KR20200010861A - 산성가스 포집 장치 및 이를 이용한 산성가스 포집 방법 - Google Patents

산성가스 포집 장치 및 이를 이용한 산성가스 포집 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산성가스 포집 장치 및 이를 이용한 산성가스 포집 방법에 관한 것으로써 보다 상세하게는, 흡수탑에서 이산화탄소와 결합된 흡수제를 탈거탑으로 분산 공급함으로써 공정 효율을 향상시킬 수 있는 산성가스 포집 장치 및 이를 이용한 산성가스 포집 방법에 관한 발명이다.

Description

산성가스 포집 장치 및 이를 이용한 산성가스 포집 방법{Acid gas collection system and acid gas collection method using the same}
본 발명은 산성가스 포집 장치 및 이를 이용한 산성가스 포집 방법에 관한 것으로써 보다 상세하게는, 흡수탑에서 이산화탄소와 결합된 흡수제를 탈거탑으로 분산 공급함으로써 공정 효율을 향상시킬 수 있는 산성가스 포집 장치 및 이를 이용한 산성가스 포집 방법에 관한 발명이다.
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 일정으로 석유화학 공정 중 개질공정에서 적용된 바 있는 기술적 신뢰성이 확보된 기술이지만 석유화학 공정가스가 아닌 발전소 연소 배가스에 적용하기 위해서는 공정의 개선이 필요한 분리기술이다.
도 1에는 화학적 흡수제를 이용한 산성가스의 흡수 및 탈거 공정에 대한 일반적인 흐름도가 도시되어 있다.
냉각된 배가스는 통상적으로 40~60℃의 온도에서 흡수제와 접촉되며, 산성가스는 흡수탑(2) 내부의 화학적 흡수제와 결합한 다음, 순환되는 세척용 물(8)을 이용하여 흡수제 증기가 비말동반하는 것을 방지한 후, 흡수탑(2)에서 배출(6)된다.
배출되는 가스의 산성가스 농도는 흡수제에서의 화학 반응으로 감소시킬 수 있지만, 배출되는 가스의 산성가스 농도를 일정 농도 이하로 유지하기 위해서는 흡수탑(2)의 높이가 일정 높이 이상이 되어야 한다.
화학적 결합에 의해 산성가스를 흡수한 흡수제는 열교환기(36)를 거쳐 가열되어 탈거탑(14)의 상부로 주입된다. 흡수제의 재생은 탈거탑(14)에서 수행되며, 높은 온도(110~120℃) 및 1.3 ~ 2.0 bar 정도의 압력에서 수행된다.
재생 조건을 유지하기 위하여 발전소 스팀(130~140℃)이 리보일러(34)로 대량 공급되며, 탈거탑(14) 하부 온도가 110~120℃까지 상승하게 되고, 이 과정에서 열에너지가 소모된다.
공급되는 에너지는 흡수제에서 화학적으로 결합되어 있는 산성가스를 탈거시키고, 탈거 된 산성가스와 수증기의 혼합가스(40)는 응축기(32)에서 회수되어 수증기(42)만 선택적으로 탈거탑(14)으로 재공급된다.
탈거탑(14)은 보온물질이 표면을 덮고 있어서 상부 온도가 80~90℃로 유지된다. 산성가스가 탈거 된 흡수제는 열교환기(36)를 거쳐 40~50℃의 온도로 낮추어 흡수탑(2)으로 펌프에 의해 이송된다.
상기와 같은 산성가스의 흡수 및 탈거공정에서 흡수제의 재생(이산화탄소와 흡수제의 분리)을 위해 많은 에너지와 냉각수가 소모되므로 흡수제 재생에너지 및 냉각수 사용량을 줄이기 위한 저에너지 소비형 흡수제 개발과 공정 업그레이드가 절실히 요구되고 있다.
특히, 이산화탄소 포집 공정의 장치 및 흐름을 최적화하여 가장 경제적인 산성가스, 대표적으로 연소 반응에서 필연적으로 발생하는 이산화탄소의 포집효율을 높이고자 하는 많은 연구가 진행되고 있다.
한국 공개특허공보 제10-2016-0109392호
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 흡수탑에서 이산화탄소와 결합된 흡수제를 탈거탑으로 분산 공급함으로써 공정 효율을 향상시키는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 산성가스 포집 장치에 있어서,
이산화탄소가 포함된 배가스와 흡수제가 서로 반응하여 흡수액을 생성하는 흡수탑;
흡수탑으로부터 유출된 흡수액을 분산시키는 분산기;
분산된 흡수액이 유동하는 유로 각각에 설치되어 흡수액을 열교환시키는 열교환기;
열교환된 흡수액이 유입되며, 흡수액에 포함된 이산화탄소가 탈거되는 탈거탑;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
분산기는,
흡수탑으로부터 유출된 흡수액을 1차분산흡수액과 나머지 분산흡수액으로 분산시키는 1차분산기;
나머지 분산흡수액을 2차분산흡수액과 3차분산흡수액으로 분산시키는 2차분산기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
열교환기는,
1차분산흡수액이 열교환되는 1차열교환기;
2차분산흡수액이 열교환되는 2차열교환기;
3차분산흡수액이 열교환되는 3차열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
탈거탑과 연동되며, 내부에 스팀이 유입되어 탈거탑으로부터 유입된 흡수액을 간접 가열시키는 리보일러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
흡수액은,
1차분산흡수액으로 10~30%, 2차분산흡수액으로 30~50%, 3차분산흡수액으로 30~50%로 분산되는 것을 특징으로 한다.
탈거탑 내부에서 재생된 흡수제를 냉각시킨 후 흡수탑으로 재유입시키는 흡수제 냉각기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
열교환기는 판상열교환기인 것을 특징으로 한다.
흡수제로는 아민계, 무기염계, 아미노산염, 암모니아수 중 어느 하나 또는 하나 이상이 혼합되어 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 산성가스 포집 장치를 이용한 산성가스 포집 방법에 있어서,
이산화탄소가 포함된 배가스와 흡수제가 흡수탑 내부에서 서로 반응하는 단계;
배가스에 포함된 이산화탄소와 흡수제가 결합된 흡수액이 흡수탑으로부터 유출되어 분산기에 의해 분산되는 단계;
분산된 흡수액 중 1차분산흡수액 반응 단계;
분산된 흡수액 중 3차분산흡수액 반응 단계;
분산된 흡수액 중 2차분산흡수액 반응 단계;
흡수제가 흡수탑으로 재유입되는 단계;를 포함한다.
배가스에 포함된 이산화탄소와 흡수제가 결합된 흡수액이 흡수탑으로부터 유출되어 분산기에 의해 분산되는 단계는,
흡수액이 1차분산기에 의해 1차분산흡수액과 나머지 분산흡수액으로 분산되는 1차분산단계;
나머지 분산흡수액이 2차분산기에 의해 2차분산흡수액과 3차분산흡수액으로 분산되는 2차분산단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
분산된 흡수액 중 1차분산흡수액 반응 단계는,
1차열교환기에서 탈거탑 내부에서 발생되는 혼합가스와 1차분산흡수액이 열교환되는 단계;
1차분산흡수액과 혼합가스에 포함되어있던 증기가 탈거탑 내부로 유입되는 단계;
탈거탑 내부로 유입된 1차분산흡수액이 리보일러로 이동하여 리보일러로 공급되는 스팀에 의해 간접 가열되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
혼합가스는 증기 및 이산화탄소를 포함하는 것을 특징으로 한다.
