KR20230004591A - 통합된 암모니아-기반 탈황 및 탈탄소 장치 및 방법 - Google Patents

통합된 암모니아-기반 탈황 및 탈탄소 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 황 산화물 및 CO2를 포함하는 공정 가스의 탈황 및 탈탄소에 적용할 수 있으며, 환경 보호 분야에 속한다. 암모니아는 탈황제 및 탈탄소제로 사용된다. 가스는 먼저 탈황용 탈황 장치로 들어가 황산암모늄 비료를 생산한다. 탈황된 가스는 탈탄소 장치로 들어가 가스 내의 이산화탄소를 제거하고 중탄산암모늄 비료를 생성한다. 유리 암모니아를 포함하는 탈탄소 가스를 탈황 순환 유체로 세척한 후 물로 세척한다. 세척액은 탈황탑으로 복귀되어 탈황용 흡수제로 사용된다. 이 기술은 탈탄소 및 탈황 기술을 유기적으로 통합하고, 산성 탈황 순환 유체를 사용하여 암모니아를 세척함으로써 높은 암모니아 세척 효율을 달성하고 탈탄소 공정에서 발생하는 암모니아 슬립 문제를 해결한다. 공정이 더 간단하고, 투자 및 운영 비용이 낮고, 황산암모늄과 중탄산암모늄 비료가 공동 생산되며, 격리를 위해 모든 CO2를 지하로 다시 주입할 필요가 없다. 오히려, CO2의 일부는 요소, 소다회 등과 같은 다운스트림 제품을 생산하는 데 사용될 수 있다. 제품 믹스를 유연하게 조정할 수 있고, 부산물 암모니아를 사용할 수 있으므로, 폐기물을 폐기물로 처리하고 순환 경제를 실현할 수 있다.

Description

통합된 암모니아-기반 탈황 및 탈탄소 장치 및 방법
본 개시내용은 환경 보호의 기술 분야에 관한 것으로, 특히 암모니아를 사용하여 황 산화물 및 CO2를 제거하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
CO2 및 메탄과 같은 공기 중의 가스 종은 단파 태양 복사를 통과시킬 수 있지만, 지구 표면에서 우주 공간으로의 장파 복사를 차단할 수 있다. CO2와 같은 온실가스의 농도가 증가함에 따라, 입사에너지가 빠져나가는 에너지보다 많아져 지구 대기의 온도가 상승하게 되는데 이를 온실효과라고 한다.
이산화탄소는 가장 중요한 온실가스이며 화석연료의 사용이 주요 배출원이다. 중국의 총 CO2 배출량은 세계 1위이다. 또한 석탄을 주원으로 하는 중국의 에너지 구조는 당분간 계속될 것이며, 석탄 에너지는 여전히 신에너지를 갖는 천연 가스의 일부 저장(peak shaving)과 에너지 안보의 기반이 될 것이다. 중국은 2030년까지 탄소 배출량을 정점으로, 2060년까지 탄소 중립을 달성하겠다고 전 세계에 약속했다. 연도 가스의 CO2 포집, 저장 및 활용은 온실 가스 배출의 제어 및 감소와 온실 효과 및 지구 온난화 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 한다.
현재 전 세계적으로 채택된 주류 탄소 포집 기술은 아민법이다. 아민법의 문제점은 높은 운영비용과 처리하기 어려운 폐기물의 높은 배출이다. 새로운 탈탄소(decarbonization) 기술은 중국과 다른 국가에서 활발히 연구되었다. 암모니아법은 아민법에 비해 재생이 쉽고 운영비가 저렴하며, 탈탄소 부산물은 중탄산암모늄비료이다. 대안적으로, 탈탄소 순환 유체의 일부는 CO2를 얻기 위해 재생될 수 있으며, 이는 요소, 소다회, 폴리카보네이트 등과 같은 다운스트림 제품의 생산에 사용될 수 있고, 향상된 오일 회수, 음료 생산 및 용접을 위해 사용될 수 있고, 및 지하 또는 바다로 직접 다시 주입될 수 있다. 중탄산암모늄은 식물에 질소와 CO2를 동시에 공급할 수 있는 대표적인 복합 다영양비료로, 온실 내 토양이 없는 재배 및 식물 성장이 있는 현대 농업에 특히 적합하며, CO2 매립 및 탄소 재활용을 제공하며, 지하 탄소 저장으로 인한 잠재적인 2차 오염 및 환경 사고를 방지한다. 아민법을 이용한 탈탄소와 비교하여, 암모니아는 높은 CO2 흡수 효율과 중탄산암모늄의 재생 용이성을 제공하여 탈탄소 비용을 크게 낮춘다.
암모니아-기반 탈탄소 기술은 연구의 초점이자 온실 가스를 해결하는 가장 좋은 방법이었다. 그러나 암모니아는 휘발성이며 탈탄소는 알칼리성 조건에서 일어나야 하므로 암모니아 슬립(slip)이 증가한다. 이러한 문제를 해결하지 않으면 암모니아 슬립으로 인해 탈탄소 비용이 증가하고 2차 오염이 발생할 수 있다.
특허 CN104707451 A는 연도 가스 흡수 및 합성 장치에서 구현되는 암모니아-기반 탄소 포집 및 연도 가스로부터의 화학 합성 방법을 개시한다. 연도 가스 흡수 및 합성 장치는 연도 가스 파이프라인, 병렬로 연결된 흡수탑 및 탄화탑, 암모니아 제거탑 및 고액 분리 장치를 포함한다. 암모니아수는 연도 가스에서 CO2를 포집하기 위한 흡수제로 사용되며, 황산나트륨은 탄산나트륨 및 중탄산나트륨과 같은 화학 제품을 생산하기 위한 변환 매체로 사용된다. 탈탄소 후 암모니아가 포함된 테일 가스(tail gas)의 경우, 간단한 수세 방법을 사용하여 암모니아를 제거하므로 암모니아 슬립이 크게 발생한다.
CN201110039363.2는 암모니아-기반 공정을 사용하여 상압에서 이산화황 및 이산화탄소를 포집 및 흡수하는 시스템 및 공정을 개시하고 있으며, 여기서 탈황이 먼저 수행된 후 탈탄소가 수행되고, 복수의 열교환기가 흡수 온도를 제어하기 위한 탈황 및 탈탄소 장치에 제공된다. 동시에 농축 암모니아 수용액을 탈황 및 탈탄소용으로 먼저 사용하고 묽은 암모니아수를 탈황 및 탈탄에 사용한다. 탈탄소 후 가스는 직접 배출된다. 낮은 온도와 낮은 농도의 암모니아 수용액을 사용한 흡수는 암모니아 슬립을 만족스럽게 감소시킬 수 없다. 또한 암모니아 수용액의 농도는 너무 낮을 수 없으며, 저농도 암모니아 수용액은 많은 양의 물을 가져와 탈황 생성물로서 황산암모늄 및 탈탄소 생성물로서 중탄산암모늄의 결정화를 억제한다.
CN104874272 A는 통합된 탈황 및 이산화탄소 포집의 장치 및 방법을 개시하며, 여기서 연도 가스의 SO2는 암모니아-기반 탈황 장치에서 먼저 제거되고, 그런 다음 연도 가스는 탈탄소 탑에 들어가기 전에 직접 접촉식 냉각 장치에서 냉각된다. 탈탄소 후, 가스는 세척을 위해 물을 사용하는 암모니아 세척 탑으로 들어간다. 세척 후 연도 가스는 직접 접촉식 가열 장치로 들어가며, 여기서 일부 암모니아는 분무 접촉식 가열 공정에서 제거된다. 직접 접촉식 냉각탑에서 배출되는 수용액을 분무 접촉 용액으로 사용하고, 직접 접촉 분무 후의 용액을 냉각탑에서 냉각시켜 직접 접촉식 냉각 분무에 사용한다. 물 세척 탑에서의 암모니아 용액은 탈탄소를 위해 탈탄소 탑으로 들어가거나 암모니아 제거를 위해 스트리핑탑(stripping tower)으로 들어간다. 산성 시약인, 황산은, 암모니아 세척을 향상시키기 위해 재생 접촉식 탑에 첨가된다. 이 방법은 다음과 같은 문제가 있을 수 있다. 직접 물 세척 후 물을 탈탄소로 복귀시키면 탈탄소 시스템에 많은 물이 첨가되어, 자본 및 운영 비용이 증가한다. 황산으로 암모니아를 더 세척하면 황산이 소모된다. 접촉식 냉각 장치와 접촉식 재가열 장치를 별도로 배치해야 하는 공정이 복잡하여 자본 및 운영 비용이 많이 든다.
이러한 문제점을 감안하여, 본 발명자들은 암모니아-기반 탈황의 경험을 바탕으로 암모니아-기반 탈황 및 탈탄소의 통합 기술을 개발하였다. 탈황 공정 동안, 흡수 액체 및/또는 공정 가스의 온도는 후속 탈탄소의 온도 요구 사항을 충족하도록 냉각되고; 탈탄소 후 암모니아 함유 공정 가스는 먼저 탈황 순환 유체에 의해 흡수되고, 흡수된 순환 용액은 탈황을 위해 탈황 기능 영역으로 복귀되어, 탈황을 위해 첨가되는 암모니아의 양을 감소시키고; 탈탄소 후 배기 가스는 담수를 사용하여 추가로 세척되고, 세척 후 암모니아 함유 세척수는 또한 탈황 미립자 스크러빙(scrubbing)을 위한 세척수의 보충으로서, 탈황 기능 영역으로 복귀되고; 탈황 미립자 세정구역에서 발생하는 응축물을 막분리하여 정제하고, 생성된 정수를 암모니아 세정용 보충수로 사용하고, 초과분은 장치에서 외부 용으로 배출할 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 이점을 가질 수 있다.
