수 있다. 선택적으로는, 필터 유닛(155)은 상기 연소 생성물 스트림(111)을 여과하기 위해 상기 연소기(105) 및 상기 터빈(115) 사이에 위치할 수 있다. 선택적으로는, 상기 필터 유닛(155)은 여과가 상기 스트림(119)의 부분 냉각 후이지만 상기 스트림(119) 내의 수증기의 응축이 발생될 수 있기 전에 일어나도록 상기 열교환기(120)를 통과하는 라인 내로 포함될 수 있다. 상기 스트림(121)의 전체 부분은 투입 고도 산화제 스트림(127) 및 선택적으로 투입 물 스트림(129)을 포함하는 산화 반응 유닛(125)으로 들어갈 수 있다. 물은 상기 산화 반응 유닛(125) 내에서 분리될 수 있고, 스트림(131)으로 나갈 수 있다. 실질적으로 순수한 CO2 생성물 스트림(133)이 격리 및/또는 향상된 오일 회수와 같은 이차적 사용을 위해 인출될 수 있다. 재순환 스트림(137)은 실질적으로 순수한 CO2를 포함할 수 있고, 이러한 재순환 스트림은 압축기(140) 내에서 고압의 재순환 CO2 스트림(147)을 형성하도록 압축될 수 있다. 상기 재순환 스트림(137)은 CO2가 정제 시스템의 생성물이 될 수 있는 생성물 스트림으로 간주될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 냉각된 터빈 배출 스트림(121)은 스트림(123)이 접촉 유닛(125)에 투입되는 제1 부분(fraction)이고, 스트림(124)이 상기 접촉 유닛을 우회하고 재순환 스트림(137)과 결합되는 제2 부분이 되도록 분리될 수 있다. 원할 경우, 추가적인 양의 고도 산화제가, 예를 들면, 스트림(119), 스트림(121), 스트림(123) 및 스트림(124) 중의 임의의 하나 또는 그 이상 내로 투입될 수 있다. 상기 고압의 재순환 CO2 스트림(147)은 상기 전열식 열교환기(120)로 통과되며, 여기서 상기 냉각 터빈 배출 스트림(119)에 대해 가열되고, 상기 연소기(105)에 대한 투입을 위해 스트림(151)으로 나간다. 이에 따라 상술한 사항들은 하나 또는 그 이상의 불순물들 또는 대기 유해 물질이 어떻게 프로세스 스트림으로부터 제거될 수 있는 지에 대한 하나의 예를 나타내며, 상기 프로세스 스트림이 도 1의 예에 대한 연소 생성물 스트림에 한정될 필요는 없다.
본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들에 있어서, 상기 고도 산화제가 상기 프로세스 스트림에 대해 제공되는(직접 첨가되는 수성 스트림 내의 또는 상기 산화 반응 유닛에 대해) 비율은 분석되는 다운스트림 화학적 성질의 함수로서 변화될 수 있다. 상기 고도 산화제들이 첨가되는 비용으로 인해, 상기 고도 산화제들의 화학량론적인 첨가들에 대한 정밀한 조정들을 제공하는 능력이 매우 바람직할 수 있다. 본 발명은 이에 따라 하나 또는 그 이상의 산출 스트림들의 화학적 성질이 분석되고, 상기 고도 산화제의 첨가의 비율이 상기 산출 스트림들의 하나 또는 그 이상 내의 하나 또는 그 이상의 물질들의 농도에 기초하여 조절되는 실시예들을 포괄할 수 있다.
프로세스 스트림에 대한 고도 산화제의 투입의 조절을 위한 시스템과 방법이 도 2에 예시된다. 도시된 바와 같이, 프로세스 스트림은 생산 시스템(201)으로부터 라인(221) 내에 산출된다. 상기 생산 시스템(201)은 도 1의 동력 생산 사이클(100)과 같은 동력 생산 사이클이 될 수 있지만, 상기 동력 생산 시스템(201)은 프로세스 스트림이 산출되고, 상기 프로세스 스트림이 여기에 설명되는 바와 같이 산화 반응에 수행되기 위해 적합한 하나 또는 그 이상의 종들을 포함하는 임의의 시스템이 될 수 있다.