1차열교환기에서 탈거탑 내부에서 발생되는 혼합가스와 1차분산흡수액이 열교환되는 단계에서, 혼합가스의 온도는 1차분산흡수액의 온도보다 높은 것을 특징으로 한다.
1차열교환기에서 탈거탑 내부에서 발생되는 혼합가스와 1차분산흡수액이 열교환되는 단계는,
1차열교환기에서의 열교환에 의해 1차분산흡수액이 승온되는 단계;
열교환에 의해 1차분산흡수액에 포함된 이산화탄소 중 일정량의 이산화탄소가 1차분산흡수액으로부터 탈거되는 단계;
열교환에 의해 혼합가스에 포함된 전체 이산화탄소가 혼합가스에 포함된 증기로부터 완전 분리되는 단계;
혼합가스에 포함된 증기가 열교환기 내부로 유입되는 냉각수에 의해 간접 냉각되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
1차분산흡수액과 혼합가스에 포함되어있던 증기가 탈거탑 내부로 유입되는 단계에서, 1차분산흡수액은 일정량의 이산화탄소가 탈거된 상태인 것을 특징으로 한다.
1차분산흡수액과 혼합가스에 포함되어있던 증기가 탈거탑 내부로 유입되는 단계에서, 혼합가스에 포함되어 있던 증기는 냉각수에 의해 간접 냉각된 후 응축기에 의해 응축된 응축물 상태인 것을 특징으로 한다.
1차분산흡수액과 혼합가스에 포함되어있던 증기가 탈거탑 내부로 유입되는 단계에서, 탈거탑 내부로 유입되는 혼합가스의 증기와 1차순반흡수액의 온도는 혼합가스의 온도보다 낮은 것을 특징으로 한다.
탈거탑 내부로 유입된 1차분산흡수액이 리보일러로 이동하여 리보일러로 공급되는 스팀에 의해 간접 가열되는 단계에서는,
스팀에 의한 간접 가열에 의해 1차분산흡수액에 포함된 흡수제가 1차분산흡수액에 포함되는 물 및 탈거되지 못한 나머지 이산화탄소로부터 분리되는 것을 특징으로 한다.
1차분산흡수액에 포함되는 물 및 탈거되지 못한 나머지 이산화탄소로부터 분리된 흡수제는 탈거탑 내부로 유입되는 것을 특징으로 한다.
1차분산흡수액에 포함되는 흡수제가 분리된 물 및 나머지 이산화탄소는 탈거탑 내부로 유입되어 1차열교환기에서 1차분산흡수액과 열교환되는 혼합가스가 되는 것을 특징으로 한다.
분산된 흡수액 중 3차분산흡수액 반응 단계는,
3차열교환기에서 탈거탑 내부의 흡수제와 3차분산흡수액이 열교환되는 단계;
3차열교환기에서의 열교환에 의해 3차분산흡수액이 승온되어 탈거탑 중앙부로 유입되는 단계;
탈거탑 내부로 유입된 3차분산흡수액이 리보일러로 이동하여 리보일러로 공급되는 스팀에 의해 간접 가열되는 단계;
스팀에 의한 간접가열에 의해 3차분산흡수액에 포함된 흡수제가 3차분산흡수액에 포함되는 물 및 이산화탄소로부터 분리되는 단계;
3차분산흡수액에서 흡수제가 분리된 물 및 이산화탄소가 탈거탑 내부로 유입되어 1차열교환기에서 1차분산흡수액과 열교환되는 혼합가스가 되는 단계;
3차분산흡수액에 포함되어 물 및 이산화탄소로부터 분리된 흡수제가 탈거탑 내부로 유입되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
3차열교환기에서 탈거탑 내부의 흡수제와 3차분산흡수액이 열교환되는 단계에서, 흡수제의 온도는 3차분산흡수액의 온도보다 높은 것을 특징으로 한다.
분산된 흡수액 중 2차분산흡수액 반응 단계는,
2차열교환기에서 2차분산흡수액과 탈거탑 내부의 흡수제가 열교환되는 단계;
2차열교환기에서의 열교환에 의해 2차분산흡수액이 승온되어 탈거탑 중앙부로 유입되는 단계;
2차분산흡수액이 리보일러로 이동하여 리보일러로 공급되는 스팀에 의해 간접 가열되는 단계;
스팀에 의한 간접가열에 의해 2차분산흡수액에 포함된 흡수제가 2차분산흡수액에 포함되는 물 및 이산화탄소로부터 분리되는 단계;
2차분산흡수액에서 흡수제가 분리된 물 및 이산화탄소가 탈거탑 내부로 유입되어 1차열교환기에서 1차분산흡수액과 열교환되는 혼합가스가 되는 단계;
2차분산흡수액에 포함되어 물 및 이산화탄소로부터 분리된 흡수제가 탈거탑 내부로 유입되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
2차열교환기에서 2차분산흡수액과 탈거탑 내부의 흡수제가 열교환되는 단계에서 흡수제의 온도는 2차분산흡수액의 온도보다 높은 것을 특징으로 한다.
3차열교환기에서 3차분산흡수액을 열교환시킨 흡수제는 1차분산흡수액, 2차분산흡수액 및 3차분산흡수액에 포함되어 물 및 이산화탄소와 분리 된 후 탈거탑 내부로 유입된 흡수제인 것을 특징으로 한다.
2차열교환기에서 2차분산흡수액과 열교환되는 흡수제는 3차열교환기에서 3차분산흡수액을 열교환시킨 흡수제인 것을 특징으로 한다.
탈거탑의 높이방향 위치에 있어서, 일정량의 이산화탄소가 탈거된 1차분산흡수액이 탈거탑 내부로 유입되는 높이는 2차분산흡수액이 열교환 된 후 탈거탑 내부로 유입되는 높이 보다 상측이거나 동일한 것을 특징으로 한다.
2차분산흡수액이 열교환 된 후 탈거탑 내부로 유입되는 높이는 3차분산흡수액이 열교환 된 후 탈거탑 내부로 유입되는 높이보다 상측인 것을 특징으로 한다.
흡수제가 흡수탑으로 재유입되는 단계는,
2차열교환기에서 2차분산흡수액과 탈거탑 내부의 흡수제가 열교환되는 단계에서의 흡수제가 열교환 후 흡수제 냉각기에 의해 냉각되어 흡수탑으로 재유입되는 것을 특징으로 한다.