1. 암모니아 함유 공정 가스를 세척하기 위해 산성 탈황 흡수 유체를 사용하여 우수한 세척 효율을 달성하고;
2. 탈황 후 공정 가스에서 암모니아를 제거하기 위해 탈황 순환 유체를 사용하고 탈황에서 암모니아 세척으로 인한 탈황 순환 유체를 직접 사용하여 공정을 단순화하고 통합된 탈황 및 탈탄소를 실현하고;
3. 암모니아 세척 후, 탈황 입자 스크러빙을 위한 보충수로 암모니아 함유 세척수를 직접 사용하여 탈황 보충수를 감소시키고;
4. 공정을 단순화하는 접촉식 냉각 장치를 별도로 제공할 필요가 없고;
5. 응축수 재활용, 멤브레인 분리를 통한 정화 후, 폐수 배출을 제거하고;
6. 회수된 황산암모늄 및 중탄산암모늄 비료, 및 탈탄소 순환 유체가 CO2를 얻기 위해 부분적으로 또는 전체적으로 재생될 수 있는 가능성이 있다. CO2는 음료 생산, 향상된 오일 회수, 용접 및 요소, 소다회, 중탄산 나트륨, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 식품-등급 CO2, CO2 가스 비료, 중탄산 칼륨 등을 포함한 다운스트림 제품의 생산에 사용할 수 있는데, 이것들은 격리를 위해 모든 CO2를 지하로 다시 주입할 필요가 없어 탄소 배출 감소를 진정으로 실현하고; 및
7. 탈황 기능 영역의 출구에서 SO2농도를 2ppm 이하로 제어할 필요가 없고 탈탄소 장치에서 탈황 기능 영역에서 제거되지 않은 황 산화물을 제거함으로써, 탈황 장치의 자본 및 운영비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 공정의 구현예에 따른 예시적인 블록 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 구현예에 따른 통합된 암모니아-기반 탈황 및 탈탄소용 장치를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 통합된 암모니아-기반 탈황 및 탈탄소용 장치의 CO2 재생 섹션을 도시한다.
도 2 및 도 3에서, 참조번호는 다음과 같은 의미를 갖는다:
- 1. 공정 가스;
- 2. 탈황 기능 영역;
- 3. 탈황 순환 펌프 1#;
- 4. 탈황 열교환기-a;
- 5. 탈황 순환 펌프-a;
- 6. 황산암모늄 배출 펌프;
- 7. 산화 공기;
- 8. 암모니아 첨가를 위한 탈황 시스템으로 이동;
- 9. 탈황 순환 물 탱크;
- 10. 탈황 순환 펌프-b;
- 11. 탈황 열교환기-b;
- 12. 탈황 후 테일 가스;
- 13. 탈황 순환 탱크;
- 14. 연도 가스 응축물;
- 15. 막 분리 장치;
- 16. 막 분리로부터 농축된 용액;
- 17. 막 분리로부터 외부로 배출되는 정제수;
- 18. 암모니아 세척 기능 영역으로 가는 정제수;
- 19. 탈탄소 기능 영역;
- 20. 미립자 세척 순환 펌프;
- 21. 탈탄소 탑용 순환 펌프;
- 22. 탈탄소 탑용 배출 펌프;
- 23. 탈탄소 후 테일 가스;
- 24. 암모니아 첨가를 위한 탈탄소 시스템으로 이동;
- 25. 암모니아 세척 기능 영역;
- 26. 암모니아 세척 기능 영역용 순환 펌프-a;
- 27. 암모니아 세척 기능 영역용 순환 펌프-b;
- 28. 암모니아 세척 물 탱크;
- 29. 암모니아 세척 물 배수;
- 30. 깨끗한 연도 가스;
- 31. 황산암모늄 고액 분리기;
- 32. 황산암모늄 건조기;
- 33. 황산암모늄 포장기;
- 34. 황산암모늄 생성물;
- 35. 산성 탈황 유체;
- 36. 복귀된 탈황 유체;
- 37. 중탄산암모늄 고액 분리기;
- 38. 중탄산암모늄 건조기;
- 39. 중탄산암모늄 포장기;
- 40. 중탄산암모늄 생성물;
- 41. CO2 재생탑;
- 42. 용액 열교환기;
- 43. 리보일러;
- 44. 순환수 냉각기;
- 45. 냉각수(chilled water) 냉각기;
- 46. CO2 완충 탱크;
- 47. CO2 압축기;
- 48. 병 또는 탱커에 적재
- 49. CO2 다운스트림 생산 장치;
- 50. 열 펌프 시스템;
- 51. 스팀;
- 52. 응축물:
- 53. 공정수;
- 54. 냉각수 공급;
- 55. 냉각수 복귀.
암모니아-기반의 통합된 탈황(desulfurization) 및 탈탄소(decarbonization)용 장치 및 방법이 제공된다. 장치 및 방법은 황산암모늄 및 중탄산암모늄 비료를 생산하기 위해 황 산화물(sulfur oxides) 및 CO2를 제거하기 위해 암모니아를 사용한다. 장치는 암모니아-기반 탈황 기능 영역, 암모니아-기반 탈탄소 기능 영역, 암모니아 세척 기능 영역, 황산암모늄 후처리 시스템, 및 중탄산암모늄 후처리 시스템을 포함한다. 암모니아는 탈황제 및 탈탄소제로 사용된다. 가스는 먼저 황산암모늄 비료를 생산하기 위해 탈황을 위한 탈황 기능 영역으로 유입된다. 탈황된 가스는 탈탄소화 기능 영역으로 들어가 그 안의 이산화탄소를 제거하여 중탄산암모늄 비료를 생성한다. 유리 암모니아를 포함하는 탈탄소된 가스는 탈황용 황산암모늄 용액으로 세척한 후 물로 세척하기 위해 암모니아 세척 기능 영역으로 들어간다. 암모니아 세척 후, 암모니아 함유 황산암모늄 수용액 및 수용액은 탈황탑으로 복귀되어 탈황용 흡수제 역할을 할 수 있다. 상기 기능 영역은 하나의 탑 또는 여러 개의 탑으로 결합될 수 있다. 탈황 기능 영역은 냉각 및 농축 섹션, 흡수 섹션 및 미립자 제거 섹션을 포함하는 복수의 섹션들로 분할될 수 있다. 각각의 섹션에는 적어도 하나의 분무 층이 제공될 수 있고, 장치/부품은 가스가 통과할 수 있도록 섹션 사이에 배열된다.
일부 바람직한 구현예에서, 미립자 제거 섹션은 2개의 부분으로 분할되는데, 그 중 제1 미립자 제거부는 순환 분무 세척을 수행하기 위해 황산암모늄 함유 농축 용액을 사용하고, 제2 미립자 제거부는 순환 세척을 수행하기 위해 황산암모늄 함유 희석 용액을 사용한다. 장치/부품이 두 부품 사이에 배치되어 가스가 통과할 수 있다. 상기 제1 미립자 제거부에 사용되는 농축된 황산암모늄 용액의 농도는 5 내지 40%, 바람직하게는 10 내지 30%로 조절되고, pH는 3 내지 7, 바람직하게는 3 내지 5.5로 조절될 수 있다. 상기 제2 미립자 제거부에 사용되는 묽은 황산암모늄 용액의 농도는 0.02 내지 10%, 바람직하게는 0.03 내지 5%로 조절되고, pH는 3 내지 7로 조절될 수 있다.
일부 바람직한 구현예에서, 본 개시내용에 따른 장치는 서로 유체 연통하는 산화 챔버 및 암모니아-첨가 챔버를 포함하는 탈황 순환 탱크를 포함하며, 여기서 산화 챔버는 흡수 섹션으로부터의 환류 액체의 적어도 일부와 산소-함유 가스 사이의 접촉 및 반응을 허용하고, 제1 미립자 제거부로 순환하기 위해 이의 액상의 적어도 일부를 암모니아 세척 기능 영역으로 취할 수 있도록 구성되어 있고; 암모니아 첨가 챔버는 산화 챔버와 유체 연통하도록 구성되고, 흡수 섹션으로부터의 환류 액체의 적어도 일부가 암모니아 흡수제와 혼합되도록 하고, 순환을 위해 그로부터 액체 스트림을 흡수 섹션으로 취하도록 허용한다.
통합된 탈황 및 탈탄소 방법은 다음 단계를 연속적으로 포함한다:
1) 탈황 순환 유체를 사용하여 공정가스 중의 SO2의 일부를 제거하는 단계;
2) 탈탄소 순환 유체를 사용하여 공정가스 중 CO2의 일부를 제거하는 단계; 및
3) 탈황 순환 유체를 사용하여, 공정 가스 중의 유리 암모니아의 일부를 제거하고, 유리 암모니아를 흡수한 후 탈황 순환 유체를 탈황 장치로 복귀시키는 단계.
일부 바람직한 구현예에서, 단계 3)은 탈황 순환 탱크의 산화 챔버로부터 탈황 순환 유체를 이용하여 공정 가스 내의 유리 암모니아의 일부를 제거하고, 유리 암모니아를 흡수한 후 탈황 순환 유체를 탈황 장치로 복귀시킨다.
일부 구현예에서, 단계 1) 및 단계 2)는 황산암모늄 비료 및 중탄산암모늄 비료를 포함하는 생성물을 제공한다.
일부 구현예에서, 단계 2)에서의 CO2 제거율은 30 내지 98% 범위일 수 있다.
일부 구현예에서, 탈탄소 순환 유체의 적어도 일부는 중탄산암모늄 비료를 생성하기 위해 중탄산암모늄 후처리 유닛으로 보내질 수 있거나, 탈탄소 순환 유체의 적어도 일부는 기체상 CO2를 얻기 위해 CO2 재생 유닛으로 보내질 수 있다. 이렇게 생성된 CO2는 음료 생산, 향상된 오일 회수 및 용접 중 하나 이상 또는 요소, 소다회, 중탄산나트륨, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 식품-등급 CO2, CO2 가스비료, 중탄산칼륨 등을 포함하는 하나 이상의 다운스트림 제품 생산에 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 본 개시내용에 따른 방법은 단계 2)와 단계 3) 사이에 공정수를 사용하여 공정 가스에 존재하는 유리 암모니아의 일부를 제거하는 단계 4), 및/또는 단계 3) 후, 공정수를 사용하여 공정 가스에 존재하는 유리 암모니아의 일부를 추가로 제거하는 단계 5)를 추가로 포함한다.
본원에서 사용되는 탈황 순환 유체는 농축된 순환 유체와 흡수 순환 유체를 포함한다. 일부 구현예에서, 농축된 순환 유체는 pH가 1 내지 6, 바람직하게는 2 내지 4.5이고, 아황산암모늄(ammonium sulfite) 농도가 0 내지 0.2%이고, 황산암모늄(ammonium sulfate) 농도가 10 내지 60%이고, 흡수 순환 유체의 pH가 4.5 내지 6.5, 바람직하게는 4.8 내지 6.2이고, 아황산암모늄 농도는 0.1 내지 3%이고, 및 황산암모늄 농도는 10 내지 38%이다.