상기 라인(221) 내의 프로세스 스트림은 여기에 달리 설명되는 바와 같이 산화 반응 유닛(225)에 투입된다. 고도 산화제 소스(260)로부터의 고도 산화제가 라인(229)을 통해 상기 산화 반응 유닛(225)에 투입된다. 선택적으로 또는 추가적으로, 상기 라인(229) 내의 고도 산화제는 상기 산화 반응 유닛(225) 내로의 통과 이전에 물 소스(270)로부터의 물과 혼합되도록 물 라인(227)으로 통과될 수 있다. 비록 예시되지는 않지만, 상기 고도 산화제 소스(260)로부터의 고도 산화제(단독으로 또는 물 소스(270)로부터의 물과 결합되어)가 상기 산화 반응 유닛(225)의 업스트림에서 라인(221) 내로 직접 투입될 수 있는 점이 이해될 것이다. 이는 상기 산화 반응 유닛(225)으로의 직접 투입에 선택적으로 또는 추가적으로 수행될 수 있다.
물은 라인(231)을 통해 상기 산화 반응 유닛(225)을 나가며, 재순환 스트림은 라인(237) 내로 나간다. 상기 재순환 스트림은 생성물 스트림으로 여겨질 수 있다. 상기 재순환 스트림은 통상적으로 상기 산화 반응의 생성물로서 및/또는 상기 프로세스 스트림(예를 들어, CO2가 동력 생산 사이클 내에서 동작 유체로 사용될 때)으로부터의 재순환된 생성물로서 CO2를 포함할 수 있다. 상기 라인(237) 내의 재순환 스트림은 CO2의 실질적으로 순수한 스트림이 될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 라인(237) 내의 재순환 스트림은 제거를 위해 하나 또는 그 이상의 종들의 함량을 포함할 수 있다. 프로세스 조건들은 제거를 위해 하나 또는 그 이상의 종들의 함량이 허용될 수 있거나, 예측될 수 있게 할 수 있다. 이는 상기 고도 산화제의 첨가가 원하는 레벨에 있는 점 또는 고도 산화제가 필요하지 않은 점을 나타낼 수 있다. 상기 하나 또는 그 이상의 종들의 농도는 분석기(280) 또는 다른 측정 장치(예를 들어, GC, MS, GC/MS, HPLC, 또는 이들과 유사한 장치)에 의해 측정될 수 있다. 상기 분석기(280)는 제어 입력(281)을 통해 제어 유닛(290)과 통신할 수 있으므로, 측정된 값이 상기 분석기(280)로부터 상기 제어 유닛(290)에 전달된다. 상기 제어 유닛(290)은 상기 시스템을 통한 질량 유량, 하나 또는 그 이상의 라인들 내의 산소 함량, 상기 생산 시스템(201) 내의 반응 화학량론, 그리고 상기 라인(237) 내의 상기 하나 또는 그 이상의 종들의 함량을 포함하는 다양한 입력들을 고려하여 하나 또는 그 이상의 미리 정해진 알고리즘들을 수행할 수 있다. 상기 제어 유닛(290)은 이후에 적어도 하나의 제어 입력(291)을 상기 물 소스(270), 상기 고도 산화제 소스(260), 상기 고도 산화제 라인(229) 및 상기 물 라인(227)의 하나 또는 그 이상에 제공할 수 있다. 예를 들면, 상기 제어 입력(291a)은 상기 고도 산화제 소스(260) 내의 펌프(도시되지 않음)를 작동시킬 수 있거나 및/또는 상기 제어 입력(291b)은 상기 물 소스(270) 내의 펌프(도시되지 않음)를 작동시킬 수 있다. 추가적으로 또는 선택적으로, 상기 제어 입력(291a)은 상기 고도 산화제 라인(229) 내의 밸브(도시되지 않음)를 작동시킬 수 있거나 및/또는 상기 제어 입력은 상기 물 라인(227) 내의 밸브(도시되지 않음)를 작동시킬 수 있다. 상기 출력 신호는 상기 산화 반응 유닛(225)으로 전달되는 라인(229) 내의 고도 산화제 및 라인(227) 내의 물의 하나 또는 모두의 보다 적거나 보다 많은 양을 가져올 수 있다. 하나 또는 그 이상의 불순물들, 오염 물질들, 또는 폐기 물질들에 대한 특정의 허용 가능한 농도 범위가 미리 설정될 수 있고, 상기 하나 또는 그 이상의 종들의 임의의 것의 농도가 상기 미리 설정된 범위를 초과함에 따라, 상기 종들의 농도를 측정하는 상기 분석기(280)가 상기 출력 신호를 제어기에 전달할 수 있으며, 이는 결국 상기 시스템 내로의 상기 고도 산화제의 적절한 주입을 위한 신호가 될 수 있다. 상기 고도 산화제의 주입은 상기 하나 또는 그 이상의 종들에 대한 허용 가능한 범위로 돌아갈 때까지 계속될 수 있으며, 이때에 상기 고도 산화제의 주입이 감소될 수 있거나 완전히 중단될 수 있다. 이러한 방식으로, 본 발명은 원하지 않는 종들의 산화 반응들 및 고압의 촉매 반응들을 동시에 이용하여 방출 제어와 관련된 자본 비용들 및 동작 비용 모두의 효율적인 비용의 조정을 제공한다.