이산화탄소가 포함된 배가스와 흡수제가 흡수탑 내부에서 서로 반응하는 단계에서,
흡수탑에는 배가스에 포함된 이산화탄소와 흡수제의 접촉반응 시 발생되는 흡수제 증기가 비말동반하는 것을 방지하기 위한 세척용 물이 유입되는 것을 특징으로 한다.
이산화탄소가 제거된 배가스는 흡수탑 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 흡수탑에서 이산화탄소와 결합된 흡수제를 탈거탑으로 분산 공급함으로써 공정 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 산성가스 포집 장치의 개념도.
도 2는 본 발명의 산성가스 포집 장치의 개념도.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
본 발명은 산성가스 포집 장치 및 이를 이용한 산성가스 포집 방법에 관한 것으로써 보다 상세하게는, 흡수탑에서 이산화탄소와 결합된 흡수제를 탈거탑으로 분산 공급함으로써 공정 효율을 향상시킬 수 있는 산성가스 포집 장치 및 이를 이용한 산성가스 포집 방법에 관한 발명이다.
도 2에는 본 발명의 산성가스 포집 장치의 개념도가 도시되어 있다.
연소 후 배기가스에 포함된 산성가스를 포집하기 위한 본 발명의 포집 장치는, 이산화탄소가 포함된 배가스와 흡수제가 서로 접촉 반응하여 흡수액을 생성하는 흡수탑(2)과, 상기 흡수탑(2)으로부터 유출된 상기 흡수액을 분산시키는 분산기(16, 18)와, 분산된 상기 흡수액이 유동하는 유로 각각에 설치되어 상기 흡수액을 열교환시키는 열교환기(20, 22, 24)와, 열교환 된 상기 흡수액이 유입되며 상기 흡수액에 포함된 상기 이산화탄소가 탈거되는 탈거탑(14)과, 상기 탈거탑과 연동되며 내부에 스팀이 유입되어 상기 흡수액으로부터 분산된 2차분산흡수액(28)과 3차분산흡수액(30) 및 일정량의 이산화탄소가 탈거된 1차분산흡수액(26)을 간접 가열시키는 리보일러(34)를 포함하여 구성된다.
이산화탄소를 포함하고 있는 화학공정가스 및 연소 배가스는 상기 흡수탑(2)에서 발생되는 압력강하를 극복하기 위해 팬을 이용하여 배가스 냉각기로 보내지며, 상기 배가스는 통상적으로 40~60℃의 온도로 냉각된다.
냉각된 상기 배가스는 배가스 유입구(4)를 통하여 상기 흡수탑(2) 내부로 유입되며, 상기 흡수탑(2) 내부에 구비된 상기 흡수제와 접촉된다.
상기 흡수제로는 아민계, 무기염계, 아미노산염, 암모니아수 중 어느 하나 또는 하나 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 배가스 중 이산화탄소는 상기 흡수제와 접촉되어 45~55℃ 정도의 흡수액을 생성하게 되고, 이산화탄소를 빼앗긴 상기 배가스는 상기 이산화탄소와 상기 흡수제의 접촉 반응 시 발생되는 흡수제 증기가 비말동반하는 것을 방지하기 위해 세척용 물 유입구(8)로부터 유입되는 세척용 물을 거친 후 배가스 유출구(6)를 통하여 상기 흡수탑(2) 외부로 배출된다.
상기 흡수탑(2) 내부에서 생성된 흡수액은 상기 흡수탑(2) 외부로 유출되어 분산기(16, 18)에 의해 복수 개의 유로로 분산된다.
상기 흡수액은 상기 배가스에 포함되어 있던 이산화탄소와, 상기 흡수탑(2) 상부에서 공급되며 일정량의 물을 포함하는 흡수제가 접촉반응 된 상태를 말한다.
상기 분산기(16, 18)는 상기 흡수탑(2)으로부터 유출된 상기 흡수액을 1차분산흡수액(26)과 나머지 분산흡수액으로 분산시키는 1차분산기(16)와, 상기 나머지 분산흡수액을 2차분산흡수액(28)과 3차분산흡수액(30)으로 분산시키는 2차분산기(18)를 포함한다.
상기 흡수액의 분산 시 상기 1차분산흡수액(26)은 10~30%, 상기 2차분산흡수액(28)은 30~50%, 상기 3차분산흡수액(30)은 30~50%로 분산된다.
상기와 같이 분산된 상기 흡수액이 유동하는 유로 각각에는 상기 흡수액을 열교환시키는 열교환기(20, 22, 24)가 설치된다.
상기 열교환기(20, 22, 24)는 상기 1차분산흡수액(26)이 열교환되는 1차열교환기(20)와, 상기 2차분산흡수액(28)이 열교환되는 2차열교환기(22)와, 상기 3차분산흡수액(30)이 열교환되는 3차열교환기(24)를 포함한다.
상기 열교환기(20, 22, 24)는 판상열교환기(△T : 5~10℃)일 수 있다.
각각의 상기 열교환기(20, 22, 24)에서 열교환 된 상기 1차분산흡수액(26), 상기 2차분산흡수액(28) 및 상기 3차분산흡수액(30)은 상기 탈거탑(14)으로 유입된 후 상기 리보일러(34)로 유입되어 이산화탄소가 탈거되어진다.
하기에서는 상기와 같이 구성되는 산성가스 포집 장치를 이용한 포집 방법을 설명하도록 한다.
본 발명의 산성가스 포집 방법은,
이산화탄소가 포함된 배가스와 상기 흡수제가 상기 흡수탑(2) 내부에서 서로 반응하는 단계;
상기 배가스에 포함된 이산화탄소와 상기 흡수제가 결합된 흡수액이 상기 흡수탑(2)으로부터 유출되어 상기 분산기(16, 18)에 의해 분산되는 단계;
분산된 상기 흡수액 중 1차분산흡수액(26) 반응 단계;
분산된 상기 흡수액 중 3차분산흡수액(30) 반응 단계;
분산된 상기 흡수액 중 2차분산흡수액(28) 반응 단계;
흡수제가 상기 흡수탑(2)으로 재유입되는 단계;를 포함하여 진행된다.
상기 이산화탄소가 포함된 배가스와 상기 흡수제가 상기 흡수탑(2) 내부에서 서로 반응하는 단계에서는, 상기 배가스 중 이산화탄소가 상기 흡수탑(2) 내부의 흡수제와 접촉되어 45~55℃ 정도의 상기 흡수액을 생성하게 되고, 이산화탄소를 빼앗긴 상기 배가스는 상기 이산화탄소와 상기 흡수제의 접촉 반응 시 발생되는 흡수제 증기가 비말동반하는 것을 방지하기 위해 세척용 물 유입구(8)로부터 유입되는 세척용 물을 거친 후 배가스 유출구(6)를 통하여 상기 흡수탑(2) 외부로 배출된다.
상기 배가스에 포함된 이산화탄소와 상기 흡수제가 결합된 흡수액이 상기 흡수탑(2)으로부터 유출되어 분산기(16, 18)에 의해 분산되는 단계는,
상기 흡수액이 상기 1차분산기(16)에 의해 1차분산흡수액(26)과 나머지 분산흡수액으로 분산되는 1차분산단계;
상기 나머지 분산흡수액이 상기 2차분산기(18)에 의해 2차분산흡수액(28)과 3차분산흡수액(30)으로 분산되는 2차분산단계;를 포함하여 진행된다.