일부 구현예에서, 본원에 사용된 탈탄소 순환 유체는 7 내지 13, 바람직하게는 7.5 내지 11, 보다 바람직하게는 8 내지 9.5의 pH를 갖고, 중탄산암모늄 농도는 3 내지 40%, 바람직하게는 10 내지 22%이고, 및 NH3/CO2 몰비는 0.6 내지 4, 바람직하게는 1.2 내지 3, 보다 바람직하게는 2 내지 2.5이다.
일부 구현예에서, 탈황 흡수 온도는 5 내지 55℃, 바람직하게는 15 내지 50℃, 보다 바람직하게는 20 내지 40℃의 범위내에 있고, 탈탄소 흡수 온도는 0 내지 45℃, 바람직하게는 5 내지 40℃, 보다 바람직하게는 10 내지 30℃의 범위내에 있다. 탈탄소 순환 유체 및 탈황 순환 유체를 냉각하기 위한 냉각을 제공하기 위해 히트 펌프 냉각 기술이 사용될 수 있다. 히트 펌프에 의해 얻어지는 냉각수의 온도는 3 내지 25℃, 바람직하게는 5 내지 10℃ 범위내 일 수 있다.
열 펌프의 전원에는 온수, 증기 및 전기 중 하나 이상이 포함될 수 있다. 순환수 또는 탈염수를 냉수로 사용할 수 있다. 탈염수를 사용하는 경우, 열교환 후 탈염수를 저온 석탄 이코노마이저(economizer)로 보내 스팀 톤당 석탄 소비량을 낮출 수 있다.
일부 구현예에서, 탈황 기능 영역에는 5 내지 55℃, 바람직하게는 20 내지 40℃ 범위 내에서 탈황된 연도 가스의 온도를 제어하기 위한 냉각 장치가 제공된다. 범위는 후속 탈탄소용 온도 요구 사항을 충족할 수 있다. 냉각 장치는 탈황 순환 유체를 냉각하기 위해 탈황 순환 유체를 위한 순환 파이프라인 상에 배치될 수 있다. 냉각 후, 냉각된 탈황 순환 유체는 탈황된 연도 가스를 더 냉각할 수 있다. 냉각 장치는, 예를 들어, 흡수 섹션 및 미립자 제거 섹션의 순환 및 흡수 파이프라인 상에, 바람직하게는 제2 미립자 제거부 내의 세척수 파이프 상에 제공될 수 있다. 세척 응축물은 막 분리를 통해 정제될 수 있다. 농축된 용액은 탈황 흡수 영역으로 들어갈 수 있으며, 깨끗한 물은 암모니아 세척을 위한 보충수로 사용하거나 외부에서 사용할 수 있다.
일부 구현예에서, 냉각 장치는 공정 가스 파이프라인에, 탈황 기능 영역의 입구, 내부 또는 출구에 배열될 수 있다. 냉각제로는 순환수 또는 냉각수를 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.
일부 구현예에서, 암모니아 세척을 위한 탈황 순환 용액은 탈황탑의 순환 세척 용액으로부터 취출될 수 있고, 암모니아 세척 후, 탈황을 위한 암모니아-기반 탈황 기능 영역으로 복귀될 수 있다. 암모니아 세척을 위한 탈황 순환 용액의 pH는 2.5 내지 7.5, 바람직하게는 3 내지 5.5로 조절될 수 있다. 일부 구현예에서, 암모니아 세척을 위한 탈황 순환 용액은 탈황 순환 탱크의 산화 챔버로부터 취해질 수 있다.
일부 구현예에서, 암모니아 세척 기능 영역에서 사용되는 세척 공정수의 pH는 3 내지 7로 제어될 수 있다. 공정수로 암모니아 세척한 후의 수용액의 적어도 일부가 보충수로서 탈황탑의 제2 미립자 제거부의 순환 유체로 들어갈 수 있다. 따라서, 순환 유체 중의 황산암모늄 농도는 0 내지 5%, 바람직하게는 0.02 내지 2%로 제어될 수 있다.
일부 구현예에서, 제2 미립자 제거부에서 물 세척 순환 유체의 일부는 펌핑 아웃되어 정화막 분리 장치로 보내질 수 있다. 생성된 정제수는 암모니아 세척 기능 영역의 보충수로 사용되어 세척수의 암모니아 농도를 제어하고 차례로 희석된 탈황 섹션용 황산암모늄 용액의 농도를 제어할 수 있다. 막 분리 장치로부터의 농축된 용액은 탈황 흡수 섹션으로 들어갈 수 있다.
일부 구현예에서, 탈탄소 기능 영역 및 암모니아 세척 기능 영역은 분무기 흡수, 플레이트 흡수, 충전 컬럼 흡수 및 부동 밸브 흡수 컬럼 중 하나 또는 조합을 이용할 수 있다.
일부 구현예에서, 탈황으로부터 생성된 황산암모늄 슬러리는 황산암모늄 후처리 시스템에 들어갈 수 있다. 고액 분리 후, 습식 황산암모늄을 건조시켜 황산암모늄 생성물로 충전할 수 있다. 대안적으로, 습식 황산암모늄 생성물이 직접 산출될 수 있다. 고액 분리기에서 나온 용액은 탈황 기능 영역으로 복귀될 수 있다. 황산암모늄 용액이 생성되면, 고액 분리 장치에 들어가기 전에 용액을 증발시키고 결정화하여 황산암모늄 슬러리를 형성해야 한다.
일부 구현예에서, 탈탄소 탑으로부터 생성된 중탄산암모늄 슬러리는 고액 분리 장치에 들어갈 수 있다. 생성된 액체는 탈탄소 기능 영역으로 복귀될 수 있다. 습식 중탄산암모늄은 건조되어 제품으로 포장될 수 있다. 대안적으로, 습식 중탄산암모늄 생성물이 직접 산출될 수 있다. 일부 구현예에서, 탈탄소로부터 생성된 중탄산암모늄의 적어도 일부는 CO2 및 암모니아 용액을 생성하도록 가열될 수 있고, 암모니아 용액은 추가 사용을 위해 탈탄소 기능 영역으로 복귀될 수 있다.
일부 구현예에서, 탈황 기능 영역의 주요 매개변수는 다음을 포함할 수 있다:
- 빈 탑 가스 속도는 0.5 내지 5m/s, 바람직하게는 2 내지 4m/s로 조절되고;
- 각 층의 순환 유체 분무 밀도는 4 내지 100 m3/m2ㆍh, 바람직하게는 8 내지 80 m3/m2ㆍh이고;
- 순환 유체 온도는 5 내지 55℃, 바람직하게는 20 내지 40℃에서 조절되고;
- 순환 유체 pH는 1 내지 7로 조절된다.
일부 구현예에서, 탈탄소 기능 영역의 주요 매개변수는 다음을 포함할 수 있다:
- 빈 탑 가스 속도는 0.1 내지 5m/s로 조절되고;
- 온도는 5 내지 40℃, 바람직하게는 10 내지 30℃에서 조절되고;
- 순환 유체 pH는 7 내지 11로 조절된다.
일부 구현예에서 암모니아 세척 기능 영역의 주요 매개변수는 다음을 포함할 수 있다.
- 빈 탑 가스 속도는 0.25 내지 5m/s로 조절되고;
- 온도는 0 내지 50℃, 바람직하게는 3 내지 40℃에서 조절되고;
- 순환 유체 pH는 3 내지 10으로 조절된다.
일부 구현예에서, 황산, 질산 또는 염산과 같은 강산은 순환 유체의 pH를 조정하기 위해 탈황 기능 영역 및/또는 암모니아 세척 기능 영역에 첨가될 수 있다.
일부 구현예에서, 장치는 열 펌프 냉각 기술을 사용하여 탈탄소 순환 유체 및 탈황 순환 유체를 냉각하기 위한 냉각 용량을 제공하기 위해 열 펌프 시스템을 추가로 포함한다. 히트 펌프에 의해 얻어지는 냉각수의 온도는 3 내지 25℃, 바람직하게는 5 내지 10℃의 범위 내 일 수 있다. 냉각수 공급/복귀 파이프라인은 개별 냉각 열교환기와 연결된다.
일부 구현예에서, 장치는 탈탄소 순환 유체의 재생이 진행되는 CO2 재생탑을 더 포함한다. CO2 재생탑 작동 매개변수에는 다음이 포함될 수 있다:
- 탑 바닥에서, 90 내지 150℃, 바람직하게는 100 내지 130℃ 범위의 재생 온도;
- 탑 상단에서, 6 내지 100℃, 바람직하게는 70 내지 90℃ 범위의 재생 온도;
- 탑 바닥에서, 0.2 내지 0.7 MPa, 바람직하게는 0.3 내지 0.5 MPa 범위의 재생 압력;
- 0.2 내지 3 m/s, 바람직하게는 0.3 내지 2 m/s 범위의 재생 탑 가스 속도.
일부 구현예에서, 장치는 용액 열교환기, 리보일러, 순환수 냉각기, 냉각수 냉각기, CO2 완충 탱크, 및 CO 2 압축기 중 하나 이상을 추가로 포함한다.
일부 구현예에서, 탈탄소화 기능 영역으로부터의 중탄산암모늄 용액/슬러리는 CO2 및 암모니아 용액을 생성하기 위해 CO2 재생 유닛으로 보내질 수 있다.
일부 구현예에서, 기액 분리 후, 재생으로부터 수득된 가스 CO2는 다운스트림 제품, 예를 들어 요소, 소다회, 중탄산나트륨, 폴리카보네이트, 식품-등급 CO2, CO2 가스 비료, 중탄산칼륨 등의 생산을 위해 사용될 수 있고, 강화된 오일 회수, 음료 생산 또는 용접, 또는 해양 격리 또는 지하 격리에 사용될 수 있다. 분리된 액체는 CO2 재생탑으로 복귀될 수 있다.
