KR20240005817A - 암모니아 및 수소 제조 시스템 - Google Patents

암모니아 및 수소 제조 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20240005817A
KR20240005817A KR1020237041275A KR20237041275A KR20240005817A KR 20240005817 A KR20240005817 A KR 20240005817A KR 1020237041275 A KR1020237041275 A KR 1020237041275A KR 20237041275 A KR20237041275 A KR 20237041275A KR 20240005817 A KR20240005817 A KR 20240005817A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ammonia
water
exhaust gas
hydrogen
gas treatment
Prior art date
Application number
KR1020237041275A
Other languages
English (en)
Inventor
히로시 미즈타니
Original Assignee
미츠비시 쥬코 칸쿄 카가쿠 엔지니어링 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 미츠비시 쥬코 칸쿄 카가쿠 엔지니어링 가부시키가이샤 filed Critical 미츠비시 쥬코 칸쿄 카가쿠 엔지니어링 가부시키가이샤
Publication of KR20240005817A publication Critical patent/KR20240005817A/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D19/00—Degasification of liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/48—Sulfur compounds
    • B01D53/50—Sulfur oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/54—Nitrogen compounds
    • B01D53/56—Nitrogen oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/54—Nitrogen compounds
    • B01D53/58—Ammonia
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/60—Simultaneously removing sulfur oxides and nitrogen oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/62—Carbon oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • B01D53/79—Injecting reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/96—Regeneration, reactivation or recycling of reactants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/10—Separation of ammonia from ammonia liquors, e.g. gas liquors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/20—Treatment of water, waste water, or sewage by degassing, i.e. liberation of dissolved gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/42—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/02—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon
    • C07C1/12—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon from carbon dioxide with hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C273/00—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups
    • C07C273/02—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of urea, its salts, complexes or addition compounds
    • C07C273/04—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of urea, its salts, complexes or addition compounds from carbon dioxide and ammonia
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C9/00—Aliphatic saturated hydrocarbons
    • C07C9/02—Aliphatic saturated hydrocarbons with one to four carbon atoms
    • C07C9/04—Methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/48—Devices for removing water, salt, or sludge from boilers; Arrangements of cleaning apparatus in boilers; Combinations thereof with boilers
    • F22B37/54—De-sludging or blow-down devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/40—Nitrogen compounds
    • B01D2257/406—Ammonia
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/16—Nitrogen compounds, e.g. ammonia
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)
  • Degasification And Air Bubble Elimination (AREA)
  • Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

암모니아 및 수소 제조 시스템(1)은 연소로(11)의 열로 증기를 생성하는 보일러(20)와, 연소로(11)의 배기가스를 배기가스 처리하고, 배기가스 처리 배수(F1)를 배출하는 배기가스 처리 장치(13)와, 보일러(20)의 보일러 분출수(F2)를 암모니아 함유수(F5)와 처리수(F6)로 분리하는 분리 장치(10)와, 처리수(F6)를 전기분해하여 수소(F7)를 제조하는 수전해 장치(32)와, 수소 저류 탱크(33)와, 배기가스 처리 배수(F1)로부터 암모니아를 방산시키는 암모니아 스트리핑 장치(44)와, 방산한 암모니아를 함유하는 암모니아수(F8)를 저류하는 암모니아수 저류 탱크(51)를 갖는다. 암모니아 스트리핑 장치(44)에 있어서, 암모니아 함유수(F5)는 제1 위치(P1)에 분사되고, 배기가스 처리 배수(F1)는 제1 위치(P1)와는 다른 제2 위치(P2)에 분사된다.

Description

암모니아 및 수소 제조 시스템
본 발명은 연소로 및 보일러를 구비한 연소로 플랜트의 배수를 이용하여, 암모니아 및 수소를 제조하는 시스템에 관한 것이다.
최근, 지구 온난화 대책으로서 탈탄소의 추세가 세계적으로 높아지고 있으며, 이산화탄소(CO2)의 배출 삭감 기술로서, 석탄이나 석유 등의 화석 연료가 아니라, 수소(H2)나 암모니아(NH3)를 연료로 하는 기술이 주목되고 있다. 일본에서도, 예를 들어 폐기물 소각로에 수전해 장치를 설치하고, 수전해 장치로 제조된 수소를 이용하여 암모니아를 제조하고, 이 암모니아를 가스 엔진 등의 연료로 하는 기술이 개발되고 있다(특허문헌 1 참조).
한편, 폐기물 소각로 플랜트, 화력 발전 플랜트, 화학 플랜트 등, 연소로와 연소로의 열로 증기를 생성하는 보일러를 구비한 플랜트(이하, 「연소로 플랜트」라고 함)에서는, 배기가스에 포함되는 질소 산화물(NOx)이나 유황 산화물(SOx)을 저감하기 위해, 암모니아를 함유하는 약품을 배기가스에 공급하고, 또한 보일러에 저류되는 물의 pH값(페하값) 조정에 암모니아를 함유하는 약품을 사용하기 때문에, 암모니아나 암모니아성 질소를 함유하는 배수(이하, 「암모니아 함유 배수」라고 함)가 다량으로 생성되는 것이 알려져 있다.
암모니아 함유 배수로부터 암모니아를 제거하는 장치로서는, 암모니아 스트리핑 장치나 양이온 교환체(이온교환 수지) 등이 있다(특허문헌 2, 3 참조).
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2019-216501호 특허문헌 2: 일본 공개특허공보 2004-097901호 특허문헌 3: 일본 공개특허공보 2019-098206호
특허문헌 1의 기술에서는, 수전해 장치로 생성된 수소와 공기 중의 질소로부터 암모니아를 합성하고 있다. 그러나 연소로 플랜트 내에 암모니아 함유 배수가 다량으로 존재함에도 불구하고, 이를 활용하지 않고, 수전해 장치로 제조된 수소를 이용하여 암모니아를 제조하는 것은 비효율적이다.
또한, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 배기가스의 온도를 저감시키기 위해, 이른바 스크러버(scrubber)인 감온 탑을 집진기의 상류에 설치하고, 당해 감온 탑에서 발생된 배수를 수전해 장치에 공급하고 있다. 그러나 수전해 장치는 순수를 원료로 하여 수소를 제조하는 장치이며, 한편 당해 감온 탑에서 발생된 배수에는, 배기가스 중의 비탄(fly ash), 중금속, 배기가스 처리용의 약품이 포함되기 때문에, 당해 배수를 그대로 수전해 장치에 공급할 수는 없다.
따라서 연소로 플랜트 내의 암모니아 함유 배수, 예를 들어 배기가스의 탈초 장치나 탈황 장치로 생성되는 배수인 배기가스 처리 배수나, pH값 조정된 보일러로부터의 배수인 보일러 분출수(boiler blow water)로, 암모니아(NH4OH)를 생성하기 위해, 특허문헌 2나 특허문헌 3의 기술을 적용하는 것도 생각된다. 그러나 일반적으로 보일러 분출수는 배기가스 처리 배수에 비해 유량이 대폭으로 작다. 그 때문에, 양자의 혼합액의 pH값(수소 이온 지수)은 보일러 분출수의 pH값보다도 낮아진다.
특허문헌 2의 기술, 즉 암모니아 스트리핑 장치를 이용하여, pH값이 비교적 낮은 당해 혼합액으로부터 암모니아를 방산시켜서 암모니아를 얻는 경우, pH값이 높은 경우에 비해, 암모니아의 방산량이 저감한다. 따라서 알카리성 약품(예를 들어, 강 알카리성 수산화나트륨 등)을 다량으로 첨가하여, 당해 혼합액의 pH값을 높일 필요가 있다.