상기 흡수액이 상기와 같이 분산되면, 상기 분산된 상기 흡수액 중 1차분산흡수액(26) 반응 단계와 상기 분산된 상기 흡수액 중 3차분산흡수액(30) 반응 단계가 각각 또는 동시에 진행된다.
먼저, 상기 분산된 상기 흡수액 중 1차분산흡수액(26) 반응 단계는,
1차열교환기에서 상기 탈거탑 내부에서 발생되는 혼합가스와 상기 1차분산흡수액이 열교환되는 단계;
상기 1차분산흡수액(26)과 상기 혼합가스(40)에 포함되어있던 증기가 상기 탈거탑(14) 내부로 유입되는 단계;
상기 탈거탑(14) 내부로 유입된 상기 1차분산흡수액(26)이 리보일러(34)로 이동하여 상기 리보일러(34)로 공급되는 스팀에 의해 간접 가열되는 단계; 를 포함하여 진행된다.
상기 1차열교환기(16)에서는 상기 탈거탑(14) 내부에서 발생되어 상기 1차열교환기(16)로 이동된 혼합가스(40)와 상기 1차분산흡수액(26)이 서로 열교환된다. 상기 혼합가스(40)는 증기 및 이산화탄소를 포함한다.
상기 혼합가스(40)와 상기 1차분산흡수액(26)이 서로 열교환되는 단계에서, 상기 혼합가스(40)의 온도는 상기 1차분산흡수액(26)의 온도보다 높은 것으로, 상기 혼합가스(40)의 온도는 85~95℃가 되고, 상기 1차분산흡수액(26)의 온도는 상기 흡수액의 온도인 45~55℃가 된다.
상기 1차열교환기에서 상기 탈거탑 내부에서 발생되는 혼합가스와 상기 1차분산흡수액이 열교환되는 단계는,
상기 1차열교환기에서의 열교환에 의해 상기 1차분산흡수액이 승온되는 단계;
열교환에 의해 상기 1차분산흡수액(26)에 포함된 이산화탄소 중 일정량의 이산화탄소가 상기 1차분산흡수액(26)으로부터 탈거되는 단계;
열교환에 의해 상기 혼합가스(40)에 포함된 전체 이산화탄소가 상기 혼합가스에 포함된 증기로부터 완전 분리되는 단계;
상기 혼합가스(40)에 포함된 증기가 상기 1차열교환기(20) 내부로 유입되는 냉각수에 의해 간접 냉각되는 단계;를 포함하여 진행된다.
상기 1차열교환기(20)에서의 열교환에 의해 상기 1차분산흡수액(26)이 승온되고, 이에 따라 상기 1차분산흡수액(26)에 포함된 이산화탄소 중 일정량의 이산화탄소가 상기 1차분산흡수액(26)으로부터 탈거되며, 상기 혼합가스(40)에 포함된 전체 이산화탄소가 상기 혼합가스(40)에 포함된 증기로부터 완전 분리된다.
이산화탄소와 분리된 상기 혼합가스(40) 포함되어있던 증기는 상기 1차열교환기(20) 내부로 유입되는 냉각수에 의해 간접 냉각된다.
이후, 상기 1차분산흡수액(26)과 상기 혼합가스(40)에 포함되어 있던 증기가 상기 탈거탑(14) 내부로 유입되는 단계에서, 상기 1차분산흡수액(26)은 일정량의 이산화탄소가 탈거된 상태로 상기 탈거탑(14) 내부로 유입되며, 상기 혼합가스(40)에 포함되어 있던 증기는 상기 냉각수에 의해 간접 냉각된 후 응축기(32)에 의해 응축된 응축물(42) 상태로 상기 탈거탑(14) 내부로 유입된다.
상기 혼합가스(40)에 포함된 증기로부터 분리된 이산화탄소와, 상기 1차흡수분리액(26)으로부터 탈거 된 일정량의 이산화탄소는 외부로 배출된다.
상기 탈거탑(14) 내부로 유입되는 상기 응축물(42)과 일정량의 상기 이산화탄소가 탈거 된 상기 1차분산흡수액(26)의 온도는 상기 혼합가스(40)의 온도 보다 낮은 것으로, 상기 응축물(42)과 일정량의 상기 이산화탄소가 탈거 된 상기 1차분산흡수액(26)의 온도는 80~90℃가 되고, 상기 혼합가스(40)의 온도는 85~95℃가 된다.
이후, 상기 탈거탑(14) 내부로 유입된 상기 1차분산흡수액(26)이 리보일러(34)로 이동하여 상기 리보일러(34)로 공급되는 스팀에 의해 간접 가열되는 단계에서는,
상기 탈거탑(14) 내부로 유입된 일정량의 이산화탄소가 탈거된 상기 1차분산흡수액(26)은 상기 탈거탑(14) 하단의 리보일러(34)로 이동하여 상기 리보일러(34)로 공급되는 스팀에 의해 간접 가열된다.
상기 스팀에 의한 간접 가열에 의해 상기 1차분산흡수액(26)에 포함된 흡수제는 상기 1차분산흡수액(26)에 포함되는 물 및 탈거되지 못한 나머지 이산화탄소로부터 분리된다.
상기 1차분산흡수액(26)에서 상기 흡수제가 분리된 상기 물 및 상기 나머지 이산화탄소는 80 ~ 90 ℃의 온도로 상기 탈거탑(14) 내부로 유입되어 상기 1차열교환기에서 상기 1차분산흡수액과 열교환되는 혼합가스(40)가 된다.
상기 스팀에 의한 간접 가열에 의해 상기 1차분산흡수액(26)에 포함되는 물 및 탈거되지 못한 나머지 이산화탄소로부터 분리된 상기 흡수제 또한 상기 탈거탑(14) 내부로 유입된다.
상기 응축물(42)은 상기 탈거탑(14) 내부로 유입된 2차, 3차분산흡수액(28, 30)에 합류된다.
상기 분산된 상기 흡수액 중 3차분산흡수액(30) 반응 단계는,
상기 3차열교환기(24)에서 상기 3차분산흡수액(30)과 상기 탈거탑(14) 내부의 흡수제가 열교환되는 단계;
상기 3차열교환기(24)에서의 열교환에 의해 상기 3차분산흡수액(30)이 승온되어 상기 탈거탑(14) 중앙부로 유입되는 단계;
상기 탈거탑(14) 내부로 유입된 상기 3차분산흡수액(30)이 리보일러(34)로 이동하여 상기 리보일러(34)로 공급되는 스팀에 의해 간접 가열되는 단계;
상기 스팀에 의한 간접 가열에 의해 상기 3차분산흡수액(30)에 포함된 흡수제가 상기 3차분산흡수액(30)에 포함되는 물 및 이산화탄소로부터 분리되는 단계;
상기 3차분산흡수액(30)에서 상기 흡수제가 분리된 상기 물 및 이산화탄소가 상기 탈거탑(14) 내부로 유입되어 상기 1차열교환기(20)에서 상기 1차분산흡수액(26)과 열교환되는 혼합가스(40)가 되는 단계;
상기 3차분산흡수액(30)에 포함되어 물 및 이산화탄소로부터 분리된 흡수제가 상기 탈거탑(14) 내부로 유입되는 단계;를 포함하여 진행된다.