본 발명의 구현예는 탈탄소 및 탈황 공정을 통합한다. 본 발명의 구현예는 산성 탈황 순환 유체를 사용하여 암모니아를 세척하여 높은 암모니아 세척 효율을 달성함으로써 탈탄소 공정에서 암모니아 슬립 문제를 해결한다. 공정이 더 간단하고 투자 및 운영 비용이 낮고, 황산암모늄과 중탄산암모늄 비료가 공동 생산되며, CO2의 일부가 격리를 위해 지하로 다시 주입될 수 있다. 따라서, 중탄산암모늄 산출량, 격리된 CO2 양 및 CO2 다운스트림 제품의 산출량이 유연하게 조정될 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 부산물인 암모니아를 공정에서 사용할 수 있어 폐기물을 폐기물로 처리하고 순환 경제를 실현할 수 있다. (a) 본 발명의 구현예; 및 (b) 칼슘 기반 탈황/나트륨 기반 탈황법 + 아민 기반 탈탄소 + 탄소 격리 장치 사이의 비교:
- 본 발명의 장치는 더 작은 면적을 차지하고 격리된 CO2의 양을 유연하게 조정할 수 있으며;
- 본 발명은 공정이 간단하고 부산물의 산출량을 보다 유연하게 조정할 수 있으며, 여기서 CO2는 요소, 중탄산나트륨, 소다회, 식품-등급 CO2, 폴리카보네이트, 메탄올, 합성 가스 및 폴리우레탄의 생산에 사용될 수 있고, 향상된 오일 회수, 용접, 가스 비료 등에 사용될 수 있다. 중국의 총 수요는 1억 5천만 톤/년에 가깝다.
- 칼슘 기반 탈황 후 아민류를 이용한 탈탄소는 알칼리성 심층 탈황 장치의 제공이 필요할 수 있으며, 탈황 자본 비용이 기존 탈황 장치에 비해 60 내지 80% 증가할 수 있다. 기존 암모니아-기반 탈황의 자본비는 칼슘 기반 탈황의 85 내지 95% 정도이고, 암모니아-기반 탈탄소의 자본비는 아민 기반 탈탄소의 약 60%일 수 있다. 통합된 탈황 및 탈탄소는 자본 비용을 약 10 내지 20% 더 줄일 수 있다. 따라서, 통합된 암모니아-기반 탈황 및 탈탄소 기술의 자본비용은 칼슘 기반 탈황 + 나트륨 기반 탈황 + 아민 기반 탈탄소에 비해 40 내지 50% 저렴할 수 있다. 또한, 본 발명은 임의의 폐수 또는 폐기물 잔류물을 생성하지 않는다.
통합된 암모니아-기반 탈황 및 탈탄소 기술의 운영비는 칼슘 기반 탈황 + 알칼리성 탈황 + 아민 기반 탈탄소보다 50 내지 60% 저렴할 수 있다.
(a) 통합된 암모니아-기반 탈황 및 탈탄소 기술과 (b) 칼슘 기반 탈황 + 알칼리 탈황 + 아민 기반 탈탄소 기술 사이의의 비교
Figure pct00001
장치 및 방법의 기술적 메트릭(metric)에는 다음이 포함될 수 있다:
- 탈탄소 효율이 50% 이상이고, 탈탄소 탑 배출구의 연도 가스 내 CO2(미세먼지 포함) 함량은 6% 이하로 제어되고,
- 출구에서의 SO2함량은 5 mg/Nm3 이하이고,
- 암모니아 회수율(가스 세정 공정에 추가된 암모니아의 분율 또는 비율은 후속적으로 공정에서 포집 및 추출됨)이 98% 이상이고, 공정 배출구에서의 암모니아 슬립이 10ppm이하이고,
- 전력 소비는 250kWㆍh/t CO2 이하이고,
- 증기 소비는 1.2 t/t CO2 이하이다.
달리 명시되지 않는 한, 본원에 사용된 %-농도는 기체의 경우 부피 퍼센트이고 액체의 경우 중량 퍼센트이다.
본 발명의 일부 구현예에 따른 통합된 암모니아-기반 탈황 및 탈탄소 장치 및 방법이 첨부된 도면을 참조하여 이제 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 공정의 구현예에 따른 예시적인 블록 흐름도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일부 구현예에 따른 통합된 암모니아-기반 탈황 및 탈탄소 장치를 도시한다. 도 2를 참조하면, 황 산화물 및 CO2를 함유하는 공정 가스(1)는 탈황 기능 영역(2)으로 들어갈 수 있다. 탈황 순환 펌프-a(5)는 분무 및 순환에 사용될 수 있다. 이것은 공정 가스를 냉각시키고 황산암모늄 용액을 슬러리로 농축시킬 수 있다. 고체 침전물을 포함할 수 있는 황산암모늄 슬러리는 황산암모늄 배출 펌프(6)를 통해 황산암모늄 고액 분리기(31)로 보내질 수 있다. 고체는 황산암모늄 건조기(32)에서 건조될 수 있고, 황산암모늄 포장기(33)에서 포장되어 황산암모늄 제품(34)을 얻을 수 있다. 탈황 기능 영역(2) 및 탈황 순환 탱크(13)의 순환 펌프-b(3)는 공정 가스 내의 황 산화물(이산화황 및 삼산화황)을 흡수하기 위한 흡수 분무 및 순환에 사용될 수 있다. 탈황 열교환기-a(4)는 탈황 온도를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 탈황 순환 펌프-c(10) 및 탈황 순환 물 탱크(9)는 세척 분무 및 순환에 사용될 수 있다. 탈황 열교환기-b(11)는 세척 온도 및 탈황 후 테일 가스(12)의 온도를 제어하는 데 사용될 수 있다. 연도 가스 응축물(14)은 막 분리 장치(15)에 의해 처리될 수 있다. 막 분리(16)로부터 얻은 농축 용액은 사용을 위해 탈황 기능 영역(2)으로 복귀될 수 있다. 정제수 일부(18)는 암모니아 세척탑의 보충수로 사용될 수 있다. 정제수 일부(17)는 외부로 배출될 수 있다. 암모니아(8)는 계량된 다음 암모니아 첨가로서 탈황 순환 탱크(13)의 암모니아 첨가 챔버로 보내질 수 있다. 산화 공기(7)는 탈황 순환 유체를 산화시키기 위해 탈황 순환 탱크(13)의 산화 챔버로 보내질 수 있다.
탈황 후 테일 가스(12)는 탈탄소화 기능 영역(19)으로 들어갈 수 있다. 탈탄소 순환 펌프(21)는 흡수 분무 및 순환을 위해 사용될 수 있고, 용액/슬러리는 탈탄소 배출 펌프(22)에 의해 중탄산암모늄 고액 분리기(37)로 보내질 수 있다. 고체는 중탄산암모늄 건조기(38)에서 건조되고, 중탄산암모늄 포장기(39)에서 포장되어 중탄산암모늄 제품(40)을 얻을 수 있다. 암모니아(24)는 계량된 다음 암모니아 첨가로서 탈탄소 탑(19)으로 보내진다.
탈탄소 후 테일 가스(23)는 암모니아 세척 기능 영역(25)으로 들어갈 수 있다. 암모니아 세척탑용 순환 펌프-a(26)는 제1-단계 세척에 사용될 수 있다. 제1-단계 세척액은 탈황 순환 탱크(13)의 미립자 세척 순환 펌프의 산성 탈황 유체(35)로부터 유입되어 암모니아 세척탑(25)의 저부에 연속적으로 첨가될 수 있다. 바람직하게는, 산성 탈황 유체(35)는 탈황 순환 탱크(13)의 산화 챔버에 연결된 미립자 세척 순환 펌프로부터 나온다. 암모니아를 흡수한 탈황 유체(36)는 탈황 순환 탱크(13), 바람직하게는 산화 챔버로 복귀될 수 있다. 암모니아 세척 기능 영역을 위한 순환 펌프-b(27) 및 암모니아 세척 기능 영역을 위한 순환 물 탱크(28)는 제2 단계 세척을 위해 사용될 수 있다. 제2 단계 세척액은 정제수(18)에서 나올 수 있다. 세척 후, 유체는 탈황 기능 영역(2)으로 복귀될 수 있다. 세척 후, 깨끗한 연도 가스(30)가 배출될 수 있다.
도 3을 참조하면, 탈탄소 순환 펌프(22)는 용액의 일부를 열교환을 위해 열교환기(42)로 보낼 수 있다. 그런 다음 용액은 CO2 재생 탑(41)으로 들어갈 수 있다. 탑 바닥이 리보일러(43)에서 증기에 의해 가열된 후, CO2가스가 탑의 상단에서 수집될 수 있다. 가스는 물 냉각기(44) 및 냉각수 냉각기(45)를 순환시킴으로써 두단계 냉각을 받을 수 있다. 그 다음, 가스는 CO2 완충 탱크(46)로 보내질 수 있고, 완충의 특정 기간 후에, CO2 압축기(47)에 의해 압축될 수 있다. 그 후, CO2의 일부는 요소, 소다회 등을 포함하는 다운스트림 제품의 생산을 위해 다운스트림 생산 장치(49)로 보내질 수 있다. 다른 일부는 병이나 탱커(48)에 적재될 수 있다. 리보일러(43)의 하부에서 응축물이 취출될 수 있다.
CO2 재생탑(41)의 상부에는 공정수(53)가 첨가될 수 있다.
장치는 열 펌프 시스템(50)을 더 포함할 수 있다. 열 펌프 시스템은 냉각수를 생성할 수 있다. 냉각수 공급부(54)는 냉각수 냉각기(45), 탈황 열교환기-a(5), 및 탈황 열교환기-b(3)를 포함하는 열교환기로 보내져 공정 가스(연도 가스), CO2 가스 및 순환 유체 중 하나 이상을 냉각할 수 있다. 냉각수 복귀부(55)는 열 펌프 시스템(50)으로 복귀될 수 있다.
본 개시내용은 다음의 구현예를 제공한다.
구현예 1. 공정 가스 중 황 산화물 및 CO2를 제거하기 위해 암모니아를 사용한 통합된 탈황 및 탈탄소 방법에 있어서, 상기 방법은:
순서대로:
1) 탈황 순환 유체를 사용하여 공정 가스로부터 SO2의 일부를 제거하는 단계;
2) 탈탄소 순환 유체를 사용하여 공정 가스로부터 CO2의 일부를 제거하는 단계; 및
3) 탈황 순환 탱크, 바람직하게는 탈황 순환 탱크의 산화 챔버로부터 탈황 순환 유체를 사용하여, 공정 가스로부터 유리 암모니아의 일부를 제거하는 단계; 및 유리 암모니아를 흡수한 탈황 순환 유체를 탈황 장치로 복귀시키는 단계를 포함한다.