상술한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 이에 따라 프로세스 스트림 내의 하나 또는 그 이상의 종들의 산화를 위한 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 다양한 실시예들에서 다음의 구성 요소들의 결합들을 포함할 수 있다: 하나 또는 그 이상의 다른 시스템 구성 요소들 사이의 상기 프로세스 스트림의 통과를 위한 라인들; 적어도 하나의 산화 반응 유닛(예를 들어, 충진 세척 칼럼(packed scrubbing column), 물 분리기, 또는 상기 고도 산화제를 선택적으로 포함하는 적어도 물과 상기 프로세스 스트림의 직접 혼합을 위해 구성되는 다른 구성 요소); 고도 산화제의 통과를 위한 하나 또는 그 이상의 라인들; 물의 통과를 위한 하나 또는 그 이상의 라인들; 상기 고도 산화제의 이동을 위한 하나 또는 그 이상의 펌프들; 상기 물의 이동을 위한 하나 또는 그 이상의 펌프들; 상기 고도 산화제와 물을 결합하기 위한 하나 또는 그 이상의 혼합기들; 하고도 산화제 라인을 통한 고도 산화제의 흐름을 조절하기 위한 하나 또는 그 이상의 밸브들; 상기 물 라인을 통한 물의 흐름을 조절하기 위한 하나 또는 그 이상의 밸브들; 상기 산화 반응 유닛으로부터의 생성물(예를 들어, CO2를 함유하는 스트림과 같은 재순환 스트림)의 제거를 위한 하나 또는 그 이상의 라인들; 라인을 통해 흐르는 종의 농도를 측정하거나 검출하기 위한 하나 또는 그 이상의 분석기들; 입력 신호를 수신하고 출력 신호를 전달하도록 구성되는 하나 또는 그 이상의 제어기들; 그리고 입력 및/또는 출력 신호들의 통로를 위해 구성되는 하나 또는 그 이상의 제어 라인들. 특정 실시예들에 있어서, 하나 또는 그 이상의 종들의 산화를 위한 시스템은 전체 시스템이 동력 생산 시스템이 되도록 구성 요소들을 포함할 수 있다. 이와 같이, 상기 시스템은 앞서 설명한 구성 요소들의 결합들 이외에도 다음의 구성 요소들을 포함할 수 있다: 동작 유체의 존재에서 산화제 내에서 탄화수소 연료를 연소시키고, 연소 배출 프로세스 스트림을 산출하도록 구성되는 연소기; 상기 연소 배출 프로세스 스트림을 수용하며, 동력을 생성하고 터빈 배출 프로세스 스트림을 산출하도록 상기 연소 배출 프로세스 스트림을 팽창시키도록 구성되는 터빈; 상기 터빈 배출 프로세스 스트림을 수용하고, 상기 터빈 배출 프로세스 스트림으로부터 열을 재순환 스트림으로 전달하도록 구성되는 전열식 열교환기; 재순환 스트림을 수용하고 압축하도록 구성되는 압축기 및/또는 펌프; 그리고 상기 연소기, 상기 터빈, 상기 전열식 열교환기, 상기 압축기 및/또는 펌프 사이의 상기 프로세스 스트림들 및 앞서 달리 설명되는 임의의 성분들의 통과를 위한 라인들. 상술한 구성 요소들의 임의의 것이 프로세스 스트림을 수용하도록 구성되는 적어도 하나의 입력 및/또는 프로세스 스트림을 전달하도록 구성되는 적어도 하나의 출력을 포함할 수 있는 점이 이해될 것이다.