상기 3차열교환기(24)에서는 상기 탈거탑(14) 내부에서 발생되어 상기 3차열교환기(16)로 이동된 흡수제와 상기 3차분산흡수액(30)이 서로 열교환된다.
상기 3차열교환기(24)에서의 열교환에 의해 상기 3차분산흡수액(30)은 승온되어 상기 탈거탑(14) 중앙부로 유입된다.
상기 3차분산흡수액(30)과 상기 탈거탑(14) 내부의 흡수제가 열교환되는 단계에서, 상기 탈거탑(14) 내부의 흡수제의 온도는 상기 3차분산흡수액(30)의 온도보다 높은 것으로, 상기 탈거탑(14) 내부의 상기 흡수제의 온도는 100~120℃이고, 상기 3차분산흡수액(30)의 온도는 상기 흡수액의 온도인 45~55℃이며, 승온 된 상기 3차분산흡수액(30)의 온도는 95~115℃가 된다.
상기 탈거탑(14) 내부로 유입된 상기 3차분산흡수액(30)은 상기 3차분산흡수액(30)은 내부가 약 120℃인 상기 리보일러(34)로 이동하여 상기 리보일러(34)로 공급되는 스팀에 의해 간접 가열된다.
상기 스팀에 의한 간접 가열에 의해 상기 3차분산흡수액(30)에 포함된 흡수제가 상기 3차분산흡수액(30)에 포함된 물 및 이산화탄소로부터 분리된다.
상기 3차분산흡수액(30)에서 상기 흡수제가 분리된 과량의 상기 물 및 이산화탄소는 80 ~ 90 ℃의 온도로 상기 탈거탑(14) 내부로 유입되어 상기 1차열교환기(20)에서 상기 1차분산흡수액(28)과 열교환되는 혼합가스(40)가 되고, 상기 3차분산흡수액(30)에 포함되어 물 및 이산화탄소로부터 분리된 흡수제는 상기 탈거탑(14) 내부로 유입된다.
상기 분산된 상기 흡수액 중 2차분산흡수액(28) 반응 단계는,
상기 2차열교환기(22)에서 상기 2차분산흡수액(28)과 상기 탈거탑(14) 내부의 흡수제가 열교환되는 단계;
상기 2차열교환기(22)에서의 열교환에 의해 상기 2차분산흡수액(28)이 승온되어 상기 탈거탑(14) 중앙부로 유입되는 단계;
상기 탈거탑(14) 내부로 유입된 상기 2차분산흡수액(28)이 리보일러(34)로 이동하여 상기 리보일러(34)로 공급되는 스팀에 의해 간접 가열되는 단계;
상기 스팀에 의한 간접 가열에 의해 상기 2차분산흡수액(28)에 포함된 흡수제가 상기 2차분산흡수액(28)에 포함되는 물 및 이산화탄소로부터 분리되는 단계;
상기 2차분산흡수액(28)에서 상기 흡수제가 분리된 상기 물 및 이산화탄소가 상기 탈거탑(14) 내부로 유입되어 상기 1차열교환기(20)에서 상기 1차분산흡수액(26)과 열교환되는 혼합가스(40)가 되는 단계;
상기 2차분산흡수액에 포함되어 물 및 이산화탄소로부터 분리된 흡수제가 상기 탈거탑 내부로 유입되는 단계;를 포함하여 진행된다.
상기 2차열교환기(22)에서는, 상기 3차열교환기(24)에서 상기 3차분산흡수액(30)과 열교환 후 상기 2차열교환기(22)로 유입되는 흡수제와 상기 2차분산흡수액(28)이 서로 열교환된다.
상기 2차열교환기(22)에서의 열교환에 의해 상기 2차분산흡수액(28)은 승온되어 상기 탈거탑(14) 상부로 유입된다.
상기 2차분산흡수액(28)과 상기 탈거탑(14) 내부의 흡수제가 열교환되는 단계에서, 상기 탈거탑(14) 내부의 흡수제의 온도는 상기 2차분산흡수액(28)의 온도보다 높은 것으로, 상기 탈거탑(14) 내부의 상기 흡수제의 온도는 90~110℃이고, 상기 2차분산흡수액(28)의 온도는 상기 흡수액의 온도인 45~55℃이며, 승온 된 상기 2차분산흡수액(28)의 온도는 85~105℃가 된다.
상기 탈거탑(14) 내부로 유입된 상기 2차분산흡수액(28)은 상기 리보일러(34)로 이동하여 상기 리보일러(34)로 공급되는 스팀에 의해 간접 가열된다.
상기 스팀에 의한 간접 가열에 의해 상기 2차분산흡수액(28)에 포함된 흡수제가 상기 2차분산흡수액(28)에 포함된 물 및 이산화탄소로부터 분리된다.
상기 2차분산흡수액(28)에서 상기 흡수제가 분리된 과량의 상기 물 및 이산화탄소는 80 ~ 90 ℃의 온도로 상기 탈거탑(14) 내부로 유입되어 상기 1차열교환기(20)에서 상기 1차분산흡수액(28)과 열교환되는 혼합가스(40)가 되고, 상기 2차분산흡수액(28)에 포함되어 물 및 이산화탄소로부터 분리된 흡수제는 상기 탈거탑(14) 내부로 유입된다.
상기 탈거탑(14)의 높이방향 위치에 있어서, 일정량의 이산화탄소가 탈거된 상기 1차분산흡수액(26)이 상기 탈거탑(14) 내부로 유입되는 높이는 상기 2차분산흡수액(28)이 열교환 된 후 상기 탈거탑(14) 내부로 유입되는 높이 보다 상측이거나 동일하게 위치하게 되는데, 이는 상기 2차분산흡수액(28)의 온도를 이용하여 상기1차분산흡수액(26)에 포함된 이산화탄소 탈거를 촉진시키기 위함이며, 상기 혼합가스(40)로부터 분리되어 상기 탈거탑(14) 상부로 유입되는 응축물(42)을 이용하여 상기 2차분산흡수액(28)이 이산화탄소와 함께 탈거탑(14) 상부로 비말동반되는 것을 방지하기 위함이다.
상기 2차분산흡수액(28)이 열교환 된 후 상기 탈거탑(14) 내부로 유입되는 높이는 상기 3차분산흡수액(30)이 열교환 된 후 상기 탈거탑(14) 내부로 유입되는 높이보다 상측에 위치하게 된다.