구현예 2. 하기 특징들 중 적어도 하나를 갖는 실시예 1의 방법:
-이 방법의 제품에는 황산암모늄 비료 및 중탄산암모늄 비료가 포함되고;
- 단계 2)에서의 CO2 제거율이 30 내지 98% 범위이고;
- 상기 방법은,
탈탄소 순환 유체의 일부로부터 중탄산암모늄 후처리 유닛에서, 중탄산암모늄 비료를 생산하는 단계; 및/또는
탈탄소 순환 유체의 일부를 CO2 재생 시스템에 공급하여 재생을 수행함으로써 가스 CO2를 제공하는 단계로서, 여기서 재생은 CO2 재생 시스템에서 수행되고, 이때 작동 매개변수는, 바람직하게는 90 내지 150℃, 바람직하게는 100 내지 130℃ 범위의 탑 바닥에서의 작동 온도, 6 내지 100℃, 바람직하게는 70 내지 90℃의 범위의 탑 상단에서 작동 온도, 0.2 내지 0.7 MPa, 바람직하게는 0.3 내지 0.5 MPa 범위의 탑 바닥에서의 재생 압력 및 0.2 내지 3 m/s, 바람직하게는 0.3 내지 2 m/s 범위의 탑 내 가스 속도를 포함하는, 단계를 추가로 포함하고;
- 상기 방법은 가스 CO2로부터, 바람직하게는 요소, 소다회, 중탄산나트륨, 폴리카보네이트, 식품 등급 CO2, CO2 가스 비료, 중탄산칼륨을 포함하는 다운스트림 제품을 생성하는 단계; 향상된 오일 회수에 가스 CO2 사용하는 단계; 및/또는 해양 또는 지하에 가스 CO2를 격리하는 단계를 추가로 포함한다.
구현예 3. 구현예 1의 방법은:
단계 2)와 단계 3) 사이, 공정수를 사용하여, 공정 가스로부터 유리 암모니아를 제거하는 단계 4); 및/또는
단계 3) 후에, 공정수를 사용하여, 공정 가스로부터 유리 암모니아를 제거하는 단계 5)를 추가로 포함한다.
구현예 4. 하기 특징들 중 적어도 하나를 갖는 구현예 1의 방법:
- 탈황 순환 유체는 농축된 순환 유체 및 흡수 순환 유체를 포함하고;
농축된 순환 유체는,
1 내지 6, 바람직하게는 2 내지 4.5의 pH;
0 내지 0.2% 농도의 아황산암모늄; 및
10 내지 60% 농도의 황산암모늄을 갖고,
흡수 순환 유체는,
4.5 내지 6.5, 바람직하게는 4.8 내지 6.2의 pH;
0.1 내지 3% 농도의 아황산암모늄; 및
10 내지 38% 농도의 황산암모늄을 갖고,
- 탈탄소 순환 유체는,
7 내지 13, 바람직하게는 7.5 내지 11, 보다 바람직하게는 8 내지 9.5의 pH;
3 내지 40%, 바람직하게는 10 내지 22% 농도의 중탄산암모늄; 및
0.6 내지 4, 바람직하게는 1.2 내지 3, 보다 바람직하게는 2 내지 2.5의 NH3/CO2 몰비를 갖고;
- 탈황 흡수를 위한 온도는 5 내지 55℃, 바람직하게는 15 내지 50℃, 보다 바람직하게는 20 내지 40℃ 범위내이고; 및
- 탈탄소 흡수를 위한 온도는 0 내지 45℃, 바람직하게는 5 내지 40℃, 보다 바람직하게는 10 내지 30℃ 범위내이다.
구현예 5. 구현예 1 내지 4 중 어느 하나의 구현 장치에 있어서, 상기 장치는 암모니아-기반 탈황 기능 영역, 암모니아-기반 탈탄소 기능 영역, 암모니아 세척 기능 영역, 황산암모늄 후처리 시스템, 및 중탄산암모늄 후처리 시스템을 포함하고; 암모니아는 탈황제 및 탈탄소제로 사용되고; 공정 가스는 먼저 황산암모늄 비료를 생산하기 위해 탈황을 위한 탈황 기능 영역으로 유입되고; 탈황된 공정 가스는 중탄산암모늄 용액/슬러리를 생성하기 위해, 공정가스 내의 이산화탄소를 제거하기 위해 탈탄소 기능 영역으로 유입되고; 유리 암모니아를 포함하는 탈탄소화된 공정 가스는 탈황 순환 유체로 세척한 다음 공정수로 세척하기 위해 암모니아 세척 기능 영역으로 유입되고; 세척 후, 암모니아 함유 탈황 순환 유체 및 공정 수용액은 탈황 기능 영역으로 복귀되어, 탈황 흡수제 역할을 하고, 황산암모늄 함유 중탄산암모늄 용액의 일부는 탈황 기능 영역으로 복귀한다.
구현예 6. 하기 특징들 중 적어도 하나를 갖는 구현예 5의 장치:
- 장치는 서로 유체 연통하는 산화 챔버 및 암모니아 첨가 챔버를 포함하는 탈황 순환 탱크를 포함하고, 여기서, 산화 챔버는 흡수 섹션으로부터의 환류 액체의 적어도 일부와 산소-함유 가스 사이의 접촉 및 반응을 허용하도록 구성되고, 미립자 제거 섹션 및 암모니아 세척 기능 영역으로의 순환을 위해 액체 상의 적어도 일부를 취할 수 있도록 하고; 및 암모니아 첨가 챔버는 산화 챔버와 유체 연통하도록 구성되고, 흡수 섹션으로부터의 환류 액체의 적어도 일부가 암모니아 흡수제와 혼합되도록 하고, 순환을 위해 흡수 섹션으로부터 액체 스트림을 취할 수 있도록 허용한다.
- 암모니아 세척 기능 영역은 탈황 순환 유체로 공정 가스를 세척하기 전에 공정수로 공정 가스를 세척하도록 추가로 구성되고; 및 암모니아-기반 탈황 기능 영역, 암모니아-기반 탈탄소 기능 영역, 및 암모니아 세척 기능 영역이 하나 이상의 탑에 배치된다.
구현예 7. 구현예 5의 장치에 있어서, 탈황 기능 영역이 냉각 및 농축 섹션, 흡수 섹션 및 미립자 제거 섹션을 포함하는 복수의 섹션들로 분할되고, 각각의 섹션에는 적어도 하나의 분무 층, 및 임의의 두 개의 인접한 섹션 사이에 가스가 통과할 수 있도록 하는 장치/구성 요소가 제공되며,
바람직하게는, 미립자 제거 섹션은:
농축된 순환 황산암모늄 함유 용액으로 세척하도록 구성된 제1 미립자 제거부; 및
희석된 순환 황산암모늄 함유 용액으로 세척하도록 구성된 제2 미립자 제거부를 포함하고,
여기서, 상기 두 미립자 제거부 사이에 가스가 통과할 수 있도록 하는 장치/구성 요소가 제공되고;
상기 제1 미립자 제거부는, 황산암모늄 농도가 10 내지 38%, 바람직하게는 12 내지 30% 범위이고, pH가 2.5 내지 7.5, 바람직하게는 3 내지 5.5 범위인 농축된 황산암모늄 함유 용액을 이용하고; 및
상기 제2 미립자 제거부는, 황산암모늄 농도가 0 내지 5%, 바람직하게는 0.02 내지 2% 범위이고, pH가 3 내지 7 범위인 희석된 황산암모늄 함유 용액을 이용하고;
바람직하게는, 탈황 기능 영역은 탈황 후 공정 가스의 온도를 5 내지 55℃, 바람직하게는 15 내지 50℃, 및 보다 바람직하게는 20 내지 40℃ 범위로 유지하도록 구성된 냉각 장치를 포함하고,
바람직하게는, 냉각 장치는 탈황 순환 유체를 수송하고, 탈황 순환 유체를 냉각하고, 차례로 탈황 후 공정 가스를 냉각하도록 구성된 순환 파이프라인 상에 배열되고; 대안적으로, 탈황 기능 영역 내의 공정 가스/연도 가스 도관 상에, 순환수 및/또는 냉각수를 냉각 장치의 냉각제로 사용하여 공정 가스를 직접 냉각한다.
구현예 8. 구현예 5의 장치에 있어서, 탈탄소 기능 영역이 탈탄소 후 공정 가스의 온도를 0 내지 45℃, 바람직하게는 5 내지 40℃, 보다 바람직하게는 10 내지 30℃의 범위로 유지하도록 구성된 냉각 장치를 포함한다.
구현예 9. 하기 특징들 중 적어도 하나를 갖는 구현예 5의 장치:
- 암모니아 세척에 사용되는 탈황 순환 유체는 암모니아-기반 탈황 기능 영역의 미립자 제거 섹션에 사용된 황산암모늄 함유 세척액에서 유래하고, 암모니아 세척에 사용된 후, 탈황 순환 유체는 황산암모늄 함유 세척액의 pH를 2.5 내지 7.5로 조절하면서 탈황을 위해 암모니아-기반 탈황 기능 영역으로 복귀하고;
- 암모니아 세척에 사용되는 탈황 순환 유체는 암모니아-기반 탈황 기능 영역의 흡수 섹션에 사용된 황산암모늄 함유 세척액에서 유래하고, 암모니아 세척에 사용된 후, 탈황 순환 유체는 황산암모늄 함유 세척액의 pH를 3 내지 7로 조절하면서 탈황을 위해 탈황 기능 영역의 흡수 섹션으로 복귀하고;
- 암모니아 세척 후 생성된 수용액의 일부가, 암모니아 세척 순환 유체 내의 암모니아 농도를 0 내지 5%, 바람직하게는 0 내지 1%로 조절하면서, 탈황 기능 영역의 미립자 제거 섹션용 순환 유체인, 보충수로 유입된다.
구현예 10. 구현예 7의 장치에 있어서, 희석된 황산암모늄 세척액의 일부가 펌핑되어 정화막 분리 장치로 보내지고, 생성된 정제수는 세척수 및 탈황 세척용 희석된 황산암모늄 용액의 농도 내 암모니아 농도를 조절하기 위해 암모니아 세척 기능 영역의 보충수로 사용되고, 과량은 외부 사용을 위해 장치로부터 배출되고, 농축된 용액은 탈황 흡수 섹션으로 유입된다.