본 발명은 프로세스 스트림 내의 하나 또는 그 이상의 종들의 산화를 위한 방법을 더 제공할 수 있다. 이러한 방법은 다음에 상세하게 설명하는 바와 같이 도 3과 관련하여 정의될 수 있다. 동작 305에서, 탄화수소 연료가 연소기 배출 프로세스 스트림을 생성하도록 압축된 CO2의 존재에서 산소 내에서 연소된다. 동작 310에서, 상기 연소기 배출 프로세스 스트림이 동력과 나가는 터빈 배출 프로세스 스트림을 생성하도록 터빈 내에서 팽창된다. 동작 315에서, 상기 터빈 배출 프로세스 스트림이 냉각된 프로세스 스트림을 생성하도록 전열식 열교환기 내에서 냉각된다. 동작 305, 동작 310 및 동작 315가 상기 산화 방법이 동력 생산 방법과 결합되어 수행되는 실시예들에서 수행될 수 있는 점이 이해될 것이다. 따라서 동작 305, 동작 310 및 동작 315는 다른 동작들로 대체될 수 있으며, 이에 따라 냉각된 프로세스 스트림이 제공된다. 동작 320에서, 상기 냉각된 프로세스 스트림이 상기 냉각된 프로세스 스트림으로부터 하나 또는 그 이상의 종들을 제거하도록 산화 반응 유닛으로 통과된다. 동작 325에서, 상기 산화 반응 유닛으로부터 물을 인출하고, 선택적으로 물의 적어도 일부를 물 소스로 재순환시킨다. 동작 330에서, CO2를 포함하는 재순환 스트림이 상기 산화 반응 유닛으로부터 인출된다. 상기 재순환 스트림은 상기 CO2가 생성물이 될 수 있는 생성물 스트림으로 간주될 수 있다. 동작 335에서, 상기 재순환 스트림의 일부가 상기 연소기에 대한 투입을 위해 적합한 압력까지 압축된다. 동작 340에서, 상기 압축된 재순환 스트림이 상기 터빈 배출 프로세스 스트림에 대해 가열되도록 상기 전열식 열교환기로 통과된다. 동작 345에서, 재가열된 재순환 스트림이 상기 연소 동작 305에서의 사용을 위해 상기 압축된 CO2로 상기 연소기로 통과된다. 동작 335, 동작 340 및 동작 345가 상기 산화 방법이 동력 생산과 결합되어 수행되는 실시예들에서 수행될 수 있는 점이 이해될 것이다. 따라서 동작 335, 동작 340 및 동작 345는 생략될 수 있거나, 다른 동작들로 대체될 수 있다. 동작 316(동작 320 전에 또는 동시에 수행되는)에서, 고도 산화제가 상기 하나 또는 그 이상의 종들을 산화시키도록 상기 냉각된 프로세스 스트림 내로(직접 또는 상기 산화 반응 유닛 내로) 주입된다. 동작 331에서, 상기 재순환 스트림이 제거되었던 상기 하나 또는 그 이상의 종들의 농도를 평가하도록 분석된다. 동작 332에서, 상기 주입되는 고도 산화제의 농도가 상기 재순환 스트림 내의 측정에 따라 상기 종들의 농도에 기초하여 조정된다. 동작 333에서, 상기 재순환 스트림의 적어도 일부가 배출된다(격리 또는 다른 최종 사용을 위한 제거를 포함할 수 있다).
본 발명의 많은 변형들과 다른 실시예들은 앞서의 설명들 및 관련 도면들에서 제시된 교시들의 이점을 가지는 것으로 본 발명이 속하는 해당 기술 분야의 숙련자에게 이해될 것이다. 이에 따라, 본 발명이 개시된 특정한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 변형들과 다른 실시예들도 특허청구범위의 범주 내에 속하도록 의도되는 점이 이해될 것이다. 비록 특정 용어들이 여기에 사용되지만, 이들 용어들은 일반적이고 서술적인 의미로만 사용되며, 제한적인 목적으로 사용되는 것은 아니다.