한편, 특허문헌 3의 이온교환 수지는 특허문헌 2의 암모니아 스트리핑 장치에 비해 고가이며, 다량의 당해 혼합액을 처리하기에는 운전비용의 관점에서 부적합하다.
즉, 특허문헌 2나 특허문헌 3의 기술을 이용하여 연소로 플랜트 내의 암모니아 함유 배수로부터 암모니아를 제조하는 경우, 통상 어느 경우에도, 연소로 플랜트의 운전비용이 높아진다고 말할 수 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하는 것이며, 암모니아 함유 배수를 이용하여, 효율 좋고 저렴하게 암모니아 및 수소를 제조할 수 있도록 한 암모니아 및 수소 제조 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 암모니아 및 수소 제조 시스템은 연소로 플랜트에 적용되어, 연소로의 열로 증기를 생성하는 보일러와, 상기 연소로의 배기가스를 배기가스 처리하여, 배기가스 처리 배수를 배출하는 배기가스 처리 장치와, 상기 보일러의 보일러 분출수를 암모니아 함유수와 처리수로 분리하는 분리 장치와, 상기 처리수를 이용하여 전기분해를 행하여, 수소를 제조하는 수전해 장치와, 상기 수소를 저류하는 수소 저류 탱크와, 상기 배기가스 처리 배수로부터 암모니아를 방산시키는 제1 암모니아 스트리핑 장치와, 상기 방산한 암모니아를 함유하는 암모니아수를 저류하는 암모니아수 저류 탱크를 갖고, 상기 배기가스 및 상기 보일러에는 암모니아 또는 암모니아성 질소를 함유한 약품이 공급되고, 상기 분리 장치가 분리한 상기 암모니아 함유수는 상기 제1 암모니아 스트리핑 장치의 제1 위치에 분사되고, 상기 배기가스 처리 장치로부터 배출된 상기 배기가스 처리 배수는 상기 방산한 암모니아가 흐르는 방향에서 보아, 상기 제1 위치와는 다른 상기 제1 암모니아 스트리핑 장치의 제2 위치에 분사된다.
본 발명의 암모니아 및 수소 제조 시스템에 의하면, 암모니아 함유 배수인 보일러 분출수를 암모니아 함유수와 처리수로 분리하고, 당해 처리수를 수전해 장치로 전기분해하여 수소를 제조하는 동시에, 당해 암모니아 함유수와, 암모니아 함유 배수인 배기가스 처리 배수를, 방산한 암모니아가 흐르는 방향에서 보아, 암모니아 스트리핑 장치의 별개의 위치에 분사하고, 이들로부터 별개로 암모니아를 방산시키기 때문에, 이들을 혼합하고 나서 암모니아를 방산시키는 경우에 비해, 효율 좋게 암모니아수를 제조할 수 있다.
또한, 당해 별개의 위치에 분사함으로써 pH값을 향상시키는 약품의 공급량을 저감할 수 있고, 또한 분리 장치는 배기가스 처리 배수는 아니고 소량의 보일러 분출수를 처리하기 때문에 저렴하게 구성할 수 있다.
따라서 본 발명의 암모니아 및 수소 제조 시스템은 암모니아 함유 배수를 이용하여, 효율 좋고 저렴하게 암모니아 및 수소를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 암모니아 및 수소 제조 시스템의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 암모니아 및 수소 제조 시스템의 변형예를 나타내는 도면이다.
이하, 도 1 내지 도 2를 참조하여, 본 발명의 암모니아 및 수소 제조 시스템에 대하여 설명한다.
도면 중에 있어서, 숫자만의 부호는 본 발명의 실시예 및 변형예에 있어서, 본 시스템에 관계하는 장치, 부품, 부위 등의 물리적인 요소를 나타낸다.
또한, 알파벳의 F와 숫자를 조합한 부호는 본 시스템으로 발생되는 액체나 기체 등의 유체를 나타내며, 알파벳의 P와 숫자를 조합한 부호는 위치를 나타낸다.
또한, 이하에 나타내는 실시예 및 변형예는 어디까지나 예시에 불과하며, 명시하지 않은 다양한 변형이나 기술의 적용을 배제할 의도는 없다. 이하의 각 구성은 그들의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다. 또한, 이하의 각 구성은 본 발명에 필수적인 구성을 제외하고 필요에 따라 취사선택할 수 있으며, 또는 공지의 구성으로 조합 가능하다.
[1. 실시예]
도 1은 실시예의 암모니아 및 수소 제조 시스템(1)을 나타내는 블록도이다.
암모니아 및 수소 제조 시스템(1)은 연소로(11)의 열로 증기를 생성하는 보일러(20)와, 연소로(11)의 배기가스(F10)를 배기가스 처리하고, 배기가스 처리 배수(F1)를 배출하는 배기가스 처리 장치(13)와, 보일러(20)의 보일러 분출수(F2)를 암모니아 함유수(고농도 암모니아 함유수)(F5)와 처리수(F6)로 분리하는 분리 장치(10)와, 처리수(F6)를 이용하여 수전해를 행하여, 수소(F7)를 제조하는 수전해 장치(32)와, 수소(F7)를 저류하는 수소 저류 탱크(33)와, 배기가스 처리 배수(F1)로부터 암모니아를 방산시키는 암모니아 스트리핑 장치(44)(제1 암모니아 스트리핑 장치)와, 방산한 암모니아를 포함하는 암모니아수(F8)를 저류하는 암모니아수 저류 탱크(51)를 적어도 구비한다.
암모니아 및 수소 제조 시스템(1)은 연소로와 연소로의 열로 증기를 생성하는 보일러를 구비한 플랜트, 즉 연소로 플랜트라면 적용 가능하며, 예를 들어 폐기물 소각 플랜트, 화력 발전 플랜트, 화학 플랜트 등, 다양한 플랜트에 적용할 수 있다. 다만, 암모니아 및 수소 제조 시스템(1)이 적용되는 연소로 플랜트는 본 발명에 필수적인 구성(청구항에 기재된 구성)을 적어도 구비할 필요는 있지만, 도 1에 기재된 모든 구성을 구비할 필요는 없다.
또한, 암모니아 및 수소 제조 시스템(1)은 도 1의 모든 구성이 동일한 부지에 배치될 필요는 없으며, 도 1의 복수의 구성이 서로 별개의 부지에 배치되어도 된다. 이 경우, 적절히 파이프라인이나 자동차 등의 운송 경로를 접속하여, 암모니아 및 수소 제조 시스템(1)을 구성하면 된다.
그러면 도 1의 각 구성 및 효과에 대해 설명한다.
연소로(11)는 연료를 연소시켜서 열을 얻기 위한 화로이다. 본 발명이 적용되는 연소로 플랜트가, 예를 들어 폐기물 소각로 플랜트인 경우, 일반적으로 연료는 폐기물(도시 쓰레기나 산업 폐기물 등)이며, 또한 화력 발전 플랜트나 화학 플랜트인 경우, 일반적으로 연료는 석탄, 석유, 천연가스, 목질계 바이오매스, 발효 등으로 생성한 바이오가스 등의 그린 연료 등이다. 그러나 연소로(11)의 연료로서, 암모니아나 수소, 예를 들어 암모니아 및 수소 제조 시스템(1)로 제조한 암모니아나 수소를 사용해도 된다.