구현예 11. 하기 특징들 중 적어도 하나를 갖는 구현예 5의 장치:
- 각각의 탈탄소 기능 영역, 탈탄소 기능 영역 및 암모니아 세척 기능 영역은 분무기 흡수, 플레이트 흡수, 충전 컬럼 흡수 및 부동 밸브 흡수 컬럼 중 하나 또는 조합을 사용하고;
- 탈황으로부터 생성된 황산암모늄 슬러리는 고액 분리, 건조 및 황산암모늄 제품으로 포장되거나, 대안적으로 습식 황산암모늄 제품이 직접 생산되고;
- 탈탄소로부터 생성된 중탄산암모늄 슬러리를 고액분리하고, 분리된 용액을 탈탄소 유닛으로 복귀시키고, 분리된 중탄산암모늄을 건조시켜 제품으로 포장하거나, 대안적으로, 습식 중탄산암모늄 제품으로 직접 생산하고;
- 탈탄소로부터 생성된 중탄산암모늄 용액/슬러리의 일부 또는 전부를 가열하여 CO2 및 암모니아 용액을 생성하고, 암모니아 용액을 추가 사용을 위해 탈탄소 기능 영역으로 복귀시키고;
- CO2는 다운스트림 제품의 생산, 향상된 오일 회수, 음료 생산 또는 지하 격리에 사용되고;
- 암모니아-기반 탈황 기능 영역은 다음 공정 매개변수 하에 작동하도록 구성되고;
1) 0.5 내지 5m/s, 바람직하게는 2 내지 4m/s의 빈 탑 가스 속도;
2) 4 내지 100 m3/m2ㆍh, 바람직하게는 8 내지 80 m3/m2ㆍh의 각 분무 층에 대한 순환 유체 분무 밀도;
3) 5 내지 55℃, 바람직하게는 20 내지 40℃의 순환 유체 온도; 및
4) pH가 1 내지 7인 순환 유체;
- 탈탄소 기능 영역은 다음 공정 매개변수 하에 작동하도록 구성되고:
1) 0.1 내지 5 m/s의 빈 탑 가스 속도;
2) 5 내지 40℃, 바람직하게는 10 내지 30℃의 온도; 및
3) pH가 7 내지 11인 순환 유체 ;
- 암모니아 세척 기능 영역은 다음 공정 매개변수 하에 작동하도록 구성되고;
1) 0.25 내지 5 m/s의 빈 탑 가스 속도;
2) 0 내지 50℃, 바람직하게는 3 내지 40℃의 온도; 및
3) pH가 3 내지 10인 순환 유체;
- 장치는 냉각에 필요한 냉각수를 제공하도록 구성된 히트 펌프 시스템을 더 포함하며, 히트 펌프 시스템으로부터의 냉각수의 온도는 3 내지 25℃, 바람직하게는 5 내지 10℃이고;
- 장치는 하기 공정 매개변수 하에 탈탄소 순환 유체의 재생을 수행하도록 구성된 CO2 재생 탑을 추가로 포함하고;
90 내지 150℃, 바람직하게는 100 내지 130℃인 탑 바닥의 재생 온도;
6 내지 100℃, 바람직하게는 70 내지 90℃인 탑 상부의 재생 온도;
0.2 내지 0.7 MPa, 바람직하게는 0.3 내지 0.5 MPa인 탑 바닥의 재생 압력; 및
0.2 내지 3 m/s, 바람직하게는 0.3 내지 2 m/s인 재생 탑 내의 가스 속도;
바람직하게는, 장치는 재생탑의 상부에 배치되는 공정수 유입구를 더 포함하고;
바람직하게는 재생탑에서 수득된 가스 CO2는 요소, 소다회, 중탄산 나트륨, 폴리카보네이트, 식품-등급 CO2, CO2 가스 비료, 중탄산 칼륨을 포함하는 다운스트림 제품의 생산, 향상된 오일 회수, 음료 생산, 또는 용접, 또는 해양 격리 또는 지하 격리에 사용되고;
바람직하게는, 상기 장치는 용액 열 교환기; 리보일러; 순환수 냉각기; 냉각수 냉각기; CO2 완충 탱크, 및 CO2 압축기를 추가로 포함하고, 여기서,
탈탄소 순환 펌프는 유출 용액의 일부를, 용액 열교환기를 통해, CO2 재생 탑으로 전달하고, 상단으로부터 가스 CO2가 회수되고, 냉각기로 냉각된 다음, CO2 완충 탱크로 보내진 후, CO2 압축기에 의해 압축된 후 외부로 전달된다.
실시예
본 발명은 본 발명의 범위를 제한하지 않는 실시예를 참조하여 상세히 설명될 것이다.
실시예 1
황 산화물과 CO2를 포함하는 석탄 연소 보일러 연도 가스(공정 가스)가 통합된 탈황 및 탈탄소 장치에 도입되었다. 도 2는 공정 흐름도를 보여준다. 장치는 탈황 기능 영역(2), 탈탄소 기능 영역(19) 및 암모니아 세척 기능 영역(25)을 포함했다.
황 산화물과 CO2를 함유한 공정가스(1)가 탈황 기능영역(2)에 유입되었다. 탈황 순환 펌프-a(5)를 분무 및 순환에 사용하였으며, 이를 통해 황산암모늄 용액을 농축시키면서 공정 가스를 냉각시켰다. 고체 침전물이 있는 농축된 황산암모늄 슬러리는 황산암모늄 배출 펌프(6)를 통해 황산암모늄 고액 분리기(31)로 보내졌다. 고체를 황산암모늄 건조기(32)에서 건조하고, 황산암모늄 포장기(33)에 포장하여 황산암모늄 제품(34)을 얻었다. 탈황 기능 영역(2)내의 순환펌프-b(3)와 탈황 순환 탱크(13)(암모니아 첨가 챔버)는 공정가스 중의 황 산화물(이산화황 및 삼산화황)을 흡수하는 흡수 분무 및 순환에 사용되고, 및 탈황 열교환기-a(4)는 탈황 온도를 제어하기 위해 사용되었다. 탈황 순환 펌프-c(10) 및 탈황 순환 물 탱크(9)를 세척 분사 및 순환에 사용하였으며, 탈황 열교환기-b(11)를 사용하여 세척온도 및 탈황 후 테일가스(12)의 온도를 조절하였다. 연도 가스 응축물(14)은 막 분리 장치(15)에 의해 처리되었다. 막 분리(16)에서 얻은 농축 용액은 탈황 기능 영역(2)으로 복귀되었다. 정제수(18)의 일부는 암모니아 세척탑의 보충수로 사용하고, 나머지 정제수(17)는 배출하였다. 암모니아(8)를 계량하여 암모니아 첨가용 탈황 순환 탱크(13)의 암모니아 첨가 챔버에 공급하였다. 탈황 순환 탱크(13)의 산화 챔버에 산화 공기(7)를 공급하여 용액을 산화시켰다.
탈황 후 테일 가스(12)가 탈탄소 기능 영역(19)에 유입됐다. 탈탄소 순환 펌프(21)는 흡수 분무 및 순환을 위해 사용되었고, 슬러리는 탈탄소 배출 펌프(22)에 의해 중탄산암모늄 고액 분리기(37)로 보내졌다. 고체를 중탄산암모늄 건조기(38)에서 건조하고, 중탄산암모늄 포장기(39)에 포장하여 중탄산암모늄 제품(40)을 얻었다. 암모니아(24)를 계량하고 암모니아 첨가를 위해 탈탄소 탑(19)에 제공하였다. 황산암모늄 함유 중탄산암모늄 용액의 일부를 탈황 기능 영역으로 복귀시켰다.
탈탄소 후 테일 가스(23)는 암모니아 세척 기능 영역(25)으로 들어갔다. 암모니아 세척탑 순환 펌프-a(26)는 제1-단계 세척에 사용되었다. 탈황 순환 탱크(13)의 산화 챔버와 연결된 미립자 세척 순환 펌프의 산성 탈황 유체(35)에서 나오는 제1-단계 세척액을 암모니아 세척탑(25)에 연속적으로 투입하였다. 암모니아를 흡수한 탈황 유체(36)는 탈황 순환 탱크(13)로 복귀시켰다. 암모니아 세척 기능 영역용 순환 펌프-b(27) 및 암모니아 세척 기능 영역용 순환 물 탱크(28)는 제2 단계 세척을 위해 사용되었다. 제2 단계 세척액은 정제수(18)에서 나왔다. 세척 후 액체는 탈황 기능 영역(2)으로 복귀되었다. 세척 후, 깨끗한 연도 가스(30)가 배출되었다.
99.6% 액체 암모니아는 탈황 및 탈탄소를 위한 흡수제로 사용되었다. 공정 가스(보일러 연도 가스) 매개변수는 아래 표에 나와 있다.
Figure pct00002
탈황 시스템의 주요 매개변수는 아래 표에 나와 있다.
Figure pct00003
탈탄소 탑의 주요 매개변수는 아래 표에 나와 있다.
Figure pct00004
암모니아 세척탑에 의한 처리 후 테일 가스의 주요 매개변수는 아래 표에 나와 있다.
Figure pct00005
실시예 2:
황 산화물과 CO2를 포함하는 석탄 연소 보일러 연도 가스(공정 가스)가 통합된 탈황 및 탈탄소 장치에 들어갔다. 도 2 및 도 3은 공정 흐름도를 보여준다. 도 2에 도시된 장치는 탈황 기능 영역(2), 탈탄소 기능 영역(19) 및 암모니아 세척 기능 영역(25)를 포함했다.
황 산화물과 CO2를 함유한 공정가스(1)가 탈황 기능 영역(2)에 유입되었다. 탈황 순환 펌프-a(5)를 분무 및 순환에 사용하였으며, 이를 통해 황산암모늄 용액을 농축시키면서 공정 가스를 냉각시켰다. 고체 침전물이 있는 농축된 황산암모늄 슬러리는 황산암모늄 배출 펌프(6)를 통해 황산암모늄 고액 분리기(31)로 보내졌다. 고체를 황산암모늄 건조기(32)에서 건조하고, 황산암모늄 포장기(33)에 포장하여 황산암모늄 제품(34)을 얻었다. 탈황 기능 영역(2)내의 순환 펌프-b(3)와 탈황 순환 탱크(13)는 공정가스 중 황 산화물(이산화황 및 삼산화황)을 흡수하기 위한 흡수 분무 및 순환에 사용하였으며, 탈황 열교환기-a(4)는 탈황 온도를 제어하는데 사용하였다. 탈황 순환 펌프-c(10) 및 탈황 순환 물 탱크(9)를 세척 분사 및 순환에 사용하였으며, 탈황 열교환기-b(11)를 사용하여 세척온도 및 탈황 후 테일가스(12)의 온도를 조절하였다. 연도 가스 응축물(14)은 막 분리 장치(15)에 의해 처리되었다. 막 분리(16)에서 얻은 농축 용액은 탈황 기능 영역(2)으로 복귀되었다. 정제수(18)의 일부는 암모니아 세척탑의 보충수로 사용하고, 나머지 정제수(17)는 배출하였다. 암모니아(8)를 계량하여 암모니아 첨가용 탈황 순환 탱크(13)의 암모니아 첨가 챔버에 공급하였다. 탈황 순환 탱크(13)의 산화 챔버에 산화 공기(7)를 공급하여 용액을 산화시켰다.