상기 3차분산흡수액(30)에 포함되는 물 및 이산화탄소로부터 분리되어 상기 탈거탑(14)으로 유입되는 흡수제, 상기 2차분산흡수액(28)에 포함되는 물 및 이산화탄소로부터 분리되어 상기 탈거탑(14)으로 유입되는 흡수제 및 상기 1차분산흡수액(26)에 포함되는 물 및 이산화탄소로부터 분리되어 상기 탈거탑(14)으로 유입되는 흡수제는 상기 탈거탑(14)의 최하부로 이동되며, 상기 탈거탑(14)의 최하부에서 서로 합쳐져 상기 3차열교환기(24)에서 상기 3차분산흡수액(30)과 열교환되는 흡수제가 된다.
상기 2차열교환기(22)에서 상기 2차분산흡수액(28)과 열교환되는 흡수제는 상기 3차열교환기(24)에서 상기 3차분산흡수액과 열교환되는 흡수제가 된다.
따라서, 상기 3차열교환기에서 상기 3차분산흡수액(30)과 열교환되는 흡수제의 온도가 상기 2차열교환기(22)에서 상기 2차분산흡수액(28)과 열교환되는 흡수제의 온도보다 높다.
상기 2차열교환기(28)에서 상기 2차분산흡수액(28)과 열교환 된 흡수제는 상기 흡수제가 상기 흡수탑(2)으로 재유입되는 단계에서 흡수제 냉각기(12)에 의해 냉각되어 상기 흡수탑(2)으로 재유입된다.
상기와 같은 본 발명의 포집 공정은 1차열교환기(20)에서 열교환 후 상기 탈거탑(14) 내부로 유입되는 응축물(42)과 일정량의 이산화탄소가 탈거된 상기 1차분산흡수액(26), 상기 2차분산흡수액(28) 및 상기 3차분산흡수액(30)이 상기 탈거탑(14)의 높이 방향으로 서로 다른 위치 및 서로 다른 온도로 유입되기 때문에 상기 탈거탑(14) 내부 전체의 온도 구배를 최적화하여 상기 2차분산흡수액(28) 및 상기 3차분산흡수액(30)에 포함된 흡수제의 재생반응이 탈거탑(14) 내부 전체에서 효율적으로 일어날 수 있게 된다.
즉, 탈거탑(14) 내부 인터히팅(inter-heating)을 통하여 상기 2차분산흡수액(28) 및 상기 3차분산흡수액(30)에 포함된 이산화탄소와 흡수제를 분리한 후 이산화탄소와 흡수제의 재결합을 방지하여 흡수제 재생에너지 사용량을 저감하고, 상기 1차분산흡수액(26)과 혼합가스(40)와의 열교환 후 냉각수를 이용하여 상기 혼합가스(40)에 포함된 증기를 냉각시킴으로써 기존에 사용되던 냉각수 사용량을 획기적으로 저감시킬 수 있게 된다.
하기에서는 본 발명의 실시예를 비교예 1, 2와 비교한 결과에 대해 설명하도록 한다.
30%wt의 모노에탄올아민을 흡수제로 이용하고, 15vol%의 이산화탄소를 포함하고 있는 40℃로 조절된 연소 배가스를 2.0m3의 유량으로 흡수탑(2) 하부에 투입하였다. 상기 흡수제의 순환량은 100ml/min, 상기 흡수탑(2)에 투입되는 흡수제의 온도는 40℃로 하였다. 상기 흡수탑(2)에서 이산화탄소를 포집한 흡수제는 흡수액 형태가 되며, 상기 흡수액(리치(rich)아민)은 상기 분산기(16, 18)를 통해 분산된다. 1차분산기(16)에 의해 분산된 1차분산흡수액(26)은 상기 탈거탑(14) 상부에 연결된 1차열교환기에서 탈거탑(14) 상부에서 발생되는 85~95℃의 혼합가스(물+이산화탄소) (40)와 열교환 된 후 상기 탈거탑(14) 상부에 80~90℃로 공급된다. 2차분산기(18)에 의해 분산된 2차분산흡수액(28)은 탈거탑(14) 하부에 연결된 2차열교환기(22)에서 중온의 흡수제(90~100℃)와 열교환 된 후 85~105℃의 온도가 되어 상기 탈거탑(14) 중앙부로 공급된다. 3차분산흡수액(30)은 탈거탑(14) 하부에 연결된 3차열교환기(24)에서 고온의 흡수제(100~120℃)와 열교환 된 후 95~115℃의 온도가 되어 상기 탈거탑(14) 중앙부로 공급된다. 상기 흡수탑(2)으로 유입되기 전과 상기 흡수탑(2)을 거친 배가스의 이산화탄소 농도를 가스 분석기로 측정하여 이산화탄소 제거율이 90%일 때의 이산화탄소 포집량(ton) 당 리보일러(34) 열사용량을 계산하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[비교예 1]
상기 실시예 1에서 흡수탑(2)을 나온 흡수액을 분산 없이 탈거탑(14)에서 나온 고온100~120℃)의 흡수제로만 열교환하여 탈거탑(14)에 공급하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 얻은 이산화탄소 제거율이 90%일 때의 이산화탄소 포집량(ton) 당 리보일러 열사용량을 표 1에 나타내였다.
[비교예 2]
30wt%의 모노에탄올아민을 흡수제로 이용하여 15vol%의 이산화탄소를 포함하고 있는 40℃로 조절된 연소 배가스를 2.0m3의 유량으로 흡수탑(2) 하부에 투입하였다. 상기 흡수제의 순환량은 100ml/min, 상기 흡수탑(2)에 투입되는 흡수제의 온도는 40℃로 하였다. 상기 흡수탑(2)에서 흡수제와 이산화탄소의 발열반응에 의해 승온 된 흡수액을 하나의 분산기를 통하여 분산하여 분산된 1차분산흡수액은 상기 탈거탑(14) 상부에 연결된 1차열교환기에서 탈거탑(14) 상부에서 발생되는 85~95℃의 혼합가스(물+이산화탄소)와 열교환 된 후 상기 탈거탑(14) 상부로 공급된다. 2차분산기에 의해 분산된 2차분산흡수액은 탈거탑(14) 하부에 연결된 2차열교환기에서 고온의 흡수제(110~120℃)와 열교환 된 후 상기 탈거탑(14) 상부로 공급된다. 상기 흡수탑(2)으로 유입되기 전과 상기 흡수탑(2)을 거친 배가스의 이산화탄소 농도를 가스 분석기로 측정하여 이산화탄소 제거율이 90%일 때의 이산화탄소 포집량(ton) 당 리보일러(43) 열사용량을 계산하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
실시 예/ 비교 예 흡수제 분산 및
탈거탑 상부에서 발생되는 혼합가스와의 열교환 여부		 냉각수 보충량
(kg/hr) 		리보일러 열사용량 (GJ/ton-CO2)
실시 예 1 1. 흡수탑에서 유출되는 흡수액을 3개의 유로로 분산 (20 % : 40 % : 40 %)
2. 1차분산흡수액과 탈거탑 상부에서 발생되는 혼합가스의 열교환 및 2차, 3차 분산흡수액과 탈거탑 내부 흡수제와의 열교환 후 탈거탑 상부와 중앙에 공급		 0.8 3.40
비교 예 1 1. 흡수탑에서 유출되는 흡수액의 분산 없음 (이외의 공정은 실시예 1과 동일) 1.2 3.85
비교 예 2 1. 흡수탑에서 유출되는 흡수액을 2개 유로로 분산 (20 % : 80 %)
2. 1차분산흡수액과 탈거탑 상부에서 발생되는 혼합가스의 열교환		 0.8 3.80
실시예 1의 경우 비교예 1과 비교하여 동일한 이산화탄소 제거효율(90%)에서 동일한 이산화탄소를 포집할 때 리보일러(34)의 열사용량이 12%, 냉각수 사용량이 33% 적게 사용되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 비교예 2와 비교하여 동일한 이산화탄소 제거효율(90%)에서 동일한 이산화탄소를 포집하는데 리보일러(34)의 열상용량이 10% 이상 저감되어 2차분산흡수액(28)보다 3차분산흡수액(30)을 통한 흡수탑(2) 인터히팅(inter-heating)이 에너지 저감에 매우 효과적임을 확인할 수 있다.