연소로(11)로 생성된 배기가스(F10)는 연도(煙道)를 통해 다음과 같이 순차 흘러서, 굴뚝(15)으로부터 대기 방출된다. 즉, 배기가스(F10)는, 배기가스(F10)의 온도를 저감하는 감온 탑(도시하지 않음), 감온 탑으로 감온된 배기가스로부터 제진하는 집진 장치(12)(예를 들어, 버그 필터, 전기 집진기 등), 집진 장치(12)로 제진된 배기가스로부터 질소 산화물(NOx)이나 유황 산화물(SOx) 등의 유해 성분을 제거하는 습식의 배기가스 처리 장치(13), 배기가스 처리 장치(13)로 유해물질이 제거된 배기가스로부터 이산화탄소를 분리·회수하는 이산화탄소 분리 장치(14), 그리고 이산화탄소 분리 장치(14)로 이산화탄소가 제거된 배기가스를 대기 방출하는 굴뚝(15)의 순서로 흐른다.
여기서, 연소로(11) 또는 연도에는, 질소 산화물(NOx)이나 유황 산화물(SOx)을 저감하기 위해, 암모니아 또는 암모니아성 질소를 함유한 약품이 공급되기 때문에, 습식의 탈초 장치나 탈황 장치를 구비하는 배기가스 처리 장치(13)에서는, 암모니아 함유 배수인 배기가스 처리 배수(F1)가 다량으로 배출된다.
또한, 배기가스 처리 배수(F1)는 배기가스 처리 장치(13)에 일단이 접속된 제3 배관, 즉 나중에 상술하는 제3 유로(43)인 제3 배관을 흐른다.
또한, 이산화탄소 분리 장치(14)는 고분자 분리막(이산화탄소 분리막)이나, 아민 용액을 사용하는 등, 공지의 기술을 이용할 수 있다. 이산화탄소 분리 장치(14)로 분리된 이산화탄소는 이산화탄소 저류 탱크(37)에 저류된다.
보일러(20)는 연소로(11)의 열을 이용하여 증기를 생성하는 장치이다.
보일러(20)는 수도물이나 공업용수 등으로부터 순수를 제조하는 순수 장치(27), 순수 장치가 제조한 순수에 pH값 조정제 등의 약품을 첨가하는 약품 공급 장치(28), 당해 약품이 첨가된 순수를 저류하는 증기 드럼(21), 증기 드럼(21)에 저류된 물을 배기가스의 열로 증기로 하는 전열관이나 과열관 등의 폐열 회수기(22), 폐열 회수기(22)로 생성되고 그리고 증기 드럼(21)에 공급된 증기로 임펠러를 회전하는 증기 터빈(23), 증기 터빈(23)의 임펠러의 회전력으로 발전하는 발전기(24), 증기 터빈(23)의 임펠러를 회전시킨 후의 증기(폐증기(F4))를 물로 되돌리는 복수기(25), 복수기(25)로 생성된 복수로부터 용존 가스(산소, 이산화탄소 등)를 제거하여 증기 드럼(21)으로 공급하는 탈기기(26)를 구비한다.
보일러 분출수(F2)는 증기 드럼(21)의 하방에 배치된 분출 배관(29)으로부터 수시 배출된다.
또한, 부식방지성을 고려하여, 증기 드럼(21)에 저류되는 물의 pH값을 약 9∼10 정도(예를 들어, pH값 10.3 정도)로 하기 위해, 약품 공급 장치(28)는 암모니아 또는 암모니아성 질소를 함유하는 pH값 조정제 등의 약품을 공급한다.
따라서 보일러 분출수(F2)는 pH값이 약 9∼10 정도의 암모니아 함유 배수이다.
또한, 증기 드럼(21)에 저류된 물은 순수에 소량의 약품이 첨가되었을 뿐으로, 재 등의 불순물을 포함하지 않기 때문에, 실질적으로 순수와 마찬가지의 물이다. 또한, 배기가스 처리 배수(F1)의 pH값은 일반적으로 약 6∼9 정도이기 때문에, 보일러 분출수(F2)의 pH값은 배기가스 처리 배수(F1)의 pH값과 동등하거나, 또는 배기가스 처리 배수(F1)의 pH값보다도 크다.
그리고 배기가스 처리 장치(13)로 발생되는 배기가스 처리 배수(F1)의 양에 비해, 보일러 분출수(F2)의 양은 소량이다. 예를 들어, 보일러 분출수(F2)의 양은 배기가스 처리 배수(F1)의 양의 약 백분의 1(1/100)∼약 십분의 1(1/10) 정도의 경우도 있을 수 있다.
발전기(24)로 발전된 전력은, 암모니아 및 수소 제조 시스템(1) 내의 각종 전기제품(수전해 장치(32), 메탄화 장치(methanation device)(35), 암모니아 스트리핑 장치(44), 요소 제조 장치(52) 등)을 작동시키기 위해 이용되고, 남은 전력은 전력회사에 매전도 좋다. 당해 전력을 전력회사에 판매하지 않는, 또는 매전량을 소량으로 하여 당해 전력의 전부 또는 대부분을, 암모니아 및 수소 제조 시스템(1)이 적용되는 연소로 플랜트 내에 배치된 각종 전기제품에 공급하도록 적절히 설계함으로써, 실질적으로 전력자립형의 연소로 플랜트를 구축할 수 있다.
분리 장치(10)는 증기 드럼(21)으로부터 수시 배출되는 보일러 분출수(F2) 중, 적어도 일부의 보일러 분출수가 공급되어서, 암모니아 함유수(F5)(고농도 암모니아 함유수)와 처리수(F6)로 분리하는 장치이다. 물론, 설계상 가능하다면, 도 1에 나타내는 바와 같이, 보일러 분출수(F2)의 전량이 분리 장치(10)에 공급되어도 좋다. 도시하지 않았지만, 분리 장치(10)에 공급되지 않는 잔부의 보일러 분출수가 있는 경우, 당해 보일러 분출수는 후술의 총합 배수 처리 시설(58), 특히 무기계 처리 장치(60)로 수처리된다.
도 1의 실시예에서는, 분리 장치(10)는 이온 제거 장치(30)(제1 이온 제거 장치)이다.
이온 제거 장치(30)에는, 예를 들어 RO막(역침투막)이나 이온교환 수지가 내장된다. RO막은 수중의 수소 이온(H+)이나 수산화물 이온(OH-)을 통과시켜, 기타의 불필요한 이온(예를 들어, Ca2+, Mg2+, Na+ 등)의 통과를 저지하는 막이다. 또한, 이온교환 수지는 수중의 불필요 이온을 수소 이온이나 수산화물 이온으로 치환하는 겔상의 합성수지 비드이다.
따라서 분리 장치(10)인 이온 제거 장치(30)는 상기 적어도 일부의 보일러 분출수가 공급되어서, 보일러 분출수를, 암모니아나 암모니아성 질소뿐만 아니라 기타 불필요 이온을 포함하는 암모니아 함유수(F5)와, 처리수(F6)로 분리하는 장치이다.
여기서 이온 제거 장치(30)로 생성되는 암모니아 함유수(F5)의 pH값은 보일러 분출수(F2)의 pH값보다도 높아지고, 또한 배기가스 처리 배수(F1)의 pH값보다도 높아진다. 예를 들어, 보일러 분출수(F2)의 pH값이 약 9∼10 정도이며, 배기가스 처리 배수(F1)의 pH값이 약 6 내지 9 정도인 경우에, 암모니아 함유수(F5)의 pH값은 10.5보다 크고, 구체적으로는 약 11.0 내지 약 13.0이 될 수 있다. 따라서 암모니아 함유수(F5)는 고농도의 암모니아 또는 암모니아성 질소를 함유하는 고농도 암모니아 함유수이다.