탈황 후 테일 가스(12)가 탈탄소 기능 영역(19)에 유입됐다. 탈탄소 순환 펌프(21)는 흡수 분무 및 순환을 위해 사용되었고, 슬러리는 탈탄소 배출 펌프(22)에 의해 중탄산암모늄 고액 분리기(37)로 보내졌다. 고체를 중탄산암모늄 건조기(38)에서 건조하고, 중탄산암모늄 포장기(39)에 포장하여 중탄산암모늄 제품(40)을 얻었다. 암모니아(24)를 계량한 다음 암모니아 첨가로서 탈탄소 탑(19)에 제공하였다. 황산암모늄 함유 중탄산암모늄 용액의 일부를 탈황 기능 영역으로 복귀시켰다.
탈탄소 후 테일 가스(23)는 암모니아 세척 기능 영역(25)으로 들어갔다. 암모니아 세척탑용 순환 펌프-a(26)는 제1 단계 세척에 사용되었다. 암모니아-기반 탈황 기능 영역의 산성 탈황 유체(35)에서 나오는 제1 단계 세척액을 암모니아 세척탑(25)에 연속적으로 투입하였다. 암모니아를 흡수한 탈황 유체(36)는 탈황 순환 탱크(13)로 복귀시켰다. 암모니아 세척 기능 영역용 순환 펌프-b(27) 및 암모니아 세척 기능 영역용 순환수 탱크(28)는 제2 단계 세척을 위해 사용되었다. 제2 단계 세척액은 정제수(18)에서 나왔고, 세척 후 액은 탈황 기능 영역(2)으로 복귀되었다. 세척 후, 깨끗한 연도 가스(30)가 배출되었다.
장치는 탈탄소 순환 유체가 재생되는 CO2 재생 탑(41)을 더 포함하였다. CO2 재생 탑(41)의 작동 매개변수는 다음과 같다. 탑 바닥에서 100 내지 130℃이고, 탑 상부에서 60 내지 90℃이고, 탑 하단에서 0.3 내지 0.4 MPa의 작동 압력, 및 0.6 내지 0.8 m/s의 가스 속도이다.
장치는 용액 열교환기(42), 리보일러(43), 순환 수 냉각기(44), 냉각수 냉각기(45), CO2 완충 탱크(46), 및 CO2 압축기(47)를 추가로 포함하였다.
탈탄소 순환 펌프(22)의 출구에서 추출된 용액의 일부는 중탄산암모늄 후처리 장치(37 내지 39)로 보내져 중탄산암모늄 제품(40)을 얻고, 나머지 용액은 CO2 재생탑(41)에 들어가기 전에 용액 열교환기(42)로 보내졌다. 탑 바닥에 있는 용액의 일부는 리보일러(43)에서 증기에 의해 가열되었고, CO2 가스는 탑 상부에서 포집되었다. 가스는 CO2 완충 탱크(46)로 보내지기 전에, 물 냉각기(44)와 냉각수 냉각기(45)를 순환시켜 두단계 냉각으로 냉각되었다. 일정 기간 동안 완충된 후, 완충 탱크로부터의 CO2는 CO2 압축기(47)에 의해 압축되었고, 이어서 그 중 10%는 폴리카보네이트 생산을 위해 CO2 다운스트림 생산 장치(49)로 보내졌고, 5%는 병에 적재되거나 탱커(48)에 싣고, 85%가 격리를 위해 보내졌다.
리보일러(43)의 바닥에서 응축물을 빼냈다.
CO2 재생탑(41) 상부에 공정수(53)를 첨가하였다.
장치는 히트 펌프 시스템(50)을 더 포함하였다. 히트 펌프 시스템은 냉각수를 생산했다. 냉각수 공급 장치(54)는 CO2 가스 및 순환 유체의 냉각을 위해 냉각수 냉각기(45), 탈황 열교환기-a 및 탈황 열교환기-b를 포함하는 열교환기로 보내졌다. 냉각수 복귀(55)는 히트 펌프 시스템(50)으로 복귀되었다.
99.6% 액체 암모니아는 600MW 단위의 탈황 및 탈탄소화를 위한 흡수제로 사용되었다. 공정 가스(보일러 연도 가스) 매개변수는 아래 표에 나와 있다.
Figure pct00006
탈황 시스템의 주요 매개변수는 아래 표에 나와 있다.
Figure pct00007
탈탄소 탑의 주요 매개변수는 아래 표에 나와 있다.
Figure pct00008
암모니아 세척탑에 의한 처리 후 테일 가스의 주요 매개변수는 아래 표에 나와 있다.
Figure pct00009
CO2 재생탑에 의한 재생 및 두 단계 냉각 후 CO2 가스의 주요 매개변수는 아래 표에 나타나 있다.
Figure pct00010

Claims (11)

  1. 공정 가스 중 황 산화물(sulfur oxides) 및 CO2를 제거하기 위한, 암모니아를 사용한 통합된 탈황 및 탈탄소 방법에 있어서, 상기 방법은,
    순서대로:
    1) 탈황(desulfurization) 순환 유체를 사용하여 공정 가스로부터 SO2를 제거하는 단계;
    2) 탈탄소(decarbonization) 순환 유체를 사용하여 공정 가스로부터 CO2를 제거하는 단계; 및
    3) 탈황 순환 유체를 사용하여, 공정 가스로부터 유리 암모니아를 제거하고; 유리 암모니아를 흡수한 탈황 순환 유체를 탈황 장치로 복귀시키는 단계를 포함하는, 통합된 탈황 및 탈탄소 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    - 단계 3)은 탈황 순환 탱크의 산화 챔버로부터 탈황 순환 유체를 이용하여 공정 가스로부터 유리 암모니아를 제거하고;
    -상기 방법의 제품에는 황산암모늄 비료 및 중탄산암모늄 비료가 포함되고;
    - 단계 2)에서의 CO2 제거율이 30 내지 98% 범위이고;
    - 상기 방법은,
    탈탄소 순환 유체의 일부로부터, 중탄산암모늄 후처리 유닛에서, 중탄산암모늄 비료를 생산하는 단계; 및/또는
    탈탄소 순환 유체의 일부를 CO2 재생 시스템에 공급하여 재생을 수행함으로써, 가스 CO2를 제공하는 단계로서, 여기서 상기 탈탄소 순환 유체의 재생은 CO2 재생 시스템에서 수행되고, 이때 작동 매개변수는, 바람직하게는 90 내지 150℃, 바람직하게는 100 내지 130℃ 범위의 탑 바닥에서의 작동 온도, 6 내지 100℃, 바람직하게는 70 내지 90℃의 범위의 탑 상단에서 작동 온도, 0.2 내지 0.7 MPa, 바람직하게는 0.3 내지 0.5 MPa 범위의 탑 바닥에서의 재생 압력 및 0.2 내지 3 m/s, 바람직하게는 0.3 내지 2 m/s 범위의 탑 내 가스 속도를 포함하는, 단계를 추가로 포함하고;
    - 상기 방법은 가스 CO2로부터, 바람직하게는 요소, 소다회, 중탄산나트륨, 폴리카보네이트, 식품 등급 CO2, CO2 가스 비료, 중탄산칼륨을 포함하는 다운스트림(downstream) 제품을 생성하는 단계; 향상된 오일 회수에 가스 CO2를 사용하는 단계; 및/또는 해양 또는 지하에 가스 CO2를 격리시키는 단계를 추가로 포함하는, 특징들 중 적어도 하나를 갖는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    단계 2)와 단계 3) 사이, 공정수를 사용하여, 공정 가스로부터 유리 암모니아를 제거하는 단계 4); 및/또는
    단계 3) 후에, 공정수를 사용하여, 공정 가스로부터 유리 암모니아를 제거하는 단계 5)를 추가로 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    - 탈황 순환 유체는 농축된 순환 유체 및 흡수 순환 유체를 포함하고;
    상기 농축된 순환 유체는,
    1 내지 6, 바람직하게는 2 내지 4.5의 pH;
    0 내지 0.2% 농도의 아황산암모늄(ammonium sulfite); 및
    10 내지 60% 농도의 황산암모늄(ammonium sulfate)을 갖고,
    상기 흡수 순환 유체는,
    4.5 내지 6.5, 바람직하게는 4.8 내지 6.2의 pH;
    0.1 내지 3% 농도의 아황산암모늄; 및
    10 내지 38% 농도의 황산암모늄을 갖고;
    - 탈탄소 순환 유체는,
    7 내지 13, 바람직하게는 7.5 내지 11, 보다 바람직하게는 8 내지 9.5의 pH;
    3 내지 40%, 바람직하게는 10 내지 22% 농도의 중탄산암모늄; 및
    0.6 내지 4, 바람직하게는 1.2 내지 3, 보다 바람직하게는 2 내지 2.5의 NH3/CO2 몰비를 갖고;
    - 탈황 흡수를 위한 온도는 5 내지 55℃, 바람직하게는 15 내지 50℃, 보다 바람직하게는 20 내지 40℃ 범위내이고; 및
    - 탈탄소 흡수를 위한 온도는 0 내지 45℃, 바람직하게는 5 내지 40℃, 보다 바람직하게는 10 내지 30℃ 범위내인, 특징들 중 적어도 하나를 갖는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법을 구현하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는 암모니아-기반 탈황 기능 영역, 암모니아-기반 탈탄소 기능 영역, 암모니아 세척 기능 영역, 황산암모늄 후처리 시스템, 및 중탄산암모늄 후처리 시스템을 포함하고; 암모니아는 탈황제 및 탈탄소제로 사용되고; 공정 가스는 먼저 황산암모늄 비료를 생산하기 위해 탈황을 위한 탈황 기능 영역으로 유입되고; 탈황된 공정 가스는 중탄산암모늄 용액/슬러리를 생성하기 위해, 공정가스 내의 이산화탄소를 제거하기 위해 탈탄소 기능 영역으로 유입되고; 유리 암모니아를 포함하는 탈탄소화된 공정 가스는 탈황 순환 유체로 세척한 다음 공정수로 세척하기 위해 암모니아 세척 기능 영역으로 유입되고; 세척 후, 암모니아 함유 탈황 순환 유체 및 공정 수용액은 탈황 기능 영역으로 복귀되어, 탈황 흡수제 역할을 하고, 황산암모늄 함유 중탄산암모늄 용액의 일부는 탈황 기능 영역으로 복귀하는, 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    - 상기 장치가 서로 유체 연통하는 산화 챔버 및 암모니아 첨가 챔버를 포함하는 탈황 순환 탱크를 포함하고, 여기서, 상기 산화 챔버는 흡수 섹션으로부터의 환류 액체의 적어도 일부와 산소-함유 가스 사이의 접촉 및 반응을 허용하도록 구성되고, 미립자 제거 섹션 및 암모니아 세척 기능 영역으로의 순환을 위해 액체 상의 적어도 일부를 취할 수 있도록 하고; 및 상기 암모니아 첨가 챔버는 산화 챔버와 유체 연통하도록 구성되고, 흡수 섹션으로부터의 환류 액체의 적어도 일부가 암모니아 흡수제와 혼합되도록 하고, 순환을 위해 흡수 섹션으로부터 액체 스트림을 취할 수 있도록 허용하고;