즉, 실시예 1과 비교예1의 비교 결과, 0.45GJ/ton-CO2의 소비에너지 차이가 발생하게 된다. 500MW 석탄화력발전소를 기준으로 이산화탄소를 처리할 때, 하루에 약 10,000ton의 이산화탄소가 발생하고 90%의 이산화탄소를 포집할 경우 하루 약 4,500GJ의 에너지 소비를 줄일 수 있다. 냉각수 사용량 또한 30% 이상(약 1,500 ton/일) 저감 가능하다.
이와 같은 결과를 볼 때, 동일한 이산화탄소 제거율을 기준으로 본 발명의 산성가스 포집 공정을 적용할 경우 리보일러(34)에 사용되는 스팀 및 기존에 사용되던 냉각수의 사용량이 획기적으로 감소됨을 확인할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 산성가스 포집 장치 및 이를 이용한 산성가스 포집 방법의 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
2 : 흡수탑
4 : 배가스 유입구
6 : 배가스 유출구
8 : 세척용 물 유입구
10 : 재생된 흡수제 유입구
12 : 흡수제 냉각기
14 : 탈거탑
16 : 1차분산기
18 : 2차분산기
20 : 1차열교환기
22 : 2차열교환기
24 : 3차열교환기
26 : 1차분산흡수액
28 : 2차분산흡수액
30 : 3차분산흡수액
32 : 응축기
34 : 리보일러
36 : 종래의 열교환기
38 : 종래의 흡수제
40 : 혼합가스
42 : 응축물

Claims (31)

  1. 연소 후 배기가스에 포함된 산성가스를 포집하기 위한 포집 장치에 있어서,
    이산화탄소가 포함된 배가스와 흡수제가 서로 반응하여 흡수액을 생성하는 흡수탑;
    상기 흡수탑으로부터 유출된 상기 흡수액을 분산시키는 분산기;
    분산된 상기 흡수액이 유동하는 유로 각각에 설치되어 상기 흡수액을 열교환시키는 열교환기;
    열교환 된 상기 흡수액이 유입되며, 상기 흡수액에 포함된 상기 이산화탄소가 탈거되는 탈거탑;을 포함하는 것
    을 특징으로 하는 산성가스 포집 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분산기는,
    상기 흡수탑으로부터 유출된 상기 흡수액을 1차분산흡수액과 나머지 분산흡수액으로 분산시키는 1차분산기;
    상기 나머지 분산흡수액을 2차분산흡수액과 3차분산흡수액으로 분산시키는 2차분산기;를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 산성가스 포집 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열교환기는,
    상기 1차분산흡수액이 열교환되는 1차열교환기;
    상기 2차분산흡수액이 열교환되는 2차열교환기;
    상기 3차분산흡수액이 열교환되는 3차열교환기;를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 산성가스 포집 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탈거탑과 연동되며, 내부에 스팀이 유입되어 상기 탈거탑으로부터 유입된 상기 흡수액을 간접 가열시키는 리보일러를 포함하는 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 흡수액은,
    상기 1차분산흡수액으로 10~30%, 상기 2차분산흡수액으로 30~50%, 상기 3차분산흡수액으로 30~50%로 분산되는 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탈거탑 내부에서 재생된 흡수제를 냉각시킨 후 상기 흡수탑으로 재유입시키는 흡수제 냉각기를 포함하는 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기는 판상열교환기인 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 흡수제로는 아민계, 무기염계, 아미노산염, 암모니아수 중 어느 하나 또는 하나 이상이 혼합되어 사용되는 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 산성가스 포집 장치를 이용한 포집 방법에 있어서,
    이산화탄소가 포함된 배가스와 흡수제가 흡수탑 내부에서 서로 반응하는 단계;
    상기 배가스에 포함된 이산화탄소와 상기 흡수제가 결합된 흡수액이 상기 흡수탑으로부터 유출되어 분산기에 의해 분산되는 단계;
    분산된 상기 흡수액 중 1차분산흡수액 반응 단계;
    분산된 상기 흡수액 중 3차분산흡수액 반응 단계;
    분산된 상기 흡수액 중 2차분산흡수액 반응 단계;
    흡수제가 상기 흡수탑으로 재유입되는 단계;
    를 포함하는 산성가스 포집 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배가스에 포함된 이산화탄소와 상기 흡수제가 결합된 흡수액이 상기 흡수탑으로부터 유출되어 분산기에 의해 분산되는 단계는,
    상기 흡수액이 1차분산기에 의해 1차분산흡수액과 나머지 분산흡수액으로 분산되는 1차분산단계;
    상기 나머지 분산흡수액이 2차분산기에 의해 2차분산흡수액과 3차분산흡수액으로 분산되는 2차분산단계;를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 분산된 상기 흡수액 중 1차분산흡수액 반응 단계는,
    1차열교환기에서 상기 탈거탑 내부에서 발생되는 혼합가스와 상기 1차분산흡수액이 열교환되는 단계;
    상기 1차분산흡수액과 상기 혼합가스에 포함되어있던 증기가 상기 탈거탑 내부로 유입되는 단계;
    상기 탈거탑 내부로 유입된 상기 1차분산흡수액이 리보일러로 이동하여 상기 리보일러로 공급되는 스팀에 의해 간접 가열되는 단계;
    를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 혼합가스는 증기 및 이산화탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 1차열교환기에서 상기 탈거탑 내부에서 발생되는 혼합가스와 상기 1차분산흡수액이 열교환되는 단계에서, 상기 혼합가스의 온도는 상기 1차분산흡수액의 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 1차열교환기에서 상기 탈거탑 내부에서 발생되는 혼합가스와 상기 1차분산흡수액이 열교환되는 단계는,
    상기 1차열교환기에서의 열교환에 의해 상기 1차분산흡수액이 승온되는 단계;
    열교환에 의해 상기 1차분산흡수액에 포함된 이산화탄소 중 일정량의 이산화탄소가 상기 1차분산흡수액으로부터 탈거되는 단계;
    열교환에 의해 상기 혼합가스에 포함된 전체 이산화탄소가 상기 혼합가스에 포함된 증기로부터 완전 분리되는 단계;