또한, 일반적으로 암모니아 스트리핑 장치에 있어서, 암모니아의 방산의 양은 암모니아 함유수의 pH값이 10.5 이하로 되면 저하한다고 말해진다. 따라서 후술하는 바와 같이, 배기가스 처리 배수(F1)를 암모니아 스트리핑 장치(44)에 공급하는 경우에는, 배기가스 처리 배수(F1)에 대하여 알카리성의 약품을 알칼리 약품 공급 장치(55)로부터 적절히 공급하고, 배기가스 처리 배수(F1)의 pH값을 10.5 이상으로 하는 것이 바람직하다.
수전해 장치(32)는 분리 장치(10)로 생성된 처리수(F6)를 전기분해하여, 수소(F7)를 제조하는 장치이다. 일반적으로, 수전해 장치에는, 불순물이 없는, 또는 불순물이 극히 적은 물, 이른바 순수 또는 실질적으로 순수에 상당하는 물이 공급되어 전기분해가 이루어진다. 따라서 처리수(F6)는 순수 또는 실질적으로 순수에 상당하는 물이다. 수전해 장치(32)로 제조된 수소(F7)는 수소 저류 탱크(33)에 저류된다.
처리수(F6)의 전기분해 시에 수소(F7)와 동시에 생성되는 산소는, 대기 방출해도 되고, 연소 촉진제로서 연소로(11)의 내부에 공급해도 되고, 도시하지 않은 산소 저류 탱크에 보존해도 된다.
또한, 일반적으로, 수전해 장치는 효율 좋게 전기분해를 행하기 위해, 상온의 순수 등을 가온하는 가온 장치를 구비하고 있다. 그러나 수전해 장치(32)는 당해 가온 장치를 구비할 필요가 없다. 왜냐하면, 수전해 장치(32)의 원료인 보일러 분출수(F2)는 고온이기 때문에, 이온 제거 장치(30)로 분리되는 처리수(F6)는 상온보다도 고온(약 70℃ 내지 약 90℃)으로 조정할 수 있기 때문이다.
따라서 수전해 장치(32)는 당해 가온 장치를 구비하지 않아도 효율 좋게 수소를 제조할 수 있기 때문에, 비용 대비 효과에 뛰어나다. 물론, 상온보다도 높은 온도의 처리수(F6)를, 추가로 가온할 필요가 있는 경우에는, 수전해 장치(32)에 상기 가온 장치를 첨가해도 된다.
분배 장치(39)는 분리 장치(10)로 생성된 암모니아 함유수(F5)를, 원칙적으로 제1 유로(41)로만 흘리고, 암모니아 함유수(F5)의 유량이 소정 유량 이상인 경우에는, 예외로서 제1 유로(41)와 제2 유로(42)의 양쪽에 분배하여 흐르게 하는 장치이다.
도 1의 분배 장치(39)는 암모니아 함유수(F5)를 저류하는 저류조(도면부호 없음)와 깔때기(40)를 구비한다. 깔때기(40)는 당해 저류조에 있어서의 기준 수위의 위치에 설치된다. 당해 저류조의 저면에는, 제1 유로(41)로 되는 배관(이하, 「제1 배관」이라고 함)의 일단이 접속된다. 또한, 깔때기(40)에는, 제2 유로(42)로 되는 배관(이하, 「제2 배관」)의 일단이 접속되고, 제2 배관은 당해 저류조의 저면을 관통하여 배치된다. 제2 배관과 당해 저면 사이는 누수되지 않도록 수지 등으로 밀폐 처리된다.
도 1의 분배 장치(39)에서는, 깔때기(40)를 회피하여 당해 저류조의 상방으로부터 암모니아 함유수(F5)가 공급된다. 암모니아 함유수(F5)는 제1 유로(41)인 제1 배관으로부터 유출되지만, 암모니아 함유수(F5)의 유량이 소정 유량보다 많은 경우에는, 당해 저류조에 점차로 저류되어 간다. 이때, 제1 배관은 소정 내경이기 때문에, 제1 배관으로부터 계속 유출하는 암모니아 함유수(F5)의 유량은 원칙적으로 일정하다.
그리고 당해 저류조에 저류된 암모니아 함유수(F5)의 액면이 상기 기준 수위에 도달한 경우, 저류된 암모니아 함유수(F5)는 깔때기(40)에 물이 넘쳐서, 제2 유로(42)인 제2 배관으로부터 유출된다.
또한, 분배 장치(39)에 있어서, 암모니아 함유수(F5)는 제2 배관으로부터 유출된 경우에도, 제1 배관으로부터 유출을 계속한다. 또한, 제2 배관의 타단은, 전술한 제3 배관, 즉 제3 유로(43)의 경로에 접속된다. 따라서 제2 배관으로부터 유출된 암모니아 함유수(F5)는 배기가스 처리 배수(F1)와 혼합된다. 단, 제3 배관으로부터 제2 배관으로 배기가스 처리 배수(F1)가 유입되지 않도록, 예를 들어 체크밸브 등의 흐름 방향을 일방향으로 하는 장치가 설치된다.
분배 장치(39)는 깔때기(40)를 배치하는 구성이 아니라, 분리 장치(10)로 생성된 암모니아 함유수(F5)를, 원칙적으로 제1 유로(41)로만 흘리고, 암모니아 함유수(F5)의 유량이 소정 유량 이상인 경우에는, 예외로서 제1 유로(41)와 제2 유로(42)의 양쪽에 분배하여 흐르게 하는 구성이라면, 어떠한 구성이라도 된다.
예를 들어, 분배 장치(39)는 당해 저류조에 저면에 제1 배관과 제2 배관을 각각 별개로 접속하여, 보일러 분출수(F2)의 유량을 측정하는 유량계와, 제1 배관에 설치한 제1 전자밸브와, 제2 배관에 설치한 제2 전자밸브와, 당해 유량계가 측정한 유량에 관한 정보를 수신하고, 보일러 분출수(F2)의 유량이 제1 유로(41)의 소정 유량 이하인 경우에는, 제1 전자밸브를 개방하고 그리고 제2 전자밸브를 폐쇄하며, 보일러 분출수(F2)의 유량이 제1 유로(41)의 소정 유량보다 큰 경우에는, 제1 전자밸브와 제2 전자밸브 모두 개방하는 제어 장치를 구비하는 구성으로 해도 된다.
암모니아 스트리핑 장치(44)(제1 암모니아 스트리핑 장치)는, 암모니아나 암모니아성 질소를 함유하는 암모니아 함유수(배기가스 처리 배수(F1), 암모니아 함유수(F5))를 증기에 대해 분무하고, 증기의 열로 분무한 물로부터 암모니아를 방산시키는 장치이다. 암모니아 스트리핑 장치(44)에 사용하는 증기는 전술한 폐증기(F4)로 좋다. 폐증기(F4)보다도 고온의 증기, 예를 들어 증기 터빈(23)의 임펠러를 회전시키기 전의 증기라도 좋지만, 발전기(24)에 의한 발전량에 영향을 끼치지 않는 폐증기를 이용하는 것이 비용 대 효과의 관점에서 우수하다.