Claims (31)

  1. 프로세스 스트림(process stream) 내의 하나 또는 그 이상의 종들의 산화를 위한 시스템에 있어서, 상기 시스템은,
    상기 하나 또는 그 이상의 종들을 포함하는 상기 프로세스 스트림의 통과를 위해 구성되는 프로세스 스트림 라인;
    상기 프로세스 스트림을 수용하도록 구성되는 산화 반응 유닛;
    상기 산화 반응 유닛에 대한 물의 통과를 위해 구성되는 물 투입 라인;
    상기 프로세스 스트림 라인, 상기 물 라인 및 상기 산화 반응 유닛의 하나 또는 그 이상에 대한 고도 산화제(advanced oxidant)의 통과를 위해 구성되는 고도 산화제 라인;
    상기 산화 반응 유닛으로부터의 물의 제거를 위해 구성되는 물 유출 라인; 및
    상기 산화 반응 유닛으로부터의 생성물의 제거를 위해 구성되는 생성물 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 프로세스 라인 내의 상기 하나 또는 그 이상의 종들은 산성 가스, 일산화탄소 및 탄화수소의 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 프로세스 라인 내의 상기 하나 또는 그 이상의 종들은 NOx, SOx, CO, 탄화수소, H2, COS 및 H2S의 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 산화 반응 유닛은 충전 세척 칼럼(packed scrubbing column) 또는 물 분리기인 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 산화 반응 유닛은 대향하는 구성으로 상기 물 및 상기 프로세스 스트림을 수용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 고도 산화제는 반응성 산소 종들을 인-시튜(in situ)로 제공하기에 적합한 O2 외의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 고도 산화제는 히드록실 라디칼(hydroxyl radical) 또는 퍼히드록실 라디칼(perhydroxyl radical)의 인-시튜 형성을 위해 적합한 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 고도 산화제는 표준 수소 전극(Normal Hydrogen Electrode: NHE)에 대해 0.96볼트 이상 큰 환원 전위를 갖는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 고도 산화제는 과산화물(peroxide)들, 초산화물(superoxide)들, 오존(ozone), 할로-산화물(halo-oxide)들 및 이들의 결합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 고도 산화제는 XzOy의 화학식을 가지는 할로-산화물 화합물이고, 여기서 X는 Cl, Br, 또는 I이며:
    X가 Cl인 경우, z는 1이고, y는 1, 2, 3, 또는 4이며;
    X가 Br인 경우, z는 1이고, y는 1, 2, 3, 또는 4이며;
    X가 I인 경우, z는 1이고, y는 3인 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 산화 반응 유닛으로부터 업스트림(upstream)에 필터 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 생성물 라인과 함께 배치되고, 상기 생성물 라인 내의 상기 하나 또는 그 이상의 종들의 농도를 측정하도록 구성되는 분석기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 분석기와 함께 배치되고, 상기 고도 산화제 라인을 통한 상기 고도 산화제의 통과를 조절하도록 구성되는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 동력 생산을 위한 시스템에 있어서, 상기 시스템은,
    탄화수소 연료, 산화제 및 압축된 CO2를 포함하는 스트림를 수용하기 위해 구성되고, 연소 프로세스 스트림의 산출을 위해 구성되는 연소기;
    동력을 생성하고, 터빈 배출 프로세스 스트림을 산출하기 위해 상기 연소 프로세스 스트림을 팽창시키도록 구성되는 터빈;
    상기 터빈 배출 프로세스 스트림을 냉각시키고, 냉각된 프로세스 스트림을 산출하도록 구성되는 열교환기; 및
    재순환 스트림을 수용하도록 구성되는 압축기를 포함하며,
    상기 동력 생산을 위한 시스템은 제1항에 따른 프로세스 스트림 내의 하나 또는 그 이상의 종들의 산화를 위한 시스템과 결합되어, 상기 산화 반응 유닛이 상기 열교환기로부터 업스트림이고, 상기 압축기로부터 다운스트림(upstream)에 위치하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 프로세스 스트림 내의 하나 또는 그 이상의 종들을 산화시키기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,
    상기 하나 또는 그 이상의 종들을 포함하는 상기 프로세스 스트림을 제공하는 단계;
    상기 하나 또는 그 이상의 종들을 포함하는 상기 프로세스 스트림이 수성 스트림과 혼합되도록 상기 하나 또는 그 이상의 종들을 포함하는 상기 프로세스 스트림을 산화 반응 유닛으로 통과시키는 단계;
    상기 하나 또는 그 이상의 종들을 포함하는 상기 프로세스 스트림을 상기 산화 반응 유닛 내부 및 상기 산화 반응 유닛으로부터의 업스트림의 하나 또는 모두에서 고도 산화제와 접촉시키는 단계;
    상기 산화 반응 유닛으로부터 물을 인출하는 단계; 및
    상기 산화 반응 유닛으로부터 생성물 스트림을 인출하는 단계를 포함하며,