    - 상기 암모니아 세척 기능 영역은 탈황 순환 유체로 공정 가스를 세척하기 전에 공정수로 공정 가스를 세척하도록 추가로 구성되고; 및 암모니아-기반 탈황 기능 영역, 암모니아-기반 탈탄소 기능 영역, 및 암모니아 세척 기능 영역이 하나 이상의 탑에 배치되는 특징들 중 적어도 하나를 갖는, 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 탈황 기능 영역이 냉각 섹션 및 농축 섹션, 흡수 섹션 및 미립자 제거 섹션을 포함하는 복수의 섹션들로 분할되고, 각각의 섹션에는 적어도 하나의 분무 층, 및 임의의 두 개의 인접한 섹션 사이에 가스가 통과할 수 있도록 하는 장치/구성 요소가 제공되며,
    바람직하게는, 상기 미립자 제거 섹션은:
    농축된 순환 황산암모늄 함유 용액으로 세척하도록 구성된 제1 미립자 제거부; 및
    희석된 순환 황산암모늄 함유 용액으로 세척하도록 구성된 제2 미립자 제거부를 포함하고,
    여기서, 상기 두 미립자 제거부 사이에 가스가 통과할 수 있도록 하는 장치/구성 요소가 제공되고;
    상기 제1 미립자 제거부는, 황산암모늄 농도가 10 내지 38%, 바람직하게는 12 내지 30% 범위이고, pH가 2.5 내지 7.5, 바람직하게는 3 내지 5.5 범위인 농축된 황산암모늄 함유 용액을 이용하고; 및
    상기 제2 미립자 제거부는, 황산암모늄 농도가 0 내지 5%, 바람직하게는 0.02 내지 2% 범위이고, pH가 3 내지 7 범위인 희석된 황산암모늄 함유 용액을 이용하고;
    바람직하게는, 상기 탈황 기능 영역은 탈황 후 공정 가스의 온도를 5 내지 55℃, 바람직하게는 15 내지 50℃, 및 보다 바람직하게는 20 내지 40℃ 범위로 유지하도록 구성된 냉각 장치를 포함하고,
    바람직하게는, 상기 냉각 장치는 탈황 순환 유체를 수송하고, 탈황 순환 유체를 냉각하고, 차례로 탈황 후 공정 가스를 냉각하도록 구성된 순환 파이프라인 상에 배열되고; 대안적으로, 탈황 기능 영역 내의 공정 가스/연도 가스 도관 상에 공정 가스를 직접 냉각하기 위해, 순환수 및/또는 냉각수가 상기 냉각 장치의 냉각제로 사용되는, 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    탈탄소 기능 영역이 탈탄소 후 공정 가스의 온도를 0 내지 45℃, 바람직하게는 5 내지 40℃, 보다 바람직하게는 10 내지 30℃의 범위로 유지하도록 구성된 냉각 장치를 포함하는, 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    - 암모니아 세척에 사용되는 탈황 순환 유체는 암모니아-기반 탈황 기능 영역의 미립자 제거 섹션에 사용된 황산암모늄 함유 세척액에서 유래하고, 암모니아 세척에 사용된 후, 탈황 순환 유체는 황산암모늄 함유 세척액의 pH를 2.5 내지 7.5로 조절하면서 탈황을 위해 암모니아-기반 탈황 기능 영역으로 복귀하고;
    - 암모니아 세척에 사용되는 탈황 순환 유체는 암모니아-기반 탈황 기능 영역의 흡수 섹션에 사용된 황산암모늄 함유 세척액에서 유래하고, 암모니아 세척에 사용된 후, 탈황 순환 유체는 황산암모늄 함유 세척액의 pH를 3 내지 7로 조절하면서 탈황을 위해 탈황 기능 영역의 흡수 섹션으로 복귀하고;
    - 암모니아 세척 후 생성된 수용액의 일부가, 암모니아 세척 순환 유체 내의 암모니아 농도를 0 내지 5%, 바람직하게는 0 내지 1%로 조절하면서, 탈황 기능 영역의 미립자 제거 섹션용 순환 유체인, 보충수로 유입되는, 특징들 중 적어도 하나를 갖는, 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    희석된 황산암모늄 세척액의 일부가 펌핑되어 정화막 분리 장치로 보내지고, 생성된 정제수는 세척수 및 탈황 세척용 희석된 황산암모늄 용액의 농도 내 암모니아 농도를 조절하기 위해 암모니아 세척 기능 영역의 보충수로 사용되고, 과량은 외부 사용을 위해 장치로부터 배출되고, 농축된 용액은 탈황 흡수 섹션으로 유입되는, 장치.
  11. 제5항에 있어서,
    - 각각의 탈탄소 기능 영역, 상기 탈탄소 기능 영역 및 암모니아 세척 기능 영역은 분무기 흡수, 플레이트 흡수, 충전 컬럼 흡수 및 부동 밸브 흡수 컬럼 중 하나 또는 조합을 사용하고;
    - 탈황으로부터 생성된 황산암모늄 슬러리는 고액 분리, 건조 및 황산암모늄 제품으로 포장되거나, 대안적으로 습식 황산암모늄 제품이 직접 생산되고;
    - 탈탄소로부터 생성된 중탄산암모늄 슬러리를 고액분리하고, 분리된 용액을 탈탄소 유닛으로 복귀시키고, 분리된 중탄산암모늄을 건조시켜 제품으로 포장하거나, 대안적으로, 습식 중탄산암모늄 제품으로 직접 생산하고;
    - 탈탄소로부터 생성된 중탄산암모늄 용액/슬러리의 일부 또는 전부를 가열하여 CO2 및 암모니아 용액을 생성하고, 암모니아 용액을 추가 사용을 위해 탈탄소 기능 영역으로 복귀시키고;
    - CO2는 다운스트림 제품의 생산, 향상된 오일 회수, 음료 생산 또는 지하 격리에 사용되고;
    - 암모니아-기반 탈황 기능 영역은 다음 공정 매개변수 하에 작동하도록 구성되고,
    1) 0.5 내지 5m/s, 바람직하게는 2 내지 4m/s의 빈 탑 가스 속도;
    2) 4 내지 100 m3/m2ㆍh, 바람직하게는 8 내지 80 m3/m2ㆍh의 각 분무 층에 대한 순환 유체 분무 밀도;
    3) 5 내지 55℃, 바람직하게는 20 내지 40℃의 순환 유체 온도; 및
    4) pH가 1 내지 7인 순환 유체;
    - 탈탄소 기능 영역은 다음 공정 매개변수 하에 작동하도록 구성되고:
    1) 0.1 내지 5 m/s의 빈 탑 가스 속도;
    2) 5 내지 40℃, 바람직하게는 10 내지 30℃의 온도; 및
    3) pH가 7 내지 11인 순환 유체 ;
    - 암모니아 세척 기능 영역은 다음 공정 매개변수 하에 작동하도록 구성되고;
    1) 0.25 내지 5 m/s의 빈 탑 가스 속도;
    2) 0 내지 50℃, 바람직하게는 3 내지 40℃의 온도; 및
    3) pH가 3 내지 10인 순환 유체;
    - 상기 장치는 냉각에 필요한 냉각수를 제공하도록 구성된 히트 펌프 시스템을 더 포함하며, 상기 히트 펌프 시스템으로부터의 냉각수의 온도는 3 내지 25℃, 바람직하게는 5 내지 10℃ 이고;
    - 상기 장치는 하기 공정 매개변수 하에 탈탄소 순환 유체의 재생을 수행하도록 구성된 CO2 재생 탑을 추가로 포함하고;
    90 내지 150℃, 바람직하게는 100 내지 130℃인 탑 바닥의 재생 온도;
    6 내지 100℃, 바람직하게는 70 내지 90℃인 탑 상부의 재생 온도;
    0.2 내지 0.7 MPa, 바람직하게는 0.3 내지 0.5 MPa인 탑 바닥의 재생 압력; 및
    0.2 내지 3 m/s, 바람직하게는 0.3 내지 2 m/s인 재생 탑 내의 가스 속도;
    바람직하게는, 상기 장치는 재생탑의 상부에 배치되는 공정수 유입구를 더 포함하고;
    바람직하게는, 재생탑에서 수득된 가스 CO2는 요소, 소다회, 중탄산 나트륨, 폴리카보네이트, 식품-등급 CO2, CO2 가스 비료, 중탄산 칼륨을 포함하는 다운스트림 제품의 생산, 향상된 오일 회수, 음료 생산, 또는 용접, 또는 해양 격리 또는 지하 격리에 사용되고;
    바람직하게는, 상기 장치는 용액 열 교환기; 리보일러; 순환수 냉각기; 냉각수 냉각기; CO2 완충 탱크, 및 CO2 압축기를 추가로 포함하고, 여기서,
    탈탄소 순환 펌프는 유출 용액의 일부를, 용액 열교환기를 통해, CO2 재생 탑으로 전달하고, 상단으로부터 가스 CO2가 회수되고, 냉각기로 냉각된 다음, CO2 완충 탱크로 보내진 후, CO2 압축기에 의해 압축된 후 외부로 전달되는, 장치.
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