암모니아 스트리핑 장치(44)는 연직방향으로 긴 하나의 방산 탑, 또는 연속적으로 직렬로 접속한 복수의 방산 탑으로 구성된다. 방산 탑은 연직방향으로 직립한 중공 원통 형상의 용기이다. 당해 용기의 하방으로부터 증기(폐증기(F4))가 공급되고, 상방으로부터 배기가스 처리 배수(F1)나 암모니아 함유수(F5)가 분무된다. 그리고 방산 탑의 내부에서 암모늄 이온이 수산화물 이온과 반응하여, 암모니아 및 수증기를 포함하는 가스상의 암모니아수(F8)가 생성된다.
또한, 방산 탑은 암모니아의 수율을 향상시키기 위해, 일반적으로 복수의 충진재나 복수의 트레이를 연직방향으로 분산하여 배치한 다단형으로 구성된다.
도 1의 암모니아 스트리핑 장치(44)에서는, 일례로서 하나의 방산 탑을 사용하고, 또한 당해 방산 탑은 일례로서 2개의 트레이(47)로 연직방향으로 3단으로 구획된다. 하나의 방산 탑을 3개 이상의 트레이(47) 등으로 4단 이상으로 구획해도 된다.
암모니아 스트리핑 장치(44)로 분무된 암모니아 함유수는 증기에 접촉하여 암모니아를 방산하는 동시에, 당해 방산에 의한 온도 저하에 의해 응집하여 물방울이 커지고, 또한 pH값도 저하되기 때문에, 암모니아의 방산 효율이 저하된다. 따라서 당해 크게 된 물방울을 트레이(47)로 수집하고, 다시 미세한 물방울로서 분무함으로써, 암모니아의 수율을 향상시킨다.
구체적으로는, 하나의 트레이(47)는 하나의 탱크(48)에 접속되고, 당해 트레이(47)로 수집된 암모니아 함유수는 당해 탱크(48)에 저류된다. 또한, 당해 트레이(47)의 하방(단, 당해 하방에 별도의 트레이(47)가 배치되는 경우는, 당해 하방 그리고 당해 별도의 트레이(47)의 상방)에, 하나의 분무기(50)가 설치된다. 그리고 하나의 펌프(49)가 당해 탱크(48)에 저류된 암모니아 함유수를 당해 분무기(50)로 압송함으로써, 당해 탱크(48)에 저류된 암모니아 함유수가 당해 분무기(50)로부터 분무된다.
트레이(47)로 수집된 암모니아 함유수는 이미 일부의 암모니아를 방산하고 있다. 따라서 당해 암모니아 함유수의 암모니아나 암모니아성 질소의 농도는 당초보다 묽게 되어 있기 때문에, 증기 온도가 보다 높은 위치, 즉 당해 트레이(47)의 하방, 환언하면 방산한 암모니아가 흐르는 방향(증기가 흐르는 방향이기도 하다)에서 보아, 당해 트레이(47)보다도 상류에 분무함으로써, 농도가 묽게 되어 있는 당해 암모니아 함유수로부터 추가로 암모니아를 효율 좋게 방산시킬 수 있다.
도 1의 암모니아 스트리핑 장치(44)는 3단으로 구획되도록 구성되어 있기 때문에, 하나의 트레이(47), 하나의 탱크(48), 하나의 펌프(49), 및 하나의 분무기(50)로 구성되는 조(組)는, 합계 2조이다.
암모니아 스트리핑 장치(44)로 생성된 암모니아수(F8)는 암모니아 스트리핑 장치(44)의 상부로부터 가스의 상태로 배출되어서 냉각되어, 암모니아수 저류 탱크(51)에 저류된다. 또한, 암모니아수(F8)는 고농도(예를 들어, 약 30 내지 약 50%)의 암모니아를 함유한다.
암모니아 스트리핑 장치(44)는 추가로 방산 탑의 내부에, 제1 배관의 타단에 접속되어, 고농도 암모니아 함유수(F5)를 분무하는 제1 분무기(45)를 구비한다. 또한, 암모니아 스트리핑 장치(44)는 제3 배관의 타단에 접속되어, 원칙적으로 배기가스 처리 배수(F1), 예외로서 배기가스 처리 배수(F1)와 고농도 암모니아 함유수(F5)의 혼합액을 분무하는 제2 분무기(46)를 구비한다.
제1 분무기(45)와 제2 분무기(46)는 방산된 암모니아가 흐르는 방향, 즉 증기가 흐르는 방향에서 보아, 서로 다른 위치에 배치된다. 구체적으로는, 방산 탑에 있어서 제1 분무기(45)가 배치되는 제1 위치(P1)는 제2 분무기(46)가 배치되는 제2 위치(P2)보다도 하류 측에 있다. 환언하면, 도 1과 같이 하나의 방산 탑에 제1 분무기(45)와 제2 분무기(46)가 배치되는 경우, 제1 위치(P1)는 제2 위치(P2)보다도 상방으로 된다. 또한, 복수의 방산 탑을 직렬로 접속하여 암모니아 스트리핑 장치(44)를 구성하고, 또한 별개의 방산 탑에 각각 제1 분무기(45)와 제2 분무기(46)를 배치하는 경우는 당연 제1 위치(P1)가 제2 위치(P2)보다도 상방으로 된다고는 할 수 없다. 그러나 이 경우에 있어서도, 방산된 암모니아가 흐르는 방향, 즉 증기가 흐르는 방향에서 보아, 방산 탑에 있어서 제1 분무기(45)가 배치되는 제1 위치(P1)는 제2 분무기(46)가 배치되는 제2 위치(P2)보다도 하류 측으로 된다.
도 1의 암모니아 스트리핑 장치(44)에서는, 일례로서 하나의 방산 탑에 형성된 3단의 영역(최상단, 중단, 최하단) 중, 제1 분무기(45)는 최상단, 제2 분무기(46)는 중단에 배치, 즉 서로 다른 단에 배치된다. 또한, 최하단에는 상기 커진 물방울이 모여서, 잔류수로서 저류된다. 또한, 최하단에 있어서, 잔류수의 상방으로부터 증기(폐증기(F4))가 공급된다.
일반적으로, 암모니아 스트리핑 장치에서는, 증기 온도가 높을수록, 또한 암모니아 함유수의 pH값이 클수록, 암모니아의 방산 성능이 향상된다. 또한, 전술한 바와 같이 다단 구성으로 암모니아를 효율 좋게 방산시키기 위해서는, 모든 단을 효율 좋게 활용하는 것이 바람직하다.
여기서, 하나의 방산 탑 내에서 증기의 온도가 가장 높은 것은 상류, 즉 최하단인 하방이며, 증기의 온도가 가장 낮은 것은 하류, 즉 최상단이다.
그리고 제1 분무기(45)로부터 분무되는 고농도 암모니아 함유수(F5)는 제2 분무기(46)로부터 분무되는 배기가스 처리 배수(F1), 또는 배기가스 처리 배수(F1)와 고농도 암모니아 함유수(F5)와의 혼합액보다도 pH값이 크다.
따라서 pH값이 충분히 큰 고농도 암모니아 함유수(F5)를 분무하는 제1 분무기(45)는 다소 증기의 온도가 낮아져도 효과적으로 암모니아를 방산할 수 있기 때문에, 최상단에 배치한다.