    상기 하나 또는 그 이상의 종들의 적어도 일부는 상기 고도 산화제에 의해 산화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 프로세스 라인 내의 하나 또는 그 이상의 종들은 산성 가스, 일산화탄소 및 탄화수소의 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 프로세스 라인 내의 상기 하나 또는 그 이상의 종들은 NOx, SOx, CO, 탄화수소, H2, COS 및 H2S의 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 산화 반응 유닛은 충전 세척 칼럼 또는 물 분리기인 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 산화 반응 유닛은 대향하는 구성으로 상기 물 및 상기 프로세스 스트림을 수용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 고도 산화제는 반응성 산소 종들을 인-시튜로 제공하기에 적합한 O2 외의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 고도 산화제는 히드록실 라디칼 또는 퍼히드록실 라디칼의 인-시튜 형성을 위해 적합한 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 고도 산화제는 표준 수소 전극(NHE)에 대해 0.96볼트 이상 큰 환원 전위를 갖는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 15 항에 있어서, 상기 고도 산화제는 과산화물들, 초산화물들, 오존, 할로-산화물들 및 이들의 결합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 고도 산화제는 XzOy의 화학식을 가지는 할로-산화물 화합물이며, 여기서 X는 Cl, Br, 또는 I이고:
    X가 Cl인 경우, z는 1이고, y는 1, 2, 3, 또는 4이며;
    X가 Br인 경우, z는 1이고, y는 1, 2, 3, 또는 4이며;
    X가 I인 경우, z는 1이고, y는 3인 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 15 항에 있어서, 상기 산화 반응 유닛으로부터 인출되는 상기 물의 적어도 일부를 물 소스로 재순환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 15 항에 있어서, 상기 생성물 스트림 내의 상기 하나 또는 그 이상의 종들의 농도를 측정하기 위해 상기 재순환 스트림을 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 생성물 스트림 내에서 측정된 상기 하나 또는 그 이상의 종들의 농도에 기초하여 상기 프로세스 스트림에 접촉하는 상기 고도 산화제의 농도를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 동력 생산을 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,
    하나 또는 그 이상의 종들을 포함하는 연소 프로세스 스트림을 형성하도록 압축된 CO2의 존재에서 산화제로 연료를 연소시키는 단계;
    동력을 생성하고, 터빈 배출 프로세스 스트림을 산출하도록 상기 연소 프로세스 스트림을 터빈 내에서 팽창시키는 단계; 및
    냉각된 프로세스 스트림을 생성하도록 상기 터빈 배출 프로세스 스트림을 전열식 열교환기(recuperator heat exchanger) 내에서 냉각시키는 단계를 포함하며,
    상기 동력 생산을 위한 방법은 제15항에 따른 프로세스 스트림 내의 하나 또는 그 이상의 종들을 산화시키기 위한 방법과 결합되어, 상기 산화 반응 유닛을 통과한 상기 하나 또는 그 이상의 종들을 포함하는 프로세스 스트림이 상기 전열식 열교환기로부터 제공되는 상기 냉각된 프로세스 스트림을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 미립자, 수은, 바나듐 및 비소의 하나 또는 그 이상을 제거하기 위해 상기 터빈 배출 스트림 및 상기 전열식 열교환기로부터의 상기 냉각된 프로세스 스트림의 하나 또는 모두를 여과하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 28 항에 있어서, CO2를 포함하는 스트림을 상기 연소기에 대한 투입을 위해 적합한 압력까지 압축시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 CO2를 포함하는 압축된 스트림이 상기 터빈 배출 프로세스 스트림에 대해 가열되도록 상기 CO2를 포함하는 압축된 스트림을 상기 전열식 열교환기로 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021006560A1 (ko) 2019-07-08 2021-01-14 주식회사 엘지화학 열 폭주 현상 발생 시 냉각수가 내부로 투입될 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 에너지저장장치

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2996904C (en) * 2015-09-01 2021-11-02 8 Rivers Capital, Llc Systems and methods for power production using nested co2 cycles
CN212102011U (zh) * 2019-06-28 2020-12-08 当升科技(常州)新材料有限公司 正极材料前驱体制备装置
CN114450521B (zh) 2019-08-26 2023-11-28 八河流资产有限责任公司 氧燃料燃烧过程中的火焰控制

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6162409A (en) * 1999-03-15 2000-12-19 Arthur P. Skelley Process for removing Nox and Sox from exhaust gas