    상기 혼합가스에 포함된 증기가 상기 열교환기 내부로 유입되는 냉각수에 의해 간접 냉각되는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 1차분산흡수액과 상기 혼합가스에 포함되어있던 증기가 상기 탈거탑 내부로 유입되는 단계에서, 상기 1차분산흡수액은 일정량의 이산화탄소가 탈거된 상태인 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 1차분산흡수액과 상기 혼합가스에 포함되어있던 증기가 상기 탈거탑 내부로 유입되는 단계에서, 상기 혼합가스에 포함되어 있던 증기는 상기 냉각수에 의해 간접 냉각된 후 응축기에 의해 응축된 응축물 상태인 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 1차분산흡수액과 상기 혼합가스에 포함되어있던 증기가 상기 탈거탑 내부로 유입되는 단계에서,
    상기 탈거탑 내부로 유입되는 상기 혼합가스의 증기와 상기 1차순반흡수액의 온도는 상기 혼합가스의 온도 보다 낮은 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 탈거탑 내부로 유입된 상기 1차분산흡수액이 리보일러로 이동하여 상기 리보일러로 공급되는 스팀에 의해 간접 가열되는 단계에서는,
    상기 스팀에 의한 간접 가열에 의해 상기 1차분산흡수액에 포함된 흡수제가 상기 1차분산흡수액에 포함되는 물 및 탈거되지 못한 나머지 이산화탄소로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 1차분산흡수액에 포함되는 물 및 탈거되지 못한 나머지 이산화탄소로부터 분리된 흡수제는 상기 탈거탑 내부로 유입되는 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 1차분산흡수액에 포함되는 흡수제가 분리된 상기 물 및 상기 나머지 이산화탄소는 상기 탈거탑 내부로 유입되어 상기 1차열교환기에서 상기 1차분산흡수액과 열교환되는 혼합가스가 되는 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
  21. 제9항에 있어서,
    상기 분산된 상기 흡수액 중 3차분산흡수액 반응 단계는,
    3차열교환기에서 상기 탈거탑 내부의 흡수제와 상기 3차분산흡수액이 열교환되는 단계;
    상기 3차열교환기에서의 열교환에 의해 상기 3차분산흡수액이 승온되어 상기 탈거탑 중앙부로 유입되는 단계;
    상기 탈거탑 내부로 유입된 상기 3차분산흡수액이 리보일러로 이동하여 상기 리보일러로 공급되는 스팀에 의해 간접 가열되는 단계;
    상기 스팀에 의한 간접가열에 의해 상기 3차분산흡수액에 포함된 흡수제가 상기 3차분산흡수액에 포함되는 물 및 이산화탄소로부터 분리되는 단계;
    상기 3차분산흡수액에서 상기 흡수제가 분리된 상기 물 및 이산화탄소가 상기 탈거탑 내부로 유입되어 상기 1차열교환기에서 상기 1차분산흡수액과 열교환되는 혼합가스가 되는 단계;
    상기 3차분산흡수액에 포함되어 물 및 이산화탄소로부터 분리된 흡수제가 상기 탈거탑 내부로 유입되는 단계;를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 3차열교환기에서 상기 탈거탑 내부의 흡수제와 상기 3차분산흡수액이 열교환되는 단계에서, 상기 흡수제의 온도는 상기 3차분산흡수액의 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
  23. 제9항에 있어서,
    상기 분산된 상기 흡수액 중 2차분산흡수액 반응 단계는,
    2차열교환기에서 상기 2차분산흡수액과 상기 탈거탑 내부의 흡수제가 열교환되는 단계;
    상기 2차열교환기에서의 열교환에 의해 상기 2차분산흡수액이 승온되어 상기 탈거탑 중앙부로 유입되는 단계;
    상기 2차분산흡수액이 리보일러로 이동하여 상기 리보일러로 공급되는 스팀에 의해 간접 가열되는 단계;
    상기 스팀에 의한 간접가열에 의해 상기 2차분산흡수액에 포함된 흡수제가 상기 2차분산흡수액에 포함되는 물 및 이산화탄소로부터 분리되는 단계;
    상기 2차분산흡수액에서 상기 흡수제가 분리된 상기 물 및 이산화탄소가 상기 탈거탑 내부로 유입되어 상기 1차열교환기에서 상기 1차분산흡수액과 열교환되는 혼합가스가 되는 단계;
    상기 2차분산흡수액에 포함되어 물 및 이산화탄소로부터 분리된 흡수제가 상기 탈거탑 내부로 유입되는 단계;를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 2차열교환기에서 상기 2차분산흡수액과 상기 탈거탑 내부의 흡수제가 열교환되는 단계에서 상기 흡수제의 온도는 상기 2차분산흡수액의 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
  25. 제9항에 있어서,
    상기 3차열교환기에서 상기 3차분산흡수액을 열교환시킨 상기 흡수제는 상기 1차분산흡수액, 상기 2차분산흡수액 및 상기 3차분산흡수액에 포함되어 물 및 이산화탄소와 분리 된 후 상기 탈거탑 내부로 유입된 흡수제인 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 2차열교환기에서 상기 2차분산흡수액과 열교환되는 상기 흡수제는 상기 3차열교환기에서 상기 3차분산흡수액을 열교환시킨 상기 흡수제인 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
  27. 제9항에 있어서,
    상기 탈거탑의 높이방향 위치에 있어서, 일정량의 이산화탄소가 탈거된 상기 1차분산흡수액이 상기 탈거탑 내부로 유입되는 높이는 상기 2차분산흡수액이 열교환 된 후 상기 탈거탑 내부로 유입되는 높이 보다 상측이거나 동일한 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 2차분산흡수액이 열교환 된 후 상기 탈거탑 내부로 유입되는 높이는 상기 3차분산흡수액이 열교환 된 후 상기 탈거탑 내부로 유입되는 높이보다 상측인 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
  29. 제9항에 있어서,
    상기 흡수제가 상기 흡수탑으로 재유입되는 단계는,
    상기 2차열교환기에서 상기 2차분산흡수액과 상기 탈거탑 내부의 흡수제가 열교환되는 단계에서의 상기 흡수제가 열교환 후 흡수제 냉각기에 의해 냉각되어 상기 흡수탑으로 재유입되는 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
  30. 제9항에 있어서,
    상기 이산화탄소가 포함된 배가스와 흡수제가 흡수탑 내부에서 서로 반응하는 단계에서,
    상기 흡수탑에는 상기 배가스에 포함된 이산화탄소와 상기 흡수제의 접촉반응 시 발생되는 흡수제 증기가 비말동반하는 것을 방지하기 위한 세척용 물이 유입되는 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 이산화탄소가 제거된 상기 배가스는 상기 흡수탑 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 산성가스 포집 방법.
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