한편, 고농도 암모니아 함유수(F5)보다도 pH값이 낮은 암모니아 함유수(배기가스 처리 배수(F1), 또는 배기가스 처리 배수(F1)와 고농도 암모니아 함유수(F5)의 혼합액)를 분무하는 제2 분무기(46)를, 제1 분무기(45)와 동일 위치(최상단 그리고 연직방향에서의 동일 위치)에 배치하면, 제1 분무기(45)와 제2 분무기(46)로부터 분무되는 암모니아 함유수가 혼합되어 pH값이 저하되고, 암모니아의 방산 성능이 저하될 우려가 있다. 따라서 제2 분무기(46)를, 제1 분무기(45)의 제1 위치(P1)보다도 증기 온도가 높은 영역인 상류의 제2 위치(P2)에 설치한다. 도 1에서는, 제1 분무기(45)가 설치된 최상단보다 증기 온도가 높은 영역인 중단(최상단과 다른 단)에 제2 분무기(46)를 설치하고, 제2 분무기(46)로부터 분무되는 암모니아 함유수(배기가스 처리 배수(F1), 또는 배기가스 처리 배수(F1)와 고농도 암모니아 함유수(F5)의 혼합액)의 pH값의 낮음을 증기 온도의 높이로 보완함으로써, 종합적으로 암모니아의 방산 성능을 향상시킨다.
여기서, 도 1에서는, 제1 분무기(45)와 제2 분무기(46)를 서로 다른 단에 설치했지만, 암모니아 스트리핑 장치에 있어서 서로 연직방향으로 다른 위치라면 동일한 단에 설치해도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, pH값이 높은 고농도 암모니아 함유수(F5)와 이보다도 pH값이 낮은 당해 암모니아 함유수로부터 별개로, 그리고 증기 온도의 차이를 이용하여 효과적으로 암모니아를 방산시킬 수 있다.
또한, 제2 분무기(46)로부터 분무되는 암모니아 함유수는 고농도 암모니아 함유수(F5)보다도 pH값이 낮기 때문에, 알칼리 약품 공급 장치(55)가 제3 유로(43), 즉 제3 배관에, 알카리성의 약품(예를 들어, 수산화나트륨(NaOH) 등)을 공급하여, pH값을 크게 해도 된다. 단, 제1 분무기(45)와 제2 분무기(46)가 상술한 바와 같이 배치되어 있기 때문에, 당해 암모니아 함유수의 pH값을, 효과적인 암모니아의 방산이 가능한 pH값인 10.5보다 다소 크게 하는 정도로 좋고, 고농도 암모니아 함유수(F5)와 pH값을 동등하게 할 필요는 없다. 따라서 제2 분무기(46)로부터 분무되는 암모니아 함유수의 pH값을 고농도 암모니아 함유수(F5)의 pH값과 동등하게 하는 경우에 비해, 알카리성의 약품의 양을 저감할 수 있다.
그런데 이상의 생각에 기초하면, 알카리성의 약품을 공급하는 등으로 하여 당해 암모니아 함유수의 pH값을, 고농도 암모니아 함유수(F5)의 pH값보다도 높게 하는 경우에는, 제1 분무기(45)에 제3 배관의 타단을 접속하고, 제2 분무기(46)에 제1 배관의 타단을 접속해도 된다.
어느 경우에도, 고농도 암모니아 함유수(F5)와 암모니아 함유수(배기가스 처리 배수(F1), 또는 배기가스 처리 배수(F1)와 고농도 암모니아 함유수(F5)의 혼합액)를 암모니아 스트리핑 장치의 별개의 위치에 분사한다. 즉, 암모니아 스트리핑 장치에 있어서, 이들 2개의 암모니아 함유수 중 pH값이 낮은 암모니아 함유수를 상류에, 그리고 pH값이 높은 암모니아 함유수를 하류에, 환언하면 서로 연직방향으로 다른 위치 또는 다른 단에 분사하고, 이들로부터 별개로 암모니아를 방산시키기 때문에, 이들을 혼합시킨 후에 분무하는 경우에 비해, 효율 좋게 암모니아수(F8)를 생성할 수 있다.
또한, 분배 장치(39)에 의해 제2 유로(42)에 고농도 암모니아 함유수(F5)가 유출된 경우에는, 제2 분무기(46)에는 제3 유로(43)를 통하여 배기가스 처리 배수(F1)와 고농도 암모니아 함유수(F5)의 혼합액이 분무되기 때문에, 제3 유로(43)에 배기가스 처리 배수(F1)만이 흐르는 경우에 비해, 당해 혼합액의 pH값은 높아진다. 따라서 알칼리 약품 공급 장치(55)가 제3 유로(43)에 공급하는 알카리성의 약품의 양을 저감할 수 있다.
또한, 이 경우, 배기가스 처리 배수(F1)에는 마그네슘이나 칼슘 등의 스케일 성분이 포함되지만, 스케일 성분을 대부분 포함하지 않는 고농도 암모니아 함유수(F5)가 배기가스 처리 배수(F1)에 혼합됨으로써 종합적으로 스케일 성분의 농도가 묽게 되기 때문에, 암모니아 스트리핑 장치(44)의 내부에 스케일이 석출되는 것을 억제할 수 있다. 따라서 암모니아 스트리핑 장치(44)의 유지보수를 용이하게 할 수 있다.
또한, 제1 분무기(45)로부터 분무되는 고농도 암모니아 함유수(F5)의 pH값은 10.5보다 크고, 예를 들어 약 11 내지 약 13이기 때문에, 알카리성의 약품의 첨가를 할 필요는 없다.
또한, 암모니아 스트리핑 장치(44)의 최하단에 저류된 잔류수(F9)는 적어도 무기계의 수처리가 이루어지는 무기계 처리 장치(60)를 구비한 종합 배수 처리 시설(58)에 공급되어 수처리된 후, 예를 들어 방류할 수 있다.
실시예에서는, 보일러 분출수(F2)의 적어도 일부가 수전해 장치(32)의 원료에 사용되기 때문에, 당해 원료에 사용되지 않는 경우에 비해, 암모니아 함유 배수의 총량은 감소하고 있다. 따라서 종합 배수 처리 시설(58)에 있어서의 수처리의 부하가 저감될 뿐만 아니라, 이온 제거 장치(30)를 소형화 할 수 있기 때문에, 종합적으로 저렴한 암모니아 및 수소 제조 시스템(1)을 구축할 수 있다.
여기서, 종합 배수 처리 시설(58)은 무기계 처리 장치(60)에 더해, 무기계 처리 장치(60)의 전단에 유기계 처리 장치(59)를 구비해도 된다.
유기계 처리 장치(59)는, 소화조, 탈질소조, 폭기조 등이 설치된 생물 처리(미생물의 작용에 의한 배수 처리)가 실시되는 배수 처리 시설이다. 종합 배수 처리 시설(58)이 유기계 처리 장치(59)를 구비하는 경우에는, 종합 배수 처리 시설(58)은 연소로 플랜트로 발생하는 생활폐수 등의 유기계 배수의 수처리도 가능하게 된다.
수소 저류 탱크(33)에 저류된 수소(F7), 이산화탄소 저류 탱크(37)에 저류된 이산화탄소(F3), 암모니아수 저류 탱크(51)에 저류된 암모니아수(F8)는, 다양한 용도로 활용 가능하다.
예를 들어, 암모니아 및 수소 제조 시스템(1)은 수소(F7)를, 연료전지, 수소 가스 터빈, 수소 가스 엔진 등의 수소 이용 설비(34)에 연료로서 공급해도 되고, 메탄화 장치(35)에 메탄화의 원료로서 공급해도 된다.
또한, 암모니아 및 수소 제조 시스템(1)은 이산화탄소(F3)를, 메탄화 장치(35)에 메탄화의 원료로서, 또는 요소 제조 장치(52)에 요소 제조의 원료로서 공급해도 좋다. 암모니아 및 수소 제조 시스템(1)은 이산화탄소(F3)를, 광합성에 의해 식물(초목, 말(algae), 꽃, 야채 등)을 생산하는 식물공장, 재배용 온실, 재배용 수조 등의 이산화탄소 이용 설비(38)에 공급해도 된다.