JP2005046819A (ja) * 2003-07-31 2005-02-24 Nittetsu Mining Co Ltd 一酸化炭素含有気体の処理方法及び処理装置
US7303735B2 (en) * 2003-10-17 2007-12-04 The Boc Group, Inc. Process for the removal of contaminants from gas streams
DK1781400T3 (da) * 2004-08-06 2013-09-23 Alstom Technology Ltd Rensning af forbrændingsgas herunder fjernelse af co2
US8409534B2 (en) * 2007-03-28 2013-04-02 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Control of emissions
EA024852B1 (ru) 2009-02-26 2016-10-31 Палмер Лэбз, Ллк Способ и устройство для сжигания топлива при высокой температуре и высоком давлении и соответствующие система и средства
US8596075B2 (en) 2009-02-26 2013-12-03 Palmer Labs, Llc System and method for high efficiency power generation using a carbon dioxide circulating working fluid
US8986002B2 (en) 2009-02-26 2015-03-24 8 Rivers Capital, Llc Apparatus for combusting a fuel at high pressure and high temperature, and associated system
JP2012519076A (ja) * 2009-03-02 2012-08-23 カレラ コーポレイション ガス流複合汚染物質制御システムおよび方法
AU2010279703A1 (en) * 2009-08-03 2012-02-23 Fmc Corporation Activation of reactive compound with catalyst
US8869889B2 (en) 2010-09-21 2014-10-28 Palmer Labs, Llc Method of using carbon dioxide in recovery of formation deposits
US9410481B2 (en) 2010-09-21 2016-08-09 8 Rivers Capital, Llc System and method for high efficiency power generation using a nitrogen gas working fluid
DE102011115365A1 (de) * 2010-10-19 2012-04-19 Alstom Technology Ltd. Kraftwerk
US9546814B2 (en) 2011-03-16 2017-01-17 8 Rivers Capital, Llc Cryogenic air separation method and system
AU2012332494B2 (en) 2011-11-02 2016-07-07 8 Rivers Capital, Llc Power generating system and corresponding method
US20130118145A1 (en) 2011-11-11 2013-05-16 8 River Capital, LLC Hybrid fossil fuel and solar heated supercritical carbon dioxide power generating system and method
EP2812417B1 (en) 2012-02-11 2017-06-14 Palmer Labs, LLC Partial oxidation reaction with closed cycle quench
JP5936995B2 (ja) * 2012-11-26 2016-06-22 一般財団法人電力中央研究所 Ｃｏ２回収型ガス化ガス発電プラント
AU2014233697B2 (en) * 2013-03-15 2017-04-13 8 Rivers Capital, Llc System and method for high efficiency power generation using a carbon dioxide circulating working fluid
JP2014226622A (ja) * 2013-05-24 2014-12-08 バブコック日立株式会社 二酸化炭素回収システム
EP2853718B1 (en) * 2013-09-27 2020-06-24 Ansaldo Energia IP UK Limited Method of exhaust gas treatment for a gas turbine system and exhaust gas treatment assembly
EP2883593A1 (en) * 2013-12-16 2015-06-17 Linde Aktiengesellschaft Method for removing contaminants from exhaust gases
CN106669324A (zh) * 2017-03-03 2017-05-17 南京嘉源润新环保科技有限公司 烟气减排处理系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021006560A1 (ko) 2019-07-08 2021-01-14 주식회사 엘지화학 열 폭주 현상 발생 시 냉각수가 내부로 투입될 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 에너지저장장치

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