암모니아 및 수소 제조 시스템(1)은 암모니아수(F8)를, 요소 제조 장치(52)에 요소 제조의 원료로서 공급해도 되고, 암모니아를 원료로서 화학제품을 제조하는 화학 플랜트, 암모니아 가스 터빈, 암모니아 가스 엔진 등의 암모니아 이용 설비(54)에 공급해도 된다. 암모니아 및 수소 제조 시스템(1)은 암모니아수(F8)를, 연소로 플랜트의 연소로나 연도에 탈초제로서 분무해도 된다.
또한, 암모니아 및 수소 제조 시스템(1)은 메탄화 장치(35)로 생성된 메탄을, 메탄을 연료(도시가스)로서 사용하는 건물 및 설비나, 메탄을 연소시켜서 발전하는 가스 터빈, 가스 엔진 등의 메탄 이용 설비(36)에 공급해도 된다.
암모니아 및 수소 제조 시스템(1)은 요소 제조 장치(52)로 생성된 요소를, 예를 들어 보일러(20)로 생성한 증기의 열과 요소를 이용하여 화학제품을 제조하는 화학 플랜트나, 요소를 비료로서 사용하는 식물공장 등의 요소 이용 설비(53)에 공급해도 된다.
[2. 변형예]
도 2는 변형예의 암모니아 및 수소 제조 시스템(1')을 나타내는 블록도이다.
실시예와 변형예의 주된 상위점은 분리 장치의 구성이다. 실시예에서는, 분리 장치(10)는 이온 제거 장치(30)만으로 구성되었다. 그러나 변형예에서는, 분리 장치(10')는 증기로 보일러 분출수(F2)로부터 암모니아를 방산하여 암모니아 함유수(F5)를 방출하는 암모니아 스트리핑 장치(56)(제2 암모니아 스트리핑 장치)와, 암모니아 스트리핑 장치(56)의 잔류수(F11)를, 불필요 이온을 함유하는 이온 함유 배수(F12)와 불필요 이온을 함유하지 않는 처리수(F6)로 분리하는 이온 제거 장치(57)(제2 이온 제거 장치)를 구비하고 있다.
실시예에서 설명한 구성과 동일한 구성에 대해서는, 변형예에 있어서 동일한 부호를 붙여 구성 및 효과의 설명을 적절히 생략한다.
암모니아 스트리핑 장치(56)(제2 암모니아 스트리핑 장치)는 암모니아 스트리핑 장치(44)(제1 암모니아 스트리핑 장치)와 마찬가지의 구성이며, 하나의 방산 탑이 다단으로 형성되어도 되고, 복수의 방산 탑을 직렬로 접속해도 된다. 또한, 암모니아 스트리핑 장치(44)(제1 암모니아 스트리핑 장치)는 3단으로 형성되어 있었지만, 암모니아 스트리핑 장치(56)(제2 암모니아 스트리핑 장치)는 이와 동일한 단수이어도 되고, 다른 단수(2단, 4단, 5단 이상의 단수 등)라도 된다.
암모니아 스트리핑 장치(56)(제2 암모니아 스트리핑 장치)가 하나의 방산 탑으로 형성되는 경우, 보일러 분출수(F2)는 당해 방산 탑의 최상단에 설치된 분무기(도시하지 않음)로부터 분무된다. 한편, 증기(폐증기(F4))는 당해 방산 탑의 최하단에 공급된다. 방산 탑의 내부에서 증기와 분무된 보일러 분출수(F2)가 접촉함으로써, 방산된 암모니아 및 수증기를 포함하는 가스상의 암모니아 함유수(F5)가 생성된다.
분리 장치(10')가 생성하는 암모니아 함유수(F5)는 암모니아수이며, 실시예에 있어서의 분리 장치(10)와 달리, 암모니아나 암모니아성 질소 이외의 불필요 이온을 포함하지 않는다. 즉, 분리 장치(10')가 생성하는 암모니아 함유수(F5)는 마그네슘이나 칼슘 등의 스케일 성분을 포함하지 않는다.
따라서 당해 암모니아 함유수(F5)가 분배 장치(39)에 의해 제2 유로(42)를 흘러, 제3 유로(43)의 배기가스 처리 배수(F1)와 혼합되었을 때, 혼합액의 스케일 성분의 농도는 실시예보다도 묽게 되기 때문에, 암모니아 스트리핑 장치(44)의 내부에 스케일이 석출되는 것을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다. 이 때문에, 변형예에 있어서는, 실시예보다도 더욱 암모니아 스트리핑 장치(44)의 유지보수를 용이하게 할 수 있다.
또한, 이온 제거 장치(57)(제2 이온 제거 장치)는 이온 제거 장치(30)(제1 이온 제거 장치)와 마찬가지의 구성이며, RO막(역침투막)이나 이온교환 수지가 내장된다.
이온 제거 장치(57)(제2 이온 제거 장치)로 분리된 이온 함유 배수(F12)는 종합 배수 처리 시설(58)의 무기계 처리 장치(60)에 공급되어 수처리 된다.
1, 1': 암모니아 및 수소 제조 시스템
10, 10': 분리 장치
11: 연소로
12: 집진 장치
13: 배기가스 처리 장치
14: 이산화탄소 분리 장치
15: 굴뚝
20: 보일러
21: 증기 드럼
22: 폐열 회수기
23: 증기 터빈
24: 발전기
25: 복수기
26: 탈기기
27: 순수 장치
28: 약품 공급 장치
29: 분출 배관
30: 이온 제거 장치(제1 이온 제거 장치)
32: 수전해 장치
33: 수소 저류 탱크
34: 수소 이용 설비
35: 메탄화 장치
36: 메탄 이용 설비
37: 이산화탄소 저류 탱크
38: 이산화탄소 이용 설비
39: 분배 장치
40: 깔때기
41: 제1 유로
42: 제2 유로
43: 제3 유로
44: 암모니아 스트리핑 장치(제1 암모니아 스트리핑 장치)
45: 제1 분무기
46: 제2 분무기
47: 트레이
48: 탱크
49: 펌프
50: 분무기
51: 암모니아수 저류 탱크
52: 요소 제조 장치
53: 요소 이용 설비
54: 암모니아 이용 설비
55: 알칼리 약품 공급 장치
56: 암모니아 스트리핑 장치(제2 암모니아 스트리핑 장치)
57: 이온 제거 장치(제2 이온 제거 장치)
58: 종합 배수 처리 시설
59: 유기계 처리 장치
60: 무기계 처리 장치
P1: 제1 위치
P2: 제2 위치
F1: 배기가스 처리 배수
F2: 보일러 분출수
F3: 이산화탄소
F4: 증기(폐증기)
F5: 암모니아 함유수(고농도 암모니아 함유수）
F6: 처리수(순수）
F7: 수소
F8: 암모니아수
F9: 잔류수
F10: 배기가스
F11: 잔류수
F12: 이온 함유 배수

Claims (7)

  1. 연소로 플랜트에 적용되어,
    연소로의 열로 증기를 생성하는 보일러와,
    상기 연소로의 배기가스를 배기가스 처리하여, 배기가스 처리 배수를 배출하는 배기가스 처리 장치와,
    상기 보일러의 보일러 분출수를 암모니아 함유수와 처리수로 분리하는 분리 장치와,
    상기 처리수를 이용하여 전기분해를 행하고, 수소를 제조하는 수전해 장치와,
    상기 수소를 저류하는 수소 저류 탱크와,
    상기 배기가스 처리 배수로부터 암모니아를 방산시키는 제1 암모니아 스트리핑 장치와,
    상기 방산된 암모니아를 함유하는 암모니아수를 저류하는 암모니아수 저류 탱크를 갖고,
    상기 배기가스 및 상기 보일러에는 암모니아 또는 암모니아성 질소를 함유한 약품이 공급되고,
    상기 분리 장치가 분리한 상기 암모니아 함유수는 상기 제1 암모니아 스트리핑 장치의 제1 위치에 분사되고,
    상기 배기가스 처리 장치로부터 배출된 상기 배기가스 처리 배수는 상기 방산된 암모니아가 흐르는 방향에서 보아, 상기 제1 위치와는 다른 상기 제1 암모니아 스트리핑 장치의 제2 위치에 분사되는 암모니아 및 수소 제조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분리 장치에 의해 분리된 암모니아 함유수를 소정 허용 유량의 제1 유로에 흐르게 하고, 상기 암모니아 함유수가 상기 소정 허용 유량을 넘는 경우는 당해 넘은 유량을 제2 유로에 흐르게 하는 분배 장치를 추가로 갖고,
    상기 제1 유로의 암모니아 함유수는 상기 제1 위치에 분사되고,
    상기 제2 유로의 암모니아 함유수는 상기 배기가스 처리 배수에 혼합되어 상기 제2 위치에 분사되는 암모니아 및 수소 제조 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 암모니아 스트리핑 장치는 연직방향으로 긴 하나의 방산 탑, 또는 연속으로 접속한 복수의 방산 탑으로 구성되고,
    상기 방산된 암모니아가 흐르는 방향에서 보아, 상기 제1 위치는 상기 제2 위치보다도 하류 측인 암모니아 및 수소 제조 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분리 장치는,
    상기 보일러 분출수로 불필요 이온을 제거하여 상기 처리수로 하는 제1 이온 제거 장치,
    또는,
    상기 보일러 분출수로부터 암모니아를 방산시키는 제2 암모니아 스트리핑 장치와, 상기 제2 암모니아 스트리핑 장치의 잔류수로 상기 불필요 이온을 제거하여 상기 처리수로 하는 제2 이온 제거 장치를 구비한 장치인 암모니아 및 수소 제조 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배기가스로부터 이산화탄소를 분리하는 이산화탄소 분리 장치와,
    상기 분리된 이산화탄소를 저류하는 이산화탄소 저류 탱크와,
    상기 수소 저류 탱크에 저류된 수소와 상기 이산화탄소 저류 탱크에 저류된 이산화탄소로 메탄화를 행하여, 메탄을 생성하는 메탄화 장치를 추가로 갖는 암모니아 및 수소 제조 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이산화탄소 저류 탱크에 저류된 이산화탄소와, 상기 암모니아수 저류 탱크에 저류된 암모니아수를 이용하여 요소를 제조하는 요소 제조 장치를 추가로 갖는 암모니아 및 수소 제조 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소로 플랜트는 폐기물 소각로 플랜트, 화력 발전 플랜트, 또는 화학 플랜트의 어느 하나인 암모니아 및 수소 제조 시스템.
KR1020237041275A 2021-06-02 2022-05-06 암모니아 및 수소 제조 시스템 KR20240005817A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2021-092733 2021-06-02
JP2021092733A JP6934125B1 (ja) 2021-06-02 2021-06-02 アンモニア及び水素製造システム
PCT/JP2022/019608 WO2022255028A1 (ja) 2021-06-02 2022-05-06 アンモニア及び水素製造システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240005817A true KR20240005817A (ko) 2024-01-12

Family

ID=77550025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237041275A KR20240005817A (ko) 2021-06-02 2022-05-06 암모니아 및 수소 제조 시스템

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6934125B1 (ko)
KR (1) KR20240005817A (ko)
TW (1) TWI808758B (ko)
WO (1) WO2022255028A1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004097901A (ja) 2002-09-06 2004-04-02 Babcock Hitachi Kk アンモニア含有排水の浄化方法および装置
JP2019098206A (ja) 2017-11-29 2019-06-24 オルガノ株式会社 アンモニア濃縮方法及び装置
JP2019216501A (ja) 2018-06-11 2019-12-19 Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 廃棄物焼却によるエネルギーの貯蔵供給装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004105903A (ja) * 2002-09-20 2004-04-08 Nippon Shokubai Co Ltd ヒドラジン含有排水の処理法
JP2005246114A (ja) * 2004-03-01 2005-09-15 Babcock Hitachi Kk アンモニア含有排水の処理装置および処理方法
JP2014008501A (ja) * 2012-07-03 2014-01-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排水処理システム及び複合発電設備
JP7112196B2 (ja) * 2017-11-29 2022-08-03 オルガノ株式会社 アンモニア回収方法及び装置
JP6974140B2 (ja) * 2017-11-29 2021-12-01 オルガノ株式会社 アンモニア処理方法及び装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004097901A (ja) 2002-09-06 2004-04-02 Babcock Hitachi Kk アンモニア含有排水の浄化方法および装置
JP2019098206A (ja) 2017-11-29 2019-06-24 オルガノ株式会社 アンモニア濃縮方法及び装置
JP2019216501A (ja) 2018-06-11 2019-12-19 Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 廃棄物焼却によるエネルギーの貯蔵供給装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022255028A1 (ja) 2022-12-08
JP2022185215A (ja) 2022-12-14
TW202304813A (zh) 2023-02-01
TWI808758B (zh) 2023-07-11
JP6934125B1 (ja) 2021-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101063527B (zh) 控制烟道气中水分浓度的方法
CN103282101B (zh) 海水排烟脱硫系统及发电系统
US20110011261A1 (en) Wet scrubber for carbon dioxide collection
CN103486603A (zh) 一种烟气处理装置及处理方法
KR20240005817A (ko) 암모니아 및 수소 제조 시스템
Rodríguez et al. Review of H2S abatement methods in geothermal plants
CN102343209B (zh) 应用锅炉排污水的烟气海水脱硫系统
WO2022244659A1 (ja) 水素製造システム
US8846381B2 (en) Biogas desulfurization device
CN205856262U (zh) 工业废水处理工艺中的沼气发电装置
KR20200020093A (ko) 바이오가스를 이용한 에너지화 시스템 및 에너지화 방법
Deng et al. Biogas cleaning and upgrading
JP6934126B1 (ja) 水素及びアンモニア製造システム
Vijayanand et al. Refinery technologies in upgradation of crude biogas to biomethane
Feeley et al. Department of energy/office of fossil energy’s power plant water management r&d program
US20100052333A1 (en) Wast water energy system and method
CN109777545A (zh) 一种沼气脱硫系统及脱硫方法
KR102625530B1 (ko) 하이브리드 바이오가스 생성 시스템
KR19990045940A (ko) 전자빔을이용한이산화탄소의제거방법
CN214406093U (zh) 一种固定床气化炉尾气治理系统
Kirchmeyr et al. Overview and Categorization of European Biogas Technologies
Ortega The Largest Waste Water Treatment Plant in the World
Baboo Environment management and advanced waste treatment system in nitrogeneous fertilizers plant
CN109758890A (zh) 油脂废气处理装置
Huertas Cardozo et al. H2S and CO2 filtration of biogas used in internal combustion engines for